城市排水中,暴雨强度公式

在城市排水中,的详细解释是什么市水涝灾害是目前全世界普遍关注的问题。高强度暴雨是造成城市内涝“水浸街”的重要原因之一，而解决城市内涝的主要依据——城市暴雨强度的设计、计算是为城市建设服务的重要方面。我国的城市暴雨强度公式由五十年代的《室外排水工程设计规范》发展至现今的《室外排水设计规范》，历次规范修编均未涉及暴雨强度公式的编制方法，原有方法已沿用近半个世纪。传统雨强公式建立在系列年限较短、代表性较差，精度较低、误差较大的资料基础之上。随着杭州市城市化进程的快速推进，规划面积已达到3068平方公里，共设八个行政区，地形更加复杂，地跨南北两个热量带，东临海、西连山，气候有明显的地带性差异。城市水文特性发生显著变化，暴雨强度的梯度变化大，传统公式在准确性、适用性等方面存在不足。城市型水灾害对传统的设计理念与模式提出了新的挑战。研究制定出新型的暴雨强度公式的编制方法，指导杭州市乃至全国的暴雨强度设计，结合地形、地貌研发暴雨信息查询系统，具有较强的实际意义。鉴于上述原因，浙江省科技厅要求我局针对《我国现行规范中城市暴雨强度公式设计计算技术研究及应用》一题展开研究；科技厅组织专家对该课题进行验收，建设部对课题成果给予了较高的评价，认为成果“达到国际领先水平”。2008年建设部下发通知，要求将研究成果在全国范围内推广。目前，成果已经得到广泛应用，浙江省内二十余家设计研究院在大量工程规划设计中应用新型暴雨强度公式，并给予了积极的评价。一、目标内容（一）目标分析我国城市型水灾害的特征，针对传统暴雨强度设计方法存在的技术弊端，研究精度更高、适用性强的新型暴雨强度设计计算方法；建立基于GIS的暴雨强度信息查询系统；选择有代表性的、不同地区和城市，扩大范围，继续进行验证性应用研究，以期将研究成果在全国范围内推广应用。（二）内容本研究在对浙江地区700余个雨量观测站数据进行比较分析基础上，筛选出84个覆盖全浙江省的国家级标Ⅰ雨量观测站，收集整理了3497站/年的降水资料，从剖析现行规范中城市暴雨强度公式编制方法存在的技术弊端入手，在基础资料收集的途径、雨量站位置及代表性的要求、降雨观测资料的插补延长方法、频率曲线分布模型、重现期的提高、年最大值的选样方法、时段延长、资料系列长度要求等方面展开了深入研究，创新地提出了一整套完整、便捷、实用且计算精度高的城市暴雨强度公式设计计算方法——年最大值法。为了便于杭州市区暴雨强度信息的查询与分析，开发基于GIS的暴雨强度信息管理系统。通过计算机推求绘制等值线初图后,提交专家对不同频率各个历时暴雨等值线进行综合分析和协调。在协调时以单站暴雨强度公式为依据，采用1、2、3、5、10、20、30、50、100a九个频率和5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min11个时段的等值线为主要依据，然后定义不同频率条件下的各历时的等值线图参数；反映地形与气象条件对暴雨强度的影响的关系。二、研究意义本研究提供了一套简便、适应性强且具有很高的学术水平和较高精度的暴雨强度公式的编制方法，对于合理确定暴雨强度，提高城市排水系统设计的科学性具有重要意义；为《室外排水设计规范》的修编提供依据，解决我国广大城镇地区建立符合当地客观实际雨强公式的技术难题，为我国广大城市（镇）地区建立符合当地客观实际的暴雨强度公式提供强有力的技术支撑。项目创新点本项目标的研究及应用均系国内首创，并在工作理念、工作机制等方面具有重大突破和创新，实施过程中涉及规划设计部门、工程建设单位和国家、省、市各级及不同的政府部门、科研单位，需要协调配合的部门多，综合性强，组织实施的难度很大，目标的创新点如下：（1）政府服务的创新项目紧紧围绕社会各界广泛关注的民生问题，因地制宜，研究制定各城市的暴雨强度公式，以应对暴雨袭击后的城市积水问题，成果推广应用中，在旧城改造扩建、背街小巷整治、河网整治、防洪减灾规划等方面受到广泛好评，实现了政府服务的创新。（2）规划设计管理的创新传统暴雨强度公式基础数据采用年多个样法，计算工作费时费力、资料整编难度大、计算精度低而且易出差错，且不同部门之间的基础数据以及规划成果不能共享；新的暴雨强度公式提出年最大值取样方法；采用年最大值选样研究方法在城市排水领域更为科学、使建设行业在暴雨的计算中所采用的基础资料与水利、气象部门的数据完全对接，解决了部门之间设计成果不能相互应用的技术难题，实现了政府规划设计管理的创新。（3）信息化服务创新从空间分布上研究了我市暴雨强度的分布规律，采用趋势面法求解出杭州地区各点的短历时暴雨强度，显著提高了暴雨强度信息的精确性；在此基础上，建立了基于GIS的暴雨强度信息查询系统，为规划设计、洪水管理提供了便捷、准确的信息支撑。（4）设计计算方法的创新首次建立年最大值法配合耿贝尔分布模型推求新一代暴雨强度公式；独立提出高斯－牛顿计算方法求解暴雨强度公式中的四个参数，较好地解决了非线性方程线性化时易出现的病态问题，为该领域研究开辟了一条新的途径。三、项目难点《我国现行规范中城市暴雨强度公式设计计算技术研究及应用》在对大量雨量观测站数据进行比较分析的基础上，提出暴雨强度公式设计计算的年最大值法，并实现其可视化查询。项目难点主要存在于以下几个方面：（1）基础数据采集难新一代暴雨强度公式采用水文、气象部门观测数据，且样本时序长，容量大，基础数据采集整编难度大；项目组通过实地调研，从浙江省700余个雨量观测站中收集整理了3497站•年的降水资料，资料覆盖了浙江省域内每座城市，为建立浙江省各城市暴雨强度公式奠定了基础。（2）改变传统设计计算方法难新老暴雨强度计算公式在基础资料收集以及计算方法等方面具有明显区别，新型计算公式推广应用存在确定设计标准的难度。在暴雨强度计算公式的推广过程中，项目组多次赴设计单位开展应用经验交流，并专人处理设计部门的意见反馈，公式得到顺利推广应用。（3）实现暴雨信息的可视化查询难新一代暴雨强度公式覆盖面广、精确度高，可反映出城市精确至各个空间点的暴雨强度信息，但在使用中存在信息量大，计算操作过程复杂的问题。项目组通过研究地理、地貌、雨型与降水分布之间的关系，结合GIS的图属互联思想，建立可视化的暴雨信息查询系统，实现了快捷、准确地提取暴雨强度信息的要求。四、相关部门的验收评价《我国现行规范中城市暴雨强度公式设计计算技术研究及应用》课题验收过程中，得到建设部等政府职能部门、高校及规划设计部门的高度评价，均认为本研究成果处于国内领先水平，具有很大的社会效益和经济效益，并建议作进一步的验证性研究，最终实现全国广泛推广。国家建设部城建司评价浙江省暴雨强度公式研究“从普及、推广、实用的角度出发，在收集大量实测数据的基础上，采用不同选样方式进行比较验证，提出了用年最大值法配合指数分布模型推导暴雨强度公式的方法，……，在理论与实践上有所创新，主要研究成果处于国内领先水平”，“研究成果对排水系统设计的改进和优化起到重要作用，有很好的推广前景”，认为研究的子课题“杭州市设计暴雨强度信息技术研究”，提出了以空间分析处理技术为核心的等值线图合理性检查方法，“显著提高了暴雨信息的质量、客观性和合理性”，结合计算机图形学的GIS技术建立的设计暴雨信息系统软件符合现代暴雨管理的思路，“具有创新性，研究成果总体处于国际先进水平，……，为专业技术人员建立当地的设计暴雨强度信息提供科学的指导性依据，具有很好的实用性和广阔的推广应用前景”，并建议“加大在大中城市的推广应用力度，为我国加速推进城市化建设服务”。国家建设部村镇建设办公室评价本研究“提出的暴雨强度数学方法、优化理论及推演过程正确，在理论和实际资料的结合上具有创新性，主要研究成果处于国内同类研究中的领先水平，……，对改进和优化城市雨水排水及雨水利用系统的规划设计等起到了重要作用，在城市建设中具有很好的推广应用前景”。室外给水排水设计规范国家标准管理组认为本研究提出的方法“对于合理确定暴雨强度，提高城市排水系统设计的科学性，优化城市排水和雨洪利用，增强城市的防洪抗灾能力都具有重要的意义”，并建议选择国内有代表性的城市进行验证性应用研究，为修编《室外排水设计规范》提供科学依据。国家建设部科技司认为本研究“在城市雨水排放系统创新地提出采用年最大值法选取统计样本，并从我国国情出发，……，具有很高的实际应用价值，研究成果处于国内领先”。国家建设部标准定额司认为本研究成果对优化城市排水设计有重要意义，要求项目组选择有代表性的不同地区和城市，扩大范围，继续进行验证性应用研究，为下一步在有关工程建设标准中推广应用该成果奠定更坚实的基础。浙江大学评价“本研究创新性地提出采用年最大值选样结合指数分布模型推导暴雨强度公式的方法，推演过程正确，计算应用简便，模型精度较高，主要研究成果处于国内同类研究的领先水平，……，计算过程简单实用，研究成果易于普及，具有广阔的应用前景和良好的经济社会效益”。浙江省水利厅评价“暴雨强度公式改由年最大值取样分析，可以大大普及城市暴雨公式的分析和应用，提高城市排水设计的科学性、合理性，具有重要意义，……，取样方法及参数分析方法建议列入《室外排水设计规范》”。浙江省水利水电勘测设计院评价本研究“对提高城市防洪减灾能力具有重大意义，是一项开创性的、划时代的城市室外排水设计的重大改革，研究成果处于国内领先水平；年最大值法所需的水文气象资料的整编要求，与水文、气象部门的整编要求基本一致，……，使重现期的概念在城市建设部门、水利部门、气象部门得到高度的统一，使三部门水文观测成果、城市排水河道的规划设计成果在重现期上、设计暴雨强度等标准上加强了衔接，为三部门的各项成果的相互应用奠定了基础，……，将大大加快城市防灾减灾工作的进展，为合理确定城市排水系统的建设规模和优化布局提供了科学的依据，具有巨大的社会效益和经济效益”。浙江省城乡规划设计研究院认为“课题从统计样本的选取，频率分布模型、暴雨强度公式中待求参数求解方法，以及重现期设计标准的选样等方面入手，对理论分布模型和选样方法的优缺点和相互关系进行了深入的研究，具有很高的实际应用价值，研究成果处于国内领先水平，建议成果尽快得到应用”。中国水电顾问集团华东勘测设计研究院评价本研究“依据最新积累的暴雨资料，采用年最大值选样方法，提出理论严谨、计算精度高、方法简便、适用性强的暴雨强度公式，是一项创新的、具有重大意义的研究，研究突破了传统的暴雨强度研究理论和方法，其研究成果不仅具有较高的学术理论水平，而且具有广泛的实际应用价值”。浙江省余姚市水利局认为成果“在该领域内已处于国内领先水平，对进一步补充和完善现行的暴雨强度公式的编制方法具有重要的价值”。五、社会效益本研究提出的年最大值法选样方法能客观反映现代城市排水设计重现期范围的暴雨雨样的统计规律,使我国1500多座城市（镇）建立符合当地客观实际的暴雨强度公式、暴雨强度信息查询系统成为现实，并实现国际气象组织规定的10年一轮同步更新的目标。由于规划设计精度和工程功能可靠性的提高，经济合理性的增强，取得的社会效益、环境效益和经济效益是无法估量的。该成果在全国各地推广使用，可有效指导城市雨水排水规划设计工作，为城市型水灾害防治管理，内涝灾害风险分析，水灾害预警和应急处置，定义城市精确的暴雨排水标准提供科学的决策依据。六、研究成果推广后的社会反响研究成果在建设部的统一部署、建设厅的大力支持下，在浙江省内全面推广，引起社会各界对研究成果的积极的强烈反响。媒体广泛报道了研究成果的重大意义，引起业内人士推广该项成果的强烈呼声；建设厅发文公布浙江省暴雨公式后，省内数十家设计研究院将本课题研究成果——新型暴雨强度设计方法，应用于大量工程规划设计项目，如上泗地区水系规划、萧山区水利规划、申嘉湖杭高速公路项目、三门滨海新城道路工程、杭州小和山地区市政工程建设方案研究等，涉及市政工程、公路桥涵、建筑结构及农田水利工程的规划设计，一致认为新型设计方法显著优于传统方法，为城市雨水排水设计提供了强有力的技术支撑，能产生很好的社会效益和巨大的经济效益。——人民日报发表“杭州进入‘数字防汛’时代”的文章，评价为“全国首创，国际先进”；——杭州日报报道“杭州打起了雨水的主意专家希望能把‘暴雨强度信息系统’运用到雨水回收技术中”，西部时报报道“全国首套可计算暴雨强度的智能系统在杭面世”，中国建设报报道“杭州水灾害防治项目出新成果”，新华网报道“我国首套城市暴雨强度信息系统建立”，并有多家媒体进行转载，肯定该项研究成果将对优化城市建设管理、提高居民生活品质作出巨大贡献，是一项开创性的技术革新。——杭州日报、今日早报、钱江晚报等媒体作了专题报道，广泛宣传了该研究成果的重要意义。例如杭州日报发表“杭州研究新一代暴雨强度公式，旧有排水管道要复核”，评价研究成果“达到国际领先水平”；今日早报发表“杭州暴雨公式有望成国标”，宣传了新的公式在雨水资源化利用方面的重要意义；——国家建设部于2008年4月23日发出“关于请继续开展暴雨强度公式设计计算验证性应用研究”的函件，要求杭州市规划局选择有代表性的不同地区和城市，扩大范围，继续进行验证性应用研究；——室外给水排水设计规范国家标准管理组于2008年4月29日提出“关于请继续开展暴雨强度公式验证性应用研究的意见”，要求课题组在浙江以外的地区选择有代表性的城市进行验证性应用研究，为修编《室外排水设计规范》提供科学依据；——多篇学术论文发表于国内权威刊物：“城市暴雨强度公式应用中存在问题及处理方法”“现行规范中城市暴雨强度公式有关问题探讨”“城市暴雨强度公式理论分布模型的研究与设计”等论文发表于权威刊物《给水排水》、《中国给水排水》、《浙江水利》。——浙江省建设厅发布“关于公布浙江省各城市暴雨强度公式的通知”的文件，要求各市建设系统各行业行政主管部门协助推广该研究成果；——浙江省内数十家设计研究院将研究成果应用于若干项实际工程规划设计，进行了验证并出具了评价意见：浙江城建设计研究院有限公司：“公式的推出填补了我省县（