城市排水中,暴雨強度公式

在城市排水中,的詳細解釋是什么市水澇災(zāi)害是目前全世界普遍關(guān)注的問題。高強度暴雨是造成城市內(nèi)澇“水浸街”的重要原因之一，而解決城市內(nèi)澇的主要依據(jù)——城市暴雨強度的設(shè)計、計算是為城市建設(shè)服務(wù)的重要方面。我國的城市暴雨強度公式由五十年代的《室外排水工程設(shè)計規(guī)范》發(fā)展至現(xiàn)今的《室外排水設(shè)計規(guī)范》，歷次規(guī)范修編均未涉及暴雨強度公式的編制方法，原有方法已沿用近半個世紀。傳統(tǒng)雨強公式建立在系列年限較短、代表性較差，精度較低、誤差較大的資料基礎(chǔ)之上。隨著杭州市城市化進程的快速推進，規(guī)劃面積已達到3068平方公里，共設(shè)八個行政區(qū)，地形更加復(fù)雜，地跨南北兩個熱量帶，東臨海、西連山，氣候有明顯的地帶性差異。城市水文特性發(fā)生顯著變化，暴雨強度的梯度變化大，傳統(tǒng)公式在準確性、適用性等方面存在不足。城市型水災(zāi)害對傳統(tǒng)的設(shè)計理念與模式提出了新的挑戰(zhàn)。研究制定出新型的暴雨強度公式的編制方法，指導(dǎo)杭州市乃至全國的暴雨強度設(shè)計，結(jié)合地形、地貌研發(fā)暴雨信息查詢系統(tǒng)，具有較強的實際意義。鑒于上述原因，浙江省科技廳要求我局針對《我國現(xiàn)行規(guī)范中城市暴雨強度公式設(shè)計計算技術(shù)研究及應(yīng)用》一題展開研究；科技廳組織專家對該課題進行驗收，建設(shè)部對課題成果給予了較高的評價，認為成果“達到國際領(lǐng)先水平”。2008年建設(shè)部下發(fā)通知，要求將研究成果在全國范圍內(nèi)推廣。目前，成果已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，浙江省內(nèi)二十余家設(shè)計研究院在大量工程規(guī)劃設(shè)計中應(yīng)用新型暴雨強度公式，并給予了積極的評價。一、目標內(nèi)容（一）目標分析我國城市型水災(zāi)害的特征，針對傳統(tǒng)暴雨強度設(shè)計方法存在的技術(shù)弊端，研究精度更高、適用性強的新型暴雨強度設(shè)計計算方法；建立基于GIS的暴雨強度信息查詢系統(tǒng)；選擇有代表性的、不同地區(qū)和城市，擴大范圍，繼續(xù)進行驗證性應(yīng)用研究，以期將研究成果在全國范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。（二）內(nèi)容本研究在對浙江地區(qū)700余個雨量觀測站數(shù)據(jù)進行比較分析基礎(chǔ)上，篩選出84個覆蓋全浙江省的國家級標Ⅰ雨量觀測站，收集整理了3497站/年的降水資料，從剖析現(xiàn)行規(guī)范中城市暴雨強度公式編制方法存在的技術(shù)弊端入手，在基礎(chǔ)資料收集的途徑、雨量站位置及代表性的要求、降雨觀測資料的插補延長方法、頻率曲線分布模型、重現(xiàn)期的提高、年最大值的選樣方法、時段延長、資料系列長度要求等方面展開了深入研究，創(chuàng)新地提出了一整套完整、便捷、實用且計算精度高的城市暴雨強度公式設(shè)計計算方法——年最大值法。為了便于杭州市區(qū)暴雨強度信息的查詢與分析，開發(fā)基于GIS的暴雨強度信息管理系統(tǒng)。通過計算機推求繪制等值線初圖后,提交專家對不同頻率各個歷時暴雨等值線進行綜合分析和協(xié)調(diào)。在協(xié)調(diào)時以單站暴雨強度公式為依據(jù)，采用1、2、3、5、10、20、30、50、100a九個頻率和5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min11個時段的等值線為主要依據(jù)，然后定義不同頻率條件下的各歷時的等值線圖參數(shù)；反映地形與氣象條件對暴雨強度的影響的關(guān)系。二、研究意義本研究提供了一套簡便、適應(yīng)性強且具有很高的學術(shù)水平和較高精度的暴雨強度公式的編制方法，對于合理確定暴雨強度，提高城市排水系統(tǒng)設(shè)計的科學性具有重要意義；為《室外排水設(shè)計規(guī)范》的修編提供依據(jù)，解決我國廣大城鎮(zhèn)地區(qū)建立符合當?shù)乜陀^實際雨強公式的技術(shù)難題，為我國廣大城市（鎮(zhèn)）地區(qū)建立符合當?shù)乜陀^實際的暴雨強度公式提供強有力的技術(shù)支撐。項目創(chuàng)新點本項目標的研究及應(yīng)用均系國內(nèi)首創(chuàng)，并在工作理念、工作機制等方面具有重大突破和創(chuàng)新，實施過程中涉及規(guī)劃設(shè)計部門、工程建設(shè)單位和國家、省、市各級及不同的政府部門、科研單位，需要協(xié)調(diào)配合的部門多，綜合性強，組織實施的難度很大，目標的創(chuàng)新點如下：（1）政府服務(wù)的創(chuàng)新項目緊緊圍繞社會各界廣泛關(guān)注的民生問題，因地制宜，研究制定各城市的暴雨強度公式，以應(yīng)對暴雨襲擊后的城市積水問題，成果推廣應(yīng)用中，在舊城改造擴建、背街小巷整治、河網(wǎng)整治、防洪減災(zāi)規(guī)劃等方面受到廣泛好評，實現(xiàn)了政府服務(wù)的創(chuàng)新。（2）規(guī)劃設(shè)計管理的創(chuàng)新傳統(tǒng)暴雨強度公式基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用年多個樣法，計算工作費時費力、資料整編難度大、計算精度低而且易出差錯，且不同部門之間的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及規(guī)劃成果不能共享；新的暴雨強度公式提出年最大值取樣方法；采用年最大值選樣研究方法在城市排水領(lǐng)域更為科學、使建設(shè)行業(yè)在暴雨的計算中所采用的基礎(chǔ)資料與水利、氣象部門的數(shù)據(jù)完全對接，解決了部門之間設(shè)計成果不能相互應(yīng)用的技術(shù)難題，實現(xiàn)了政府規(guī)劃設(shè)計管理的創(chuàng)新。（3）信息化服務(wù)創(chuàng)新從空間分布上研究了我市暴雨強度的分布規(guī)律，采用趨勢面法求解出杭州地區(qū)各點的短歷時暴雨強度，顯著提高了暴雨強度信息的精確性；在此基礎(chǔ)上，建立了基于GIS的暴雨強度信息查詢系統(tǒng)，為規(guī)劃設(shè)計、洪水管理提供了便捷、準確的信息支撐。（4）設(shè)計計算方法的創(chuàng)新首次建立年最大值法配合耿貝爾分布模型推求新一代暴雨強度公式；獨立提出高斯－牛頓計算方法求解暴雨強度公式中的四個參數(shù)，較好地解決了非線性方程線性化時易出現(xiàn)的病態(tài)問題，為該領(lǐng)域研究開辟了一條新的途徑。三、項目難點《我國現(xiàn)行規(guī)范中城市暴雨強度公式設(shè)計計算技術(shù)研究及應(yīng)用》在對大量雨量觀測站數(shù)據(jù)進行比較分析的基礎(chǔ)上，提出暴雨強度公式設(shè)計計算的年最大值法，并實現(xiàn)其可視化查詢。項目難點主要存在于以下幾個方面：（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集難新一代暴雨強度公式采用水文、氣象部門觀測數(shù)據(jù)，且樣本時序長，容量大，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集整編難度大；項目組通過實地調(diào)研，從浙江省700余個雨量觀測站中收集整理了3497站?年的降水資料，資料覆蓋了浙江省域內(nèi)每座城市，為建立浙江省各城市暴雨強度公式奠定了基礎(chǔ)。（2）改變傳統(tǒng)設(shè)計計算方法難新老暴雨強度計算公式在基礎(chǔ)資料收集以及計算方法等方面具有明顯區(qū)別，新型計算公式推廣應(yīng)用存在確定設(shè)計標準的難度。在暴雨強度計算公式的推廣過程中，項目組多次赴設(shè)計單位開展應(yīng)用經(jīng)驗交流，并專人處理設(shè)計部門的意見反饋，公式得到順利推廣應(yīng)用。（3）實現(xiàn)暴雨信息的可視化查詢難新一代暴雨強度公式覆蓋面廣、精確度高，可反映出城市精確至各個空間點的暴雨強度信息，但在使用中存在信息量大，計算操作過程復(fù)雜的問題。項目組通過研究地理、地貌、雨型與降水分布之間的關(guān)系，結(jié)合GIS的圖屬互聯(lián)思想，建立可視化的暴雨信息查詢系統(tǒng)，實現(xiàn)了快捷、準確地提取暴雨強度信息的要求。四、相關(guān)部門的驗收評價《我國現(xiàn)行規(guī)范中城市暴雨強度公式設(shè)計計算技術(shù)研究及應(yīng)用》課題驗收過程中，得到建設(shè)部等政府職能部門、高校及規(guī)劃設(shè)計部門的高度評價，均認為本研究成果處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，具有很大的社會效益和經(jīng)濟效益，并建議作進一步的驗證性研究，最終實現(xiàn)全國廣泛推廣。國家建設(shè)部城建司評價浙江省暴雨強度公式研究“從普及、推廣、實用的角度出發(fā)，在收集大量實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用不同選樣方式進行比較驗證，提出了用年最大值法配合指數(shù)分布模型推導(dǎo)暴雨強度公式的方法，……，在理論與實踐上有所創(chuàng)新，主要研究成果處于國內(nèi)領(lǐng)先水平”，“研究成果對排水系統(tǒng)設(shè)計的改進和優(yōu)化起到重要作用，有很好的推廣前景”，認為研究的子課題“杭州市設(shè)計暴雨強度信息技術(shù)研究”，提出了以空間分析處理技術(shù)為核心的等值線圖合理性檢查方法，“顯著提高了暴雨信息的質(zhì)量、客觀性和合理性”，結(jié)合計算機圖形學的GIS技術(shù)建立的設(shè)計暴雨信息系統(tǒng)軟件符合現(xiàn)代暴雨管理的思路，“具有創(chuàng)新性，研究成果總體處于國際先進水平，……，為專業(yè)技術(shù)人員建立當?shù)氐脑O(shè)計暴雨強度信息提供科學的指導(dǎo)性依據(jù)，具有很好的實用性和廣闊的推廣應(yīng)用前景”，并建議“加大在大中城市的推廣應(yīng)用力度，為我國加速推進城市化建設(shè)服務(wù)”。國家建設(shè)部村鎮(zhèn)建設(shè)辦公室評價本研究“提出的暴雨強度數(shù)學方法、優(yōu)化理論及推演過程正確，在理論和實際資料的結(jié)合上具有創(chuàng)新性，主要研究成果處于國內(nèi)同類研究中的領(lǐng)先水平，……，對改進和優(yōu)化城市雨水排水及雨水利用系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計等起到了重要作用，在城市建設(shè)中具有很好的推廣應(yīng)用前景”。室外給水排水設(shè)計規(guī)范國家標準管理組認為本研究提出的方法“對于合理確定暴雨強度，提高城市排水系統(tǒng)設(shè)計的科學性，優(yōu)化城市排水和雨洪利用，增強城市的防洪抗災(zāi)能力都具有重要的意義”，并建議選擇國內(nèi)有代表性的城市進行驗證性應(yīng)用研究，為修編《室外排水設(shè)計規(guī)范》提供科學依據(jù)。國家建設(shè)部科技司認為本研究“在城市雨水排放系統(tǒng)創(chuàng)新地提出采用年最大值法選取統(tǒng)計樣本，并從我國國情出發(fā)，……，具有很高的實際應(yīng)用價值，研究成果處于國內(nèi)領(lǐng)先”。國家建設(shè)部標準定額司認為本研究成果對優(yōu)化城市排水設(shè)計有重要意義，要求項目組選擇有代表性的不同地區(qū)和城市，擴大范圍，繼續(xù)進行驗證性應(yīng)用研究，為下一步在有關(guān)工程建設(shè)標準中推廣應(yīng)用該成果奠定更堅實的基礎(chǔ)。浙江大學評價“本研究創(chuàng)新性地提出采用年最大值選樣結(jié)合指數(shù)分布模型推導(dǎo)暴雨強度公式的方法，推演過程正確，計算應(yīng)用簡便，模型精度較高，主要研究成果處于國內(nèi)同類研究的領(lǐng)先水平，……，計算過程簡單實用，研究成果易于普及，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟社會效益”。浙江省水利廳評價“暴雨強度公式改由年最大值取樣分析，可以大大普及城市暴雨公式的分析和應(yīng)用，提高城市排水設(shè)計的科學性、合理性，具有重要意義，……，取樣方法及參數(shù)分析方法建議列入《室外排水設(shè)計規(guī)范》”。浙江省水利水電勘測設(shè)計院評價本研究“對提高城市防洪減災(zāi)能力具有重大意義，是一項開創(chuàng)性的、劃時代的城市室外排水設(shè)計的重大改革，研究成果處于國內(nèi)領(lǐng)先水平；年最大值法所需的水文氣象資料的整編要求，與水文、氣象部門的整編要求基本一致，……，使重現(xiàn)期的概念在城市建設(shè)部門、水利部門、氣象部門得到高度的統(tǒng)一，使三部門水文觀測成果、城市排水河道的規(guī)劃設(shè)計成果在重現(xiàn)期上、設(shè)計暴雨強度等標準上加強了銜接，為三部門的各項成果的相互應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，……，將大大加快城市防災(zāi)減災(zāi)工作的進展，為合理確定城市排水系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模和優(yōu)化布局提供了科學的依據(jù)，具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益”。浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院認為“課題從統(tǒng)計樣本的選取，頻率分布模型、暴雨強度公式中待求參數(shù)求解方法，以及重現(xiàn)期設(shè)計標準的選樣等方面入手，對理論分布模型和選樣方法的優(yōu)缺點和相互關(guān)系進行了深入的研究，具有很高的實際應(yīng)用價值，研究成果處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，建議成果盡快得到應(yīng)用”。中國水電顧問集團華東勘測設(shè)計研究院評價本研究“依據(jù)最新積累的暴雨資料，采用年最大值選樣方法，提出理論嚴謹、計算精度高、方法簡便、適用性強的暴雨強度公式，是一項創(chuàng)新的、具有重大意義的研究，研究突破了傳統(tǒng)的暴雨強度研究理論和方法，其研究成果不僅具有較高的學術(shù)理論水平，而且具有廣泛的實際應(yīng)用價值”。浙江省余姚市水利局認為成果“在該領(lǐng)域內(nèi)已處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，對進一步補充和完善現(xiàn)行的暴雨強度公式的編制方法具有重要的價值”。五、社會效益本研究提出的年最大值法選樣方法能客觀反映現(xiàn)代城市排水設(shè)計重現(xiàn)期范圍的暴雨雨樣的統(tǒng)計規(guī)律,使我國1500多座城市（鎮(zhèn)）建立符合當?shù)乜陀^實際的暴雨強度公式、暴雨強度信息查詢系統(tǒng)成為現(xiàn)實，并實現(xiàn)國際氣象組織規(guī)定的10年一輪同步更新的目標。由于規(guī)劃設(shè)計精度和工程功能可靠性的提高，經(jīng)濟合理性的增強，取得的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益是無法估量的。該成果在全國各地推廣使用，可有效指導(dǎo)城市雨水排水規(guī)劃設(shè)計工作，為城市型水災(zāi)害防治管理，內(nèi)澇災(zāi)害風險分析，水災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急處置，定義城市精確的暴雨排水標準提供科學的決策依據(jù)。六、研究成果推廣后的社會反響研究成果在建設(shè)部的統(tǒng)一部署、建設(shè)廳的大力支持下，在浙江省內(nèi)全面推廣，引起社會各界對研究成果的積極的強烈反響。媒體廣泛報道了研究成果的重大意義，引起業(yè)內(nèi)人士推廣該項成果的強烈呼聲；建設(shè)廳發(fā)文公布浙江省暴雨公式后，省內(nèi)數(shù)十家設(shè)計研究院將本課題研究成果——新型暴雨強度設(shè)計方法，應(yīng)用于大量工程規(guī)劃設(shè)計項目，如上泗地區(qū)水系規(guī)劃、蕭山區(qū)水利規(guī)劃、申嘉湖杭高速公路項目、三門濱海新城道路工程、杭州小和山地區(qū)市政工程建設(shè)方案研究等，涉及市政工程、公路橋涵、建筑結(jié)構(gòu)及農(nóng)田水利工程的規(guī)劃設(shè)計，一致認為新型設(shè)計方法顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方法，為城市雨水排水設(shè)計提供了強有力的技術(shù)支撐，能產(chǎn)生很好的社會效益和巨大的經(jīng)濟效益?！嗣袢請蟀l(fā)表“杭州進入‘數(shù)字防汛’時代”的文章，評價為“全國首創(chuàng)，國際先進”；——杭州日報報道“杭州打起了雨水的主意專家希望能把‘暴雨強度信息系統(tǒng)’運用到雨水回收技術(shù)中”，西部時報報道“全國首套可計算暴雨強度的智能系統(tǒng)在杭面世”，中國建設(shè)報報道“杭州水災(zāi)害防治項目出新成果”，新華網(wǎng)報道“我國首套城市暴雨強度信息系統(tǒng)建立”，并有多家媒體進行轉(zhuǎn)載，肯定該項研究成果將對優(yōu)化城市建設(shè)管理、提高居民生活品質(zhì)作出巨大貢獻，是一項開創(chuàng)性的技術(shù)革新?！贾萑請?、今日早報、錢江晚報等媒體作了專題報道，廣泛宣傳了該研究成果的重要意義。例如杭州日報發(fā)表“杭州研究新一代暴雨強度公式，舊有排水管道要復(fù)核”，評價研究成果“達到國際領(lǐng)先水平”；今日早報發(fā)表“杭州暴雨公式有望成國標”，宣傳了新的公式在雨水資源化利用方面的重要意義；——國家建設(shè)部于2008年4月23日發(fā)出“關(guān)于請繼續(xù)開展暴雨強度公式設(shè)計計算驗證性應(yīng)用研究”的函件，要求杭州市規(guī)劃局選擇有代表性的不同地區(qū)和城市，擴大范圍，繼續(xù)進行驗證性應(yīng)用研究；——室外給水排水設(shè)計規(guī)范國家標準管理組于2008年4月29日提出“關(guān)于請繼續(xù)開展暴雨強度公式驗證性應(yīng)用研究的意見”，要求課題組在浙江以外的地區(qū)選擇有代表性的城市進行驗證性應(yīng)用研究，為修編《室外排水設(shè)計規(guī)范》提供科學依據(jù)；——多篇學術(shù)論文發(fā)表于國內(nèi)權(quán)威刊物：“城市暴雨強度公式應(yīng)用中存在問題及處理方法”“現(xiàn)行規(guī)范中城市暴雨強度公式有關(guān)問題探討”“城市暴雨強度公式理論分布模型的研究與設(shè)計”等論文發(fā)表于權(quán)威刊物《給水排水》、《中國給水排水》、《浙江水利》。——浙江省建設(shè)廳發(fā)布“關(guān)于公布浙江省各城市暴雨強度公式的通知”的文件，要求各市建設(shè)系統(tǒng)各行業(yè)行政主管部門協(xié)助推廣該研究成果；——浙江省內(nèi)數(shù)十家設(shè)計研究院將研究成果應(yīng)用于若干項實際工程規(guī)劃設(shè)計，進行了驗證并出具了評價意見：浙江城建設(shè)計研究院有限公司：“公式的推出填補了我省縣（