葉 彬,張曉影,王德維,薛 軍

(1.江蘇省水文水資源勘測(cè)局揚(yáng)州分局,江蘇 揚(yáng)州 225009;2.江蘇省水文水資源勘測(cè)局連云港分局,江蘇 連云港 222000)

0 引言

近年來(lái),為了確保城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的環(huán)境污染及城市排水防澇安全,海綿城市的建設(shè)理念在缺水型城鎮(zhèn)排水建設(shè)及更新設(shè)計(jì)中逐漸興起[1]。海綿城市是指在城市建設(shè)過(guò)程中優(yōu)化地面及給排水管道設(shè)計(jì)與建設(shè),強(qiáng)化地面雨水的滲透與凈化,進(jìn)一步優(yōu)化城市給排水管道,實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的利用[2-3]。較長(zhǎng)歷史下的暴雨強(qiáng)度公式及芝加哥雨型模型廣泛被地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外海綿城市排水工程分析過(guò)程[4]。鄧培德[5]等利用芝加哥雨型概念推導(dǎo)出三參數(shù)雨型,并據(jù)此提出同頻率控制的模式雨型。謝東[6]等運(yùn)用芝加哥雨型法對(duì)柳州市短歷時(shí)雨型進(jìn)行了模擬計(jì)算,研究結(jié)果表明:芝加哥法在柳州市雨型模擬中具有良好的精確性。

綜上所述,本文結(jié)合某區(qū)內(nèi)排水系統(tǒng)工程項(xiàng)目,對(duì)研究區(qū)域內(nèi)的不同降雨重現(xiàn)期下的暴雨強(qiáng)度及雨型進(jìn)行分析。研究結(jié)果對(duì)區(qū)域不同暴雨重現(xiàn)期下的降雨強(qiáng)度及雨型分布提供基礎(chǔ)的理論指導(dǎo)。

1 理論研究

1.1 暴雨強(qiáng)度公式

根據(jù)研究地區(qū)不同重現(xiàn)期下的暴雨強(qiáng)度,合理規(guī)劃排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式及設(shè)計(jì)規(guī)模,促進(jìn)研究區(qū)域內(nèi)的雨水利用效率,并進(jìn)一步提高排水蓄水能力。氣象部門聯(lián)合當(dāng)?shù)刈〗ú块T頒布的暴雨強(qiáng)度公式,為海綿城市建設(shè)提供重要設(shè)計(jì)依據(jù)。的暴雨強(qiáng)度公式如下表所示:

(1)

式中:i為暴雨強(qiáng)度(mm/ha,mm/hm);t為降雨歷時(shí)(min,min);P為重現(xiàn)期(a)。

1.2 芝加哥雨型模擬方法

目前,常見的雨型分析方法有:常數(shù)法、三角法、德波爾德法(Desbordes)、芝加哥法(Chicago)、西法爾達(dá)法(Sifalda)、水土保持服務(wù)水位圖(Soil conservation service hyetograph),具體對(duì)比見表1。

表1 雨型分析方法統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表1可知,作為一種可以應(yīng)用在大流域范圍內(nèi)的雨量雨型分析理論,芝加哥雨型計(jì)算法被廣泛地應(yīng)用于“海綿城市系統(tǒng)設(shè)計(jì)”及“排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)”過(guò)程。具體來(lái)說(shuō),芝加哥雨型計(jì)算法中雨峰位置和研究區(qū)域的氣候及區(qū)位情況相關(guān)。

2 降雨量模擬結(jié)果與分析

研究區(qū)位于資源型缺水城市,全年降水呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化趨勢(shì),主要降水過(guò)程集中于6-9月,年均降水量約為286.3～310.8mm,然而地面蒸發(fā)量高達(dá)300 mm,研究片區(qū)總面積約為14.2 km2。

表2 不同降雨重現(xiàn)期下降雨強(qiáng)度表 mm/ha

2.1 暴雨強(qiáng)度計(jì)算分析

本次計(jì)算降雨歷時(shí)t取120 min,重現(xiàn)期P取1 a、2 a、3 a、5 a、10 a、20 a、30 a、50 a及100 a。計(jì)算結(jié)果見2表與圖1所示。

圖1 研究區(qū)域內(nèi)暴雨強(qiáng)度

根據(jù)圖1可以發(fā)現(xiàn),在降雨歷時(shí)區(qū)間內(nèi)(0～120 min),暴雨強(qiáng)度隨著重現(xiàn)期的增加而逐漸提高。具體來(lái)說(shuō),當(dāng)降雨歷時(shí)為5 min時(shí),對(duì)應(yīng)1 a、2 a、3 a、5 a、10 a、20 a、30 a、50 a及100 a重現(xiàn)期下的暴雨強(qiáng)度值分別為:55.79 mm/ha、74.65 mm/ha、85.68 mm/ha、99.58 mm/ha、118.44 mm/ha、137.31 mm/ha、148.34 mm/ha、162.24 mm/ha及181.10 mm/ha。降雨重現(xiàn)期100 a與1年的暴雨強(qiáng)度比值為3.24。進(jìn)一步地,隨著降雨歷時(shí)的增加,烏魯木齊市暴雨強(qiáng)度在60 min內(nèi)快速下降,并于60 min后暴雨強(qiáng)度變化逐漸趨于緩和。具體來(lái)說(shuō),隨著降雨重現(xiàn)期從1 a增加到100 a,在經(jīng)歷120min降雨歷時(shí)內(nèi)的暴雨強(qiáng)度分別從71.06 mm/ha、95.09 mm/ha、109.14 mm/ha、126.84 mm/ha、150.87 mm/ha、174.89 mm/ha、188.94 mm/ha、206.65 mm/ha及230.67 mm/ha,降低到11.20 mm/ha、14.98 mm/ha、17.20 mm/ha、19.99 mm/ha、23.77 mm/ha、27.56 mm/ha、29.77 mm/ha、32.56 mm/ha及36.35 mm/ha。降雨歷時(shí)內(nèi)的最大暴雨強(qiáng)度與最低暴雨強(qiáng)的比值均為6.34。

進(jìn)一步地,對(duì)研究區(qū)域內(nèi)降水量進(jìn)行計(jì)算。如表3所示,在研究區(qū)域內(nèi)的匯水量分別為:159.01 mm、212.76 mm、244.20 mm、283.81 mm、337.57 mm、391.32 mm、422.76 mm、462.38 mm及516.13 mm。根據(jù)項(xiàng)目所在地暴雨強(qiáng)度分析可知,隨著降雨重現(xiàn)期增加,暴雨強(qiáng)度及研究區(qū)域的匯水量將出現(xiàn)明顯上升。

2.2 芝加哥雨型分析

根據(jù)芝加哥雨型的計(jì)算,進(jìn)一步通過(guò)積分計(jì)算項(xiàng)目所在地芝加哥綜合暴雨過(guò)程線。如圖2所示,在降雨歷時(shí)內(nèi)且降雨重現(xiàn)期為1 a、2 a、3 a、5 a、10 a、20 a、30 a、50 a及100 a的條件下,雨峰位置下的暴雨強(qiáng)度分別為:0.425 5 mm/ha、0.569 4 mm/ha、0.653 5 mm/ha、0.759 5 mm/ha、0.903 4 mm/ha、1.047 2 mm/ha、1.131 4 mm/ha、1.237 4 mm/ha及1.381 3 mm/ha。在該雨型條件下,暴雨強(qiáng)度最高值與最低值比值為3.24。在本研究條件下,研究區(qū)域內(nèi)的雨型均表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。

表3 降雨量統(tǒng)計(jì)表

圖2 不同降雨重現(xiàn)期下的雨型 圖3 不同雨峰位置下的雨型

進(jìn)一步的,如圖3所示,在降雨重現(xiàn)期為50 a的條件下,隨著r從0.25提高到0.75,雨峰位置出現(xiàn)了明顯的延后。具體來(lái)說(shuō),雨峰的出現(xiàn)時(shí)間從30.0 min增加到90.0 min?；谏鲜龇治?在研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行的雨水排水系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中,應(yīng)合理選擇降雨重現(xiàn)期及雨峰參數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

作為一種可以應(yīng)用在大流域范圍內(nèi)的雨量雨型分析理論,芝加哥雨型計(jì)算法被廣泛地應(yīng)用于“海綿城市系統(tǒng)設(shè)計(jì)”及“排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)”過(guò)程。因此,本研究運(yùn)用暴雨強(qiáng)度公式及芝加哥雨型分析方法,對(duì)不同降雨重現(xiàn)期及雨峰參數(shù)條件下研究區(qū)內(nèi)的暴雨強(qiáng)度及雨型進(jìn)行研究,結(jié)果表明降雨重現(xiàn)期的增加將明顯地提高研究區(qū)域內(nèi)的降雨強(qiáng)度,同時(shí),隨著降雨歷時(shí)的增加暴雨強(qiáng)度之間的比值趨于穩(wěn)定;研究區(qū)域內(nèi)的雨型在不同重現(xiàn)期下均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),且雨峰參數(shù)將明顯地改變雨型分布。研究結(jié)果可為區(qū)域防洪排澇規(guī)劃提供參考。