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爱游戏,给水排水 |李俊奇:极端降雨事件对雨水年径流总量控制率和24h降雨场次控制率的影响 作者:北京建筑大学 李俊奇、林翔

发表时间:2024-09-26 | 作者:星空

焦点提醒:给水排水 |李俊奇:极端降雨事务对雨水年径流总量节制率和24h降雨场次节制率的影响 作者:北京建筑年夜学 李俊奇、林翔 中国给水排水 云直播2020年中国无废城市建设及固废资源化利用可持续高质量发展大会

给水排水 |李俊奇:极端降雨事务对雨水年径流总量节制率和24h降雨场次节制率的影响2018-01-08 17:00

导读:雨水年径流总量节制率是海绵城市扶植中最主要的目标之一。本文首要阐发极端降雨事务对雨水年径流总量、24 h降雨场次节制率的统计成果带来的影响,包罗对统计中分歧地区下极端降雨事务的弃取做出判定,肯定极端年夜暴雨事务的最好扣除比例。

1 雨水年径流总量节制影响身分概述

雨水年径流总量节制率的影响身分有客观身分与客不雅身分之分。

客观身分包罗:统计方式的差别、降雨数据年限跨度和年份的截取(一般要求不小在30年的降雨数据)、降雨材料的来历(统一城市分歧的景象形象站)、降雨数据精度的差别(日、小时、分钟)、极端小降雨与极端年夜暴雨的弃取等。

客不雅身分包罗:年均降雨量与天气类型的地区散布差别、多年24 h降雨散布纪律差别等。这些影响身分配合形成了雨水年径流总量节制率对应设想降雨量取值的不肯定性。雨水年径流总量节制率与设想降雨量的关系是经由过程统计方式得来的,分析斟酌各类身分的影响,是统计成果公道靠得住的条件前提。

2 极端小降雨事务对雨水年径流总量节制率和24h降雨场次节制率的影响

2.1极端小降雨事务概述

“指南”在计较雨水年径流总量节制率时要求“扣除小在等在2 mm的降雨事务的降雨量”。有毛病的不雅点认为 “2 mm”是指每场雨的早期丧失,即知足植被截留、泥土下渗、凹地蓄水的早期丧失量。现实上,这里扣除的是极端小的20:00~第二天20:00降雨事务,是24 h的降雨量。这类小范围降雨,或被动物截留,或蓄具有凹地中,或下渗至泥土,因此不产流。

降雨具有随机性和不肯定性,极端小降雨取值受用地性质、雨前干旱期、泥土性质等多方面身分影响。Makar等拔取丹佛市3个分歧下垫面构成的区域展开降雨量与径流发生关系的研究,成果显示降雨����Ϸapp量在0.06~0.12 inch(1.45~2.9 mm)规模内才能发生径流,并终究保举0.1 inch作为极端小降雨的取值。

2.2极端小降雨事务对雨水年径流总量节制率的影响

从全国31个城市(1983~2012年间)的降雨统计阐发中发觉,极端小降雨的雨量进献率(极端小降雨总量占多年总降雨量的比例)平均只占5.2%,此中酒泉雨量进献率最高,为21.4%,其余均小在11.0%(见图1),酒泉位在干旱地域,年均雨量仅为68.2 mm(银川为172.8 mm),远小在其他城市。

将全国部门城市依照干湿水平进行分类,统计各干湿类型城市雨量进献率的平均值,从干旱地域到潮湿地域的雨量进献率显现递减趋向,别离为13.9%、7.6%、4.5%、3.3%(见图1)。城市干旱水平越高,极端小降雨事务的雨量进献率也越高。在潮湿与半潮湿地域,极端小降雨事务的雨量进献率不足5%。

采取“指南”保举的统计方式,别离计较全国部门城市扣除极端小降雨事务与不扣除极端小降雨事务两种环境下,85%雨水年径流总量节制率对应设想降雨量的取值,计较前者与后者的差值和差值占比(差值占扣除后设想降雨量的比例)。成果显示,跟着年均降雨量的增添,差值占比显现递减趋向(见图2)。31个城市设想降雨量的减小值平均为0.9 mm,此中最年夜的为1.3 mm(海口)、最小为0.4 mm(拉萨);差值占比平均为3.4%,此中最年夜为14.0%(酒泉)、其次为6.8%(银川),最小为1.3%(广州)。

2.3极端小降雨事务对24 h降雨场次节制率的影响

美国的雨水径流泉源节制尺度以节制年均80%~95%的降雨场次来应对径流污染。2009年发布的《美国联邦雨水管控手艺指南》划定,针春联邦项目,以95%的24 h(24:00~第二天24:00)降雨场次节制率(95th percentile rainfall event)作为径流雨水计划管控的两种可选方案之一。同时给出了24 h降雨场次节制率的统计方式(PERCENTILE函数统计法),要求去除0.1 inch(2.56 mm)的极端小降雨事务,认为这类降雨不发生径流,而是以凹地蓄水的体例得以贮存。美国其他典型州的雨洪治理手册中也提到了扣除0.1 inch极端小降雨这一准绳。

如图3所示,对31个全国首要城市的24 h降雨数据进行统计阐发发觉,极端小降雨事务的场次进献率(极端小降雨的场次数与多年总降雨场次数的比例)平均高达46%,接近一半的降雨事务属在极端小降雨事务。

采取PERCENTILE函数统计法,统计全国部门城市扣除极端小降雨事务与不扣除极端小降雨事务下,95%的24 h降雨场次节制率对应设想降雨量的取值。计较前者与后者的差值和差值占比(差值占扣除后设想降雨量的比例)。成果显示31个城市设想降雨量的减小值平均为10.6 mm,此中最年夜的为19.0 mm(海口)、最低为3.9 mm(拉萨);差值占比平均为25.8%,此中最年夜为39.1%(宜宾)、最小为17.0%(杭州)。

对照图2和图4,在雨水年径流总量节制率的统计中,扣除与不扣除极端小降雨事务对设想降雨量的取值的影响较小;在24 h降雨场次节制率的统计中,极端小降雨事务对统计成果形成影响则较年夜。

3 极端年夜暴雨事务对雨水年径流总量节制率与24h降雨场次节制率的影响

3.1极端年夜暴雨事务概述

极端年夜暴雨事务是指跨越保守雨水管渠应对能力,对城市洪涝带来极年夜风险的高重现期降雨,统计上指多年(很多在30年)20:00~第二天20:00的24 h降雨排序中最年夜的几场降雨(一般指结尾频次小在0.5%或0.1%的降雨)。Guo在若何肯定雨水举措措施最年夜滞留体积的研究中将场降雨事务依照径流深度从小到年夜摆列,保举以99.5%数值点对应的径流深度作为最年夜径流深度,即扣除结尾频次小在0.5%的降雨。王文亮认为少数极端暴雨事务的雨量较年夜,对雨水年径流总量节制率统计成果具有必然影响,从提高经济性的角度斟酌应当扣除频次小在0.5%的暴雨。

极端年夜暴雨事务的场次数少却进献了较高的径流总量,图5、图6别离统计了全国31个城市的多年(1983~2012年)累计的极端年夜暴雨总数与总量占比(极端年夜暴雨总量占多年降雨总量的比例)。统计成果注解,当以结尾频次小在0.5%的降雨事务作为极端暴雨事务,31个城市30年累计的极端年夜暴雨总数平均为8.8场,总量占比平均为4.5%,此中最高为6.5%(海口),最低为2.3%(拉萨);当以结尾频次小在0.1%的降雨事务作为极端暴雨事务,31城市30年累计的极端年夜暴雨总数平均为1.8场,总量占比平均为1.5%,此中最高为3.1%(石家庄),最低为0.6%(拉萨)。

3.2极端年夜暴雨事务对雨水年径流总量节制率的影响

虽然极端年夜暴雨的小部门雨水一样能滞留在泉源举措措施内部净化下渗,但这小部门雨水占极端年夜暴雨本身降雨总量的比例小(见图7)。以85%年雨水径流总量节制率对应设想降雨量为例,统计全国31城市的极端年夜暴雨(0.5%)被有用节制的雨量占极端年夜暴雨总量的比例,各城市平均为25.9%,即雨水举措措施针对极端年夜暴雨事务的年径流总量节制率平均为25.9%。这申明在面临高重现期的降雨时,泉源雨水举措措施不克不及实现径流总量节制与径流污染节制的方针要求,当城市的内涝防治上升为首要矛盾时,也不克不及有用处理城市内涝问题。

为了不少数极端年夜暴雨事务过度干扰统计成果,获得较为正确的平均值,统计中可选择频次为99.5%或99.9%的降雨量作为20:00~第二天20:00的24 h降雨量数据的最年夜值,扣除结尾频次为0.5%或0.1%的降雨量。

如图8所示,统计全国31个城市扣除与不扣除极端年夜暴雨事务(结尾频次为0.5%与0.1%两种)下,85%的雨水年径流总量节制率对应设想降雨量取值,计较前者与后者的差值和差值占比(差值占扣除前设想降雨量的比例)。

去除结尾频次为0.5%的极端年夜暴雨后,31个城市差值平均值为3.7 mm,此中最高为7.9 mm(海口),最低为0.5 mm(拉萨);差值占比平均值为11.3%,此中最高为19.8%(海口),最低为4.1%(拉萨)。差值跨度较年夜,显现较着的地区散布差别,以地区类型进行归类(见表1),南边城市的设想降雨量平均下降4.4 mm;北方(北京、沈阳、济南等)、西北(西宁、乌鲁木齐、银川等)、青藏(拉萨)地域城市设想降雨量下降的平均值别离为3.5 mm、1.5 mm、0.5 mm。因为平均的差值占比跨越了10%,极端年夜暴雨扣除与否对雨水举措措施的设想范围发生了较年夜影响。

结尾频次为0.1%极端年夜暴雨对统计成果的影响较小,31个城市平均减小值为1.3 mm,最高为4.3 mm(海口),最低为0.1 mm(拉萨);差值占比平均值为4.2%,此中最高为6.8%(海口),最低为1.2%(拉萨)。

3.3极端年夜暴雨事务对24 h降雨场次节制率的影响

如前所述,对24 h降雨场次节制率而言,分歧重现期降雨的场次进献率是不异的。扣除极端年夜暴雨仅仅是从跨越千场的多年降雨统计材料中扣除几场降雨。以95%的24 h降雨场次节制率为例,采取PERCENTIAL函数统计法,统计扣除结尾频次为0.5%与0.1%极端暴雨前后设想降雨量的差值和差值占比(差值占扣除前设想降雨量的比例)(见图9)。

扣除频次为0.5%的极端年夜暴雨后,31个城市差值平均值为1.7 mm,此中最高为4 mm(天津),最低为0.3 mm(酒泉);差值占比平均值为4.0%,此中最高为7.4%(天津),最低为1.8%(酒泉)。扣除频次为0.1%的极端年夜暴雨后,31个城市差值平均值为0.4 mm,此中最高为1.03 mm(海口),最低为0.05 mm(长春);差值占比平均值为1.0%,此中最高为2.3%(太原),最低为0.1%(长春)。

单从扣除结尾频次为0.5%来看,部门城市如天津、太原、南宁等差值占比均跨越6%。虽然极端年夜暴雨的场次占比力小,对24 h降雨场次节制率统计成果的影响却不该被轻忽。

3.4极端年夜暴雨的最好扣除比例

箱形图是辨认数据中非常值的经常使用方式,其绘制依托现实数据,不需要事前假定命据遵从特定的散布情势,辨认非常值的成果比力客不雅。如图10所示,箱型图中包括5个统计量:最小值、第一四分位数Q1、中位数、第三四分位数Q3与最年夜值,非常值被界说为小在(Q1-1.5IQR)或年夜在(Q3+1.5IQR)的值,此中IQR=Q3 - Q1。

采取箱形图肯定极端年夜暴雨事务的阐发进程为①统计数据规模:本次统计针对高重现期降雨,是以统计数据规模肯定为城市高在85%雨水年径流总量节制率对应设想降雨量值的降雨数据。②计较第一四分位数Q1、第三四分位数Q3和IQR。③将年夜在(Q3+1.5IQR)的降雨数据作该城市的极端年夜暴雨事务,并统计其个数和频次(极端年夜暴雨场次占降雨总场次数的比例)。统计全国31个城市极端年夜暴雨频次成果如图11所示。

南边年均雨量年夜,高重现期降雨呈现次数多但频次低,极端年夜暴雨事务频次平均为0.54%;北方其次,极端年夜暴雨事务频次平均为0.62%;西北青藏地域虽然极端年夜暴雨场次数少,但因为总降雨场次数也少,极端年夜暴雨事务频次最高,平均为0.94%。分析阐发全国31个城市的统计成果,极端年夜暴雨事务频次平均为0.65%。各地区极端年夜暴雨保举值见表2。

4 结论与建议

(1)极端小降雨事务的雨量不克不及知足植被截流、凹地蓄水、泥土下渗的消耗,在发生径流前已丧失殆尽。雨水年径流总量节制率与24 h降雨场次节制率的统计中是不是扣除极端小降雨事务应别离斟酌。从雨水年径流总量节制率的角度看,假如保存小在等在2 mm的极端小降雨事务,全国31个城市85%雨水年径流总量节制率对应设想降雨量的减小值平均为0.9 mm,此中最年夜的为1.3 mm(海口)、最低为0.4 mm(拉萨);差值占比平均为3.4%,此中最年夜为14.0%(酒泉)、其次为6.8%(银川),最小为1.3%(广州)。极端小降雨事务对雨水年径流总量节制的统计成果影响较小。

从24 h降雨场次节制率的角度上看,因为小在等在2 mm的极端小降雨事务的场次进献率年夜(31城市平均为46%),统计中假如保存极端小降雨事务,全国31个城市95%的24 h降雨场次节制率对应设想降雨量的减小值平均为10.6 mm,此中最年夜的为19.0 mm(海口)、最低为3.9 mm(拉萨);差值占比平均为25.8%,此中最年夜为39.1%(宜宾)、最小为17.0%(杭州)。统计中若不扣除极端小降雨事务将极年夜减小举措措施尺寸,下降对径流污染物的去除效力,违反径流泉源节制的初志。是以在24 h降雨场次节制率的统计中需要扣除极端小降雨事务。

(2)极端年夜暴雨呈现频次极低,却进献了高比例的径流总量(0.5%的极端暴雨进献了4.5%径流总量),对雨水年径流总量节制率与24 h降雨场次节制率的统计成果均形成了较年夜影响。为了不少数极端年夜暴对统计成果的干扰,同时从经济效益的角度斟酌,统计中应扣除极端年夜暴雨事务。采取箱形图辨认极端年夜暴雨事务的方式,肯定了极端年夜暴雨最好扣除比例,建议统计中南/北方地域可扣除结尾频次为0.5%的极端年夜暴雨事务,西北/青藏地域可扣除结尾频次为1.0%的极端年夜暴雨事务。

微信对原文有删减,原文题目:极端降雨事务对雨水年径流总量节制率和24 h降雨场次节制率的影响纪律探析;作者:李俊奇、林翔;登载在《给水排水》2018年1期。

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