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1、中南民族大学毕业论文（设计）学院：资源与环境学院专业：水文与水资源工程年级：2012题目:武汉暴雨强度公式的推优 化 F生姓名：周凯学号：指导教师姓名：黄治勇一职称:研究员年 月 日中南民族大学本科毕业论文（设计）原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容 夕卜，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作 品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:摘要：0Abstract01概论01.1论文选题背景及研究意义0错误！未定义书签。1.1.2论文选题的研究意义11.2国内外研究现状11.3 本论文研
2、究的内容32实验过程32.1所用资料32.2 武汉市降雨频率分析32.3降水极大值的时间分布特征42.4暴雨日年际变化特征分析52.5暴雨过程特征分析53暴雨强度公式修订64.1结论114.2讨论12武汉暴雨强度公式的推算与优化摘 要：作为一个千万级人口的大城市，武汉处在我国南北气候过度带，暴雨灾害频繁发生，在面对城 市发展对排水系统有更高的要求时，必须要有准确的暴雨强度公式来给城市的雨水排水系统的设计做依据。 本文对国内外的研究暴雨公式进行阐述，并通过武汉近年来降雨分布、频率等资料(1951-2012)，对武汉 市降雨频率、降水极大值时间分布特征、暴雨日年际变化特征和暴雨过程特征进行了分析，
3、在指数分布、 耿贝尔、皮尔逊三种现行的几种研究方法进行了适用性、差异性的探讨并从中选取皮尔逊法对武汉暴雨强 度公式进行拟合。再通过对暴雨强度公式的精度进行检验，并最终得出相对准确的暴雨强度公式。并在降 雨分析过程中发现如下几个结论：武汉年降雨量在近几年有上升趋势、丰水年与枯水年的一个循环平均年 数为15年、夏季暴雨日占全年暴雨日的64.5%、在武汉24小时降雨量情况中16时占24小时降雨量的比 例最大，约占38.9%。且降雨分布主要集中在13至18时这7个小时内。通过以上结论可以为武汉暴雨预 警及洪水设计提供针对性的预防。关键词：暴雨强度公式、重现期、降雨历时Calculation and o
4、ptimization of heavy rain intensity formula inWuhanAbstract: As one of ten million population in large cities, Wuhan in China, the climate in the north and south over the zone, the rainstorm disasters occur frequently, in the face of urban development of drainage system and higher requirements which
5、 must be accurately the rainstorm intensity formula to do according to the design of urban rainwater drainage system.In this paper, the domestic and foreign research on the rainstorm formula is described, the existing research methods are applied, the differences are discussed and the suitable metho
6、d is chosen to fit the Wuhan rainstorm intensity formula.Key words: Heavy rain intensity formula, Recurrence period, Duration of rainfall1概论1.1论文选题背景及研究意义武汉属亚热带季风性湿润气候区，具有雨量充沛、日照充足、四季分明，夏高温、降水集 中，冬季稍凉湿润等特点。一年中，1月平均气温最低，为3.0C； 7月平均气温最高，为 29.3，夏季长达135天；春秋两季各约60天，且与周围的农村相比，武汉作为一个大城市， 在热岛效应的作用下，城市温度会明显高
7、于周围农村，而且城市热岛效应会对水汽蒸发、空气 对流造成影响，从而影响降雨特性，而且城市有很多大规模的建筑群，对空气流动有很大阻碍 作用因此也会影响空气对流，最后因为城区工厂生产，交通运输以及人类日常活动使城市上空 大气中尘埃比天然情况下高出很多倍，尤其在武汉这样一个千万人口而且拥有大量重工业的城 市。综上，武汉市的雷雨天气会明显高于周边农村武汉。湖北省地理位置特殊，降水气候特征 明显，如历史曾出现过1931、1954、1998三次特大洪水等情况，另外因为近年来在城市化过程 中造成大量的植被削减以及其山地、丘陵为主的特殊地形条件，导致旱涝灾害频发，及滑坡泥 石流等地质灾害的发生，造成了当地人在
8、民生产生活和交通运输等方面的巨大的隐患。而武汉 作为湖北省省会的更是首当其冲，作为湖北省的经济、文化、政治中心，短历时暴雨带来的城市 渍涝，会对对公共交通，生产生活，社会活动造成较大影响。1.1.2论文选题的研究意义我国绝大部分城市所采用的暴雨强度公式是20世纪80年代编制的。我国城市暴雨强度公式的资 料年数一半以上为2029年，资料年数相对较少，迫切需要及时更新。而且，我国尚有一些城镇没 有自己的暴雨强度公式。有的城镇的编制公式所用的暴雨资料年限较短，导致误差较大，公式的准 确度、可依赖度不高。而作为发展日新月异的武汉，尤其是在近些年来城区向外大幅扩展，城 市及周边地貌不断变化，以前所计算的
9、暴雨强度公式应有所偏差，所以应重新计算武汉的暴雨强 度公式并对其进行优化。1.2国内外研究现状张子贤、孙光东、孙建印1等用暴雨强度公式直接拟合实际降雨量，提高拟合精度、减少不 同理论频率曲线的选择与拟合环节的方法，研究发现，采用非线性回归方法比传统方法所求 得的确定暴雨强度公式拟合实测雨强样本的误差平方和为最小，而且可以避免推求暴雨强度 总公式参数的任意性。为了实现总公式参数的直接寻优，采用线性回归方法来研究暴雨强度 公式的直接拟合，从而增强了总公式参数的准确度。任雨、李明财、郭军、杨艳娟、熊明等2研究表明，一般气象站由于空间分布稀疏，而且 不能完全代表城市降雨的分布，所以采用一般气象站的暴雨
10、观测资料不足以推算城市暴雨强 度公式，必须采用更精细的观测资料在空间上细化城市暴雨强度公式。短历时极端强降雨有 很大空间变率，因此尽可能最大程度地利用观测资料对于在空间上细化设计暴雨具有重要意 义。邵尧明等3中指出，城市暴雨受到地形地貌及城市化的影响巨大，且城市化对降雨的影响在 汛期影响较为突出。在张子贤、孙光东、韩成标、孙建印等4研究指出，采用麦夸尔特法确定衰减指数为函数型 的五参数暴雨强度公式的方法所计算出的重现期的绝对均方差均小于0.05mm/min。由此可 见该方法能有效降低重现期较小与较大时的绝对均方差。陈奕5通过研究,认为采用优选回归法、高斯一牛顿法和麦夸尔特法求解暴雨强度公式的研
11、究 后表明城市化程度对暴雨强度公式的推算有相当大的影响。顾春明6在研究中认为在针对重现期在一年以上时城市雨量资料取样中采用年最大值取样 可以在保证一定精度，而且取样简单易得。金家明7在研究中指出，合适准确的城市暴雨强度公式会对城市排水、雨水管渠地设计建 设有着显着的指导作用。罗亚文8在研究中指出，暴雨特性接近的城市或区域可以相似的研究编制方法来建立城市的 暴雨强度公式的软件，从而快速地为我国各个城镇建立自己的暴雨强度公式。翁窈瑶9在研究中认为，采用计算机数字化降雨采样法来编制暴雨强度公式，可以有效地减 少了传统方法费时费力的缺点，是今后暴雨强度公式编采样的趋势。李树平，刘遂庆等10探讨了用麦夸
12、尔特法来确定暴雨强度公式的参数，研究发现，麦夸尔特 法的具体优点有放宽了初始值的限制、提高了拟合精度，从而避免了繁琐的调整工作。邱兆富，曾晓岚等11在研究中编制各重现期统一的暴雨强度公式时，发现采用分组平均法来 调整参数值能显着提高暴雨强度公式的精度。邱兆富，周琪等12在探讨了单一重现期的暴雨强度公式中发现，当重现期的b值相差较大时， 应采用分组平均法来调整，相差不大时可用暴雨强度综合平均值来计算出b值。邵丹娜13在其研究中发现了在计算暴雨强度公式时会遇到由时间短缺、地域局限性造成的 问题，认为采用延长并增加时段、增加降雨观测点、采用年最大值法能起到较显着的作用。邵尧明14在其研究中指出不应滥
13、用暴雨强度公式和相近地区的重现期而应该结合当地自然 地理、气候条件、历史资料等多种情况来分析及修订暴雨强度公式，从而来减小城市排水河 道设计所需的费用、占地等等。许拯民，荆燕燕15在研究中发现年多个样法并不是很适合一些城镇用来推求新一轮的暴雨强 度公式，因为要求数据过多，工作量大，相比之下年最大值法在资料获取、计算以及误差上 都有着不小的优势。周玉文，翁窈瑶等16等在研究中将两种不同种频率分析、两种不同的样本选取、六种数学方 法通过计算机软件将数字化的降雨资料进行择优处理，从而提高暴雨强度公式精确度，可靠 性以及降低人工计算所需的大量时间精力。1.3本论文研究的内容本论文拟以武汉市气象台195
14、1-2012年共62年降雨量资料，研究武汉市降雨分布、频率 降雨频率、降水极大值时间分布特征、暴雨日年际变化特征和暴雨过程等特征，在此基础上， 应用指数分布、耿贝尔、皮尔逊三种现行的几种研究方法进行适用性、差异性的探讨，并从 中选取皮尔逊法对武汉暴雨强度公式进行拟合。2实验过程2.1所用资料为了使求得的暴雨强度公式更准确，本文采用武汉市气象台1951-2012年共62年降雨量资 料，远远满足国家规定暴雨强度计算使用最低连续10年降雨资料的要求。2.2武汉市降雨频率分析经过统计发现，武汉市4月底-7月中旬降雨量较为集中，多年平均降水量1257mm，丰水年 （P75% ）有 15 年，1966、1
15、971、1978、1976、2001、 1965、1997、1974、2011、1968、1956、1979、2007、1985。分别为平均降水量 935.4mm （见 表1）。降雨量最大的五个年份依次从大到小分别为1954、1983、1991、1969、1998，降雨量分 别为2055.9、1893.9、1794.2、1743.2、1728.2mm。最低的五个年份从小到大分别为 1966、 1971、1978、1976、2001 年，这些年的降雨量分别为 726.7、800.2、812.7、891.7、898.8mm。 其中最大降雨量为1954年的2055.9mm，最小降雨量为1966年的726.7mm。表1武汉市降水频率计算结果表序号年份降水量频率序号年份降水量频率序号年份降水量频率(mm)(%)(mm)(%)(mm)(%)119542055.91.582220101336.934.92431961106
