張彥平，封春華，李 娜，劉連梅

（1.石家莊市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計院，石家莊050011；2.石家莊水文水資源勘測局，石家莊050000；3.石家莊市水務(wù)局，石家莊050057；4.河北天和咨詢有限公司，石家莊050021）

1 問題的提出

近年來，隨著城市的快速發(fā)展及極端天氣的逐步增多，城市內(nèi)澇時常發(fā)生。2012年汛期，包括北京在內(nèi)的華北地區(qū)多座城市發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)澇，市民的生命財產(chǎn)遭受巨大損失，提高城市排水標(biāo)準(zhǔn)迫在眉睫。城市排水標(biāo)準(zhǔn)的提高不僅涉及城市雨水管網(wǎng)、泵站規(guī)模的加大，還包括行洪（排澇）河道標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)提高，由此不可避免地遇到城市瀝水與行洪（排澇）河道標(biāo)準(zhǔn)的組合問題。由于我國城市排水工程長期由建設(shè)部門主管，無論從管理還是排水工程規(guī)劃設(shè)計均與水利部門管轄的防洪排澇體系有所脫節(jié)，這給城市防洪排澇體系的統(tǒng)一規(guī)劃帶來一定的困擾，標(biāo)準(zhǔn)即是其中的關(guān)鍵問題之一。

2 年最大值法和年多個樣法概述

對無實(shí)測流量資料的中小流域而言，通常近似認(rèn)為雨洪同頻并采用暴雨途徑計算設(shè)計洪水。在依據(jù)實(shí)測暴雨資料系列采用數(shù)理統(tǒng)計法計算設(shè)計暴雨強(qiáng)度這一環(huán)節(jié)，水利部門與建設(shè)部門的處理方法是不同的。

2.1 年最大值法

水利部門一般采用該法，即每年每個時段僅選取最大的一個數(shù)據(jù)，組成不同歷時暴雨系列，然后采用P-Ⅲ曲線進(jìn)行頻率分析計算，得到不同歷時設(shè)計暴雨及暴雨強(qiáng)度。

2.2 年多個樣法

建設(shè)部門一般采用年多個樣法，即每年每個時段選取6～8場最大暴雨，并計算暴雨強(qiáng)度。首先根據(jù)公式計算經(jīng)驗頻率Pn：

式中 m為序號數(shù)，即等于或大于某暴雨強(qiáng)度的次數(shù)；NM值為參與統(tǒng)計的暴雨強(qiáng)度序號總數(shù)。

將歷年各時段暴雨強(qiáng)度按大小排序，并不論年次選擇年數(shù)3～4倍（M）的最大值作為統(tǒng)計的基礎(chǔ)資料。年多個樣法重現(xiàn)期P為：

采用P-Ⅲ曲線擬合調(diào)整，得到重現(xiàn)期P、降雨強(qiáng)度i與降雨歷時t三者的關(guān)系。而后采用高斯—牛頓法和圖解法相結(jié)合求得暴雨強(qiáng)度公式中的各個參數(shù)，從而求得暴雨強(qiáng)度公式［1-2］。

有學(xué)者對運(yùn)用年最大值法和年多個樣法推求暴雨強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行了有意義的探討，本文在總結(jié)國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)及相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，針對石家莊市進(jìn)行了運(yùn)用不同數(shù)理統(tǒng)計方法推求設(shè)計暴雨強(qiáng)度關(guān)系的初探［3-4］。

3 不同取樣法設(shè)計暴雨標(biāo)準(zhǔn)的相互關(guān)系

以石家莊市暴雨強(qiáng)度公式為例，石家莊市區(qū)原暴雨強(qiáng)度公式為1978年采用1956～1975年20年的暴雨資料編制而成。根據(jù)有關(guān)部門的要求，石家莊市規(guī)劃設(shè)計院和氣象局選用1961～2012年52年的自記雨量資料對暴雨強(qiáng)度公式進(jìn)行了修編，2013年9月編制《石家莊市城區(qū)暴雨強(qiáng)度公式技術(shù)報告》。本文將報告中的最新成果作為分析不同取樣法設(shè)計暴雨標(biāo)準(zhǔn)的相互關(guān)系的依據(jù)。

3.1 石家莊市暴雨強(qiáng)度公式

根據(jù)石家莊市國家基本氣象站近52年的降雨資料，分別采用年多個樣法和年最大值法推算暴雨強(qiáng)度公式，其中年多個樣法每年一般選取8場最大暴雨，豐水年取9～10場暴雨，統(tǒng)計樣本總數(shù)取年數(shù)的4倍。分析降雨時段包括5，10，15，20，30，45，60，90，120，150，180min共11個。年多個樣法重現(xiàn)期包括0.25，0.33，0.5，1，2，3，5，10，20，30，50，100年一遇12個標(biāo)準(zhǔn)，年最大值法重現(xiàn)期包括1，2，3，5，10，20，30，50，100年一遇9個標(biāo)準(zhǔn)。石家莊市暴雨強(qiáng)度公式如表1［5］。

表1 石家莊市暴雨強(qiáng)度公式

3.2 兩種方法暴雨強(qiáng)度成果對比分析

根據(jù)年最大值法和年多個樣法暴雨強(qiáng)度計算公式，假定降雨歷時分別為5，30，60，120，180min5個時段，分別計算不同重現(xiàn)期設(shè)計暴雨強(qiáng)度，成果如表2。

通過對比分析可知：

（1）年最大值法只能計算1年及以上標(biāo)準(zhǔn)暴雨強(qiáng)度，而年多個樣法可以計算低于1年一遇標(biāo)準(zhǔn)的暴雨強(qiáng)度，本次統(tǒng)計樣本總數(shù)取年數(shù)的4倍，因此最低標(biāo)準(zhǔn)為0.25年一遇。

表2 石家莊市城區(qū)暴雨強(qiáng)度i兩種取樣法成果對比 單位：mm/min

（2）對5年一遇以下標(biāo)準(zhǔn)，年多個樣法計算成果均大于年最大值法，1年一遇偏大最多，偏大幅度為55.0%～78.0%；隨著標(biāo)準(zhǔn)提高，兩種成果逐步接近，2年一遇偏大幅度為10.8%～13.6%；3年一遇偏大幅度為4.7%～5.7%。5年一遇及以上標(biāo)準(zhǔn)，兩種成果均比較接近，且互有大小，最多相差3.1%。

（3）兩種成果相差幅度與降雨時段存在一定關(guān)系，除50年一遇標(biāo)準(zhǔn)外，其他標(biāo)準(zhǔn)兩種成果相差幅度均隨降雨時段的加長而增大，但變幅不大。

3.3 新舊暴雨強(qiáng)度成果分析

石家莊市區(qū)原暴雨強(qiáng)度公式 ［q=1689 （1+0.898lgP）/（t+7）0.729］為1978年采用1956～1975年20年的暴雨資料編制而成［1］，取樣方法為年多個樣法，降雨歷時采用5，10，15，20，30，45，60，90，120min共9個時段。利用新舊暴雨強(qiáng)度計算公式（新暴雨強(qiáng)度公式采用年多個樣法），分別計算不同重現(xiàn)期設(shè)計暴雨強(qiáng)度，新編制的的暴雨強(qiáng)度公式計算的暴雨強(qiáng)度值在較短歷時比1978年版的值偏小，較長歷時比1978年版的值要偏大，且隨著降雨歷時的增長，偏大的幅度呈增加的趨勢，這與近30多年來極端降水事件呈增加的趨勢相符。

4 結(jié)語

（1）采用年最大值法和年多個樣法計算設(shè)計暴雨強(qiáng)度，同重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)成果存在差異，年多個樣法計算成果較大，標(biāo)準(zhǔn)越低相差越大。依據(jù)石家莊市暴雨強(qiáng)度公式，年多個樣法1年一遇約相當(dāng)于年最大值法2年一遇成果；年多個樣法2年一遇約相當(dāng)于年最大值法3年一遇成果；兩種方法5年一遇及以上標(biāo)準(zhǔn)成果差別已不明顯，可以認(rèn)為基本一致。

（2）工程規(guī)劃設(shè)計中，采用城建部門的暴雨強(qiáng)度公式與水利部門常用方法計算結(jié)果相差較大，一般前者流量模數(shù)遠(yuǎn)大于后者，往往認(rèn)為取樣方法的不同是主要原因。通過本文分析可知，取樣方法對成果的影響主要為5年一遇以下低標(biāo)準(zhǔn)，5年一遇及以上標(biāo)準(zhǔn)成果與取樣方法已經(jīng)沒有多大關(guān)系。

（3）城建部門的洪峰流量與水利部門常用方法的差別除暴雨強(qiáng)度公式取樣法不同外，還有其他兩方面的原因：一是城區(qū)地面硬化導(dǎo)致徑流系數(shù)的明顯加大；二是排水管網(wǎng)與河道匯流方式的不同。

（4）受基礎(chǔ)工作成果的限制，本文僅以石家莊市為例，對不同取樣法設(shè)計暴雨標(biāo)準(zhǔn)的相互關(guān)系進(jìn)行了初步分析，是否具有足夠的代表性，還需今后根據(jù)其他城市暴雨強(qiáng)度公式的修編成果做進(jìn)一步研究。

［1］北京市市政工程設(shè)計研究總院.給水排水設(shè)計手冊（第5冊城鎮(zhèn)排水）［M］.北京: 中國建筑工業(yè)出版社，2004

［2］GB50014—2006，室外排水設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］周玉文，翁窈瑤，張曉昕，等.應(yīng)用年最大值法推求城市暴雨強(qiáng)度公式的研究［J］.給水排水，2011，37（10）:40-44

［4］邵堯明.城市暴雨強(qiáng)度公式應(yīng)用中存在問題及處理方法［J］.給水排水，2008，34（2）：39-41

［5］石家莊市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計院，石家莊市氣象局.石家莊市城區(qū)暴雨強(qiáng)度公式技術(shù)報告［R］.2013.