柴苑苑，孫 翔

(1.廣東河海工程咨詢有限公司深圳市分公司，廣東 深圳 518022；2.深圳市水務規(guī)劃設計院有限公司，廣東 深圳 518022)

深圳市通過大規(guī)模防洪基礎設施建設，大大提高了城市防洪標準。但低緯度沿海地區(qū)，受地勢因素、暴雨因素及潮位頂托因素，在極端氣候下內澇情況仍十分嚴重。進入新世紀以來，深圳陸續(xù)遭受2006年“6·9”，2008年“6·13”，2014年“3·30”“5·11”“5·20”等暴雨襲擊?？紤]暴雨發(fā)生時，不僅強降水會造成巨大損失，不同的暴雨雨型所帶來的降水過程，如雨峰偏前的單鋒雨型導致的突如其來的降雨一定程度上會造成低估降雨風險，因此結合深圳市降雨歷史數據，開展對本地的暴雨雨型的分析和研究是十分必要的。

1 研究背景

對流域長歷時雨型和短歷時雨型，在20世紀均有針對性研究記錄。

長歷時雨型：20世紀40年代包高馬佐娃和彼得羅娃在研究降雨強度很突出的蘇聯歐洲部分西北地區(qū)時，認為可將1935年10月5—6日在敖維爾氣象站記錄的實際降雨進程作為標準降雨進程。此后，他們又在國立水文研究院將烏克蘭和蘇聯歐洲部分的中央黑海地區(qū)許多地點的降雨(降雨量不小于10cm)進程進行了更為詳盡的研究。

短歷時雨型：1957年Keifer和Chu根據強度-歷時-頻率關系得到一種不均勻的設計雨型，也稱芝加哥雨型。以后Huff，Pilgrim和Cordery，Yen和Chow等都提出過各自的設計暴雨雨型。在國內，鄧培德等曾采用Keifer和Chu雨型進行調蓄池容積計算，王敏等根據北京市的雨量資料提出過北京市的設計暴雨雨型。

各種雨型之間差異較大，目前還沒有一種公認的雨型作為設計的依據。考慮短歷時雨型的觀測數據尚不完備，而流域長歷時雨型是短歷時雨型的分析基礎，因此本文主要針對深圳市長歷時雨型及其變化趨勢進行分析。

2 分析方法

本次以高峰水庫、清林徑水庫、三洲田水庫、石巖水庫、鐵崗水庫、西麗水庫、羅田水庫、赤灣、南澳圩以及深圳水庫等10個站點逐時降水資料為基礎，采集數據按照水文日(當天上午8時至次日上午8時)進行劃分，以24h(當天上午8時至次日上午8時)降水量超過50mm的暴雨為雨型分析對象，進行暴雨雨型分析。

2.1 雨型分類法

根據高馬佐娃和彼得羅娃的雨型分析方法，將每場雨的總歷時分為10等份(相當于降雨總歷時的10%)，并對每等份求出其降水量，以全部降雨總降雨量的百分數計。經同樣方法分析800場以上的降雨以后，歸納出7種降雨進程，如圖1所示。其中I、II、III類為單峰雨型，雨峰分別在前、后和中部，IV類為大致均勻雨型，V、VI、VII為雙峰雨型。

圖1 雨型分類

2.2 模糊識別法

模糊識別法是根據時段雨量所占總雨量的百分比例來定量說明該場降雨的雨型指標，組建7種雨型的模式矩陣。然后根據每場實際降雨與7種模式相比較，采用擇近原則，確定該場降雨最終為哪種雨型。

采用擇近原則，確定該場降雨最終為哪種雨型。每個時段的雨量占總雨量的比例為：

Xi=Hi/Hz

(1)

式中，Hi—各時段雨量；Hz—總雨量。把這組xi作為該天降雨的雨型指標，并用向量表示：

X=(x1，…，xn)

(2)

同理，7種模式雨型也用這種指標表示：

Vk=(Vk1，Vk2，…，Vkm)

(3)

這里與Vki和xi的意義相同，7種模式也可寫成矩陣形式。模式確定后，可計算出每場降雨與7種模式的貼近度，由就近原則，若貼近最大，該場降雨就屬于該種雨型。

劃分工作由計算機自動完成，避免了目估法存在的人為判斷誤差。

3 暴雨雨型分類統(tǒng)計

根據模糊分析法分析高峰、清林徑、三洲田等10個雨量站至少35a以上的暴雨雨型，為分析雨型變化趨勢，分別對1980年以前、1980—2012以及1980—1989、1990—1999、2000—2012、2008—2012等分段進行統(tǒng)計，經統(tǒng)計，本次參與暴雨雨型統(tǒng)計分析暴雨場數共3548場，其中20世紀80年代以前共有1065場，1980—2012年共2483場。本次分析深圳雨型過程與傳統(tǒng)分析圖集的比較如圖2所示。

圖2 《圖集》及本次分析深圳雨型過程對比

4 與傳統(tǒng)分析圖集的比較

根據《廣東省暴雨徑流查算圖表使用手冊》(以下簡稱《查算圖表》)，廣東省共有11種設計雨型，是1976年按經驗統(tǒng)計方法分析的分區(qū)設計雨型，采用模糊聚類方法分析設計雨型。共選用24h雨型樣本266個、3d雨型樣本294個、7d雨型樣本308個，資料統(tǒng)計到1985年，并補充1986、1987年發(fā)生的特大暴雨樣本。設計雨型分別給出韓江、粵東沿海、東江上游、東江中下游、北江上游、北江中下游、珠江三角洲、西江、粵西沿海、雷州半島、海南島等11個分區(qū)24h(時段為1h)、3d(時段為6h)、7d(時段為1d)3種歷時的設計雨型。根據《查算圖表》分區(qū)與暴雨、產流、匯流分區(qū)對應表，深圳分別位于2個分區(qū)之間，分別是珠江三角洲以及東江中下游分區(qū)。其中，珠江三角洲最大6h降水約占最大24h降水的62%，東江中下游最大6h降水約占最大24h降水的約61%。

對該設計雨型進行7種雨型識別分析，結果顯示深圳2種設計雨型最貼近第III種雨型(單峰中部)，且單峰中部的雨型占的比例并不高，近年來呈減少趨勢。

4種單峰中部雨型中，深圳市泰森多邊形加權求出的單峰中部雨型無論是長系列計算的還是2000年以后所有單峰中部雨型泰森多邊形加權而得的，均比珠江三角洲雨型降水更為集中，降水峰值更大，2000年以后的雨型結果峰值偏后。

表1 全市暴雨雨型統(tǒng)計分類結果 單位：%

5 雨型趨勢分析

全市暴雨型統(tǒng)計分類結果見表1，6種不同年份劃分方法下7種雨型分布比例如圖3所示。

圖3 6種不同年份劃分方法下7種雨型分布比例

(1)由雨型統(tǒng)計分析成果可得，深圳市近幾十年以來暴雨雨型主要是以單鋒雨型為主，單峰雨型占雨型統(tǒng)計總數除2000—2012年為69.7%以外，其余年代均超過70%；其中1980—1989、1990—1999年單峰雨型占的比例較大，分別74.1%和74.9%；21世紀之后有所減少，占69.7%；2008—2012年近5年來，單峰降水的比例有所增加，占72.8%。

(2)單峰雨型中主要以單峰前部(I)和單峰后部(II)雨型為主，單峰前部(I)除1980年以前雨型所占比例較低，其他分段年份基本維持在30%以上；單峰后部(II)所占基本在22%～30%左右，其中從20世紀80年代至20世紀90年代有較大幅度增加，由22.2%增加到26.3%，其后基本維持在26%左右；單峰中部(III)除1980—1989年份所占比例有所上升以外，其他比例均保持在15%左右。

(3)大致均勻型雨型(IV)占的比例較少，1980年以前，占7.4%，1980—2012年占6.0%；雙峰雨型(V～VII)所占比例約為20%，21世紀之后較大，占24.1%，近5年來比例有所下降，占21.1%。

6 結論

經過以上分析可知，深圳市暴雨雨型主要以單峰為主，大致均勻型雨型所占比例較少，雙峰雨型約占總暴雨雨型的20%左右，單峰雨型中以單峰前部為主要雨型，基本維持在30%以上，單峰后部近年來有所增加，單峰中部呈逐年減少的趨勢。

同時與傳統(tǒng)經驗分析手段《廣東省暴雨徑流手冊》所提出的暴雨設計雨型與本次分析的深圳市實際暴雨雨型有一定差別，在后續(xù)的水文情勢分析以及采用水動力模型進行內澇分析的工作中，應格外注意強化對后峰雨型的應對和模擬。