暴雨资料的审查和选样方法

1 资料的审查

水文分析计算需要预估未来水文情势,具体说是根据以往观测或调查的水文资料推测未来可能出现的水文状况,所以水文计算中必须重视基本水文资料的分析和处理。譬如,水文频率分析的基础是数理统计理论,当采用历史水文资料(样本)进行统计分析时,必须满足数理统计方法对样本的要求,即样本是独立、随机地抽自同一个总体分布。所以,进行暴雨分析计算时,必须首先对暴雨资料进行可靠性、一致性和代表性分析,以尽可能满足分析计算的前提假设,提高估计精度。

暴雨资料主要通过水文、气象部门刊印的《水文年鉴》、气象月报和主管部门的网站查阅收集;也可收集特大暴雨图集和特大暴雨的调查资料。对收集的暴雨资料需要进行审查,主要是审查可靠性与代表性。人类活动影响气候变化,会导致暴雨资料的一致性存在问题,很复杂,此处不做介绍。

暴雨资料的可靠性审查,主要审查特大或特小雨量观测记录是否真实,有无错记或漏测情况,必要时可结合实际调查,予以纠正。检查自记雨量资料有无仪器故障的影响,并与相应定时段雨量观测记录比较,尽可能审定其准确性。

审查暴雨资料要注意分析其代表性,即审查是否有足够数量的测站用来计算面雨量;站网分布情况能否反映地理、气象、水文分区的特性;还要注意分析暴雨的特性。对不同类型的暴雨(如梅雨和台风雨)有时需要按类型分别取样,其成果与不分类型选样频率计算成果不一样。因此需要根据不同的任务因地制宜,合理选定选样方法。

2 统计选样

采用纯随机模型进行暴雨频率分析计算,需要对暴雨资料进行选样。关于暴雨的统计时段,水文分析计算习惯上以1d为分界。暴雨历时超过1d的雨量称为长历时暴雨,暴雨历时小于1d的称为短历时暴雨。长历时一般取1d、3d、7d、15d、30d(暴雨选样的天表示连续24h,不要求0点至24点,也不要求8点至次日8点),短历时一般取1h、3h、6h、12h、24h,特短历时则根据具体情况而定。在一次暴雨过程中,虽然暴雨核心部分(短历时)才是形成洪峰流量的主要要素,但是核心暴雨前后的降水也会对形成的洪水有一定影响,因此,还需要有加长的暴雨统计时段。如果雨量资料仅为人工观测,缺乏自记资料系列,则因为其1d雨量是固定时段8点至次日8点,虽然时间长度是24h,但是固定时段的年最大1d雨量总是小于等于年最大24h雨量,根据年最大24h雨量样本推求年最大24h设计雨量可靠性比较高,需要将固定时段的年最大1d雨量乘以大于1的系数得到年最大24h雨量,这个系数一般都在1.1~1.2之间,常取1.15。

暴雨选样方法有以下4种。

(1)年最大值法。对于每一个时段雨量,每年都选取一个最大值, 年资料可选出 项年极值,例如根据需要选定1d、3d、5d为分析时段,则就有3个样本容量为 的年最大暴雨量系列。需要注意的是同一年内,各种时段的雨量可以在不同暴雨过程中选取,以保证“最大”选样原则。这是目前水利部门水文分析计算中所采用的方法。

(2)年多次法。每一个时段在每年都选取从最大依次向下的 项,则由 年资料可选出 nk 项样本系列。 对各年取固定值,如3次、5次等,可根据当地暴雨特性确定。

(3)超定量法。各年出现大暴雨的次数是不同的,根据当地暴雨特性,各个时段分别选定暴雨量的阈值,超过该阈值的暴雨均选作为样本。这样,某些年的暴雨可能没被选取,而有些年有多次暴雨入选。

(4)超大值法。把 年资料看作一连续过程,各个时段都选取从最大依次向下的 项。此法相当于以第 项暴雨作为超定量选样的阈值。

采取哪种选样方法,主要取决于水文计算所关注的暴雨洪水特性的差别。对于大多数水利水电工程,发生超过设计标准的暴雨洪水所引起的洪灾损失往往是一次性的,在一年之内很难立即恢复正常工作,暴雨洪水年极值分布可以说明当地出现这类洪水灾害的概率,因此,以年最大值法选样为宜。对于城市雨洪排水和工矿排洪工程,超标准洪水所造成的洪水损失一般能迅速得到恢复,若年内发生多次超标准暴雨洪水将造成多次损失,因此年多次法或超定量法较为适用。

3 样本系列的插补延长

为了增加暴雨资料的系列长度,减小抽样误差,提高系列的代表性,在可能的条件下,应尽量设法插补展延,例如利用邻近测站的雨量监测资料,利用暴雨调查资料、洪水资料等。

(1)与邻站距离很近时,可直接借用邻站某些年份的资料。

(2)与相邻测站建立雨量相关关系。

(3)一般年份,当相邻站雨量相差不大时,可移用邻近各站的平均值。

(4)出现大暴雨的年份,当邻近地区测站较多时,可绘制该次暴雨或该年最大值等值线图进行插补。

(5)个别大雨年份缺测,用其他方法插补较困难,而邻近地区观测到特大暴雨。由气象条件分析,说明该暴雨有可能发生在本地附近时,可移用该特大暴雨资料。移用时应注意相邻地区气候、地形等条件的差别。若相邻两地平行观测的暴雨资料的分布有一定差别时,应作必要的订正。

(6)若与洪水的峰(量)关系较好,可建立暴雨和洪水峰或量的相关关系,利用实测或调查洪水资料插补缺测的暴雨资料,但应根据有关点据分布的情况,估计其可能包含的误差范围。

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