广西融水县暴雨强度公式的推算与研究
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摘 要：以融水觀测站1988—2017年的逐分钟降雨资料，采用年最大值法挑选5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min共11个短历时最大降雨量的统计样本，采用P-Ⅲ型分布曲线、指数分布曲线、耿贝尔分布曲线3种理论频率曲线进行拟合，通过最小二乘法和高斯牛顿法推算暴雨强度公式，并进行精度检验，得出广西融水县暴雨强度公式。
关键词：暴雨强度公式；推算；拟合；精度检验；融水县
中图分类号：S16
文献标识码：A
DOI：10.19754/j.nyyjs.20190515065
前言
融水县地处广西柳州市西北部，属亚热带季风气候，年平均降雨量1774.0mm，累年平均暴雨日数为7.3d，为广西三大暴雨中心之一。随着全球气候变暖的影响，融水县极端暴雨事件频发，造成城市内涝事件时有发生。2017年7月1—2日，受高空槽及低层切变线降雨系统的共同影响，融水县出现暴雨局部大暴雨，最大降雨量为大浪镇（233.3 mm），造成融水县城出现严重的内涝灾害。融水县受灾人口44403人，转移509人，房屋受损96户109间，农作物成灾面积346.67hm2，交通设施及旅游基础设施水毁严重，全县直接经济损失达11307万元。因此，研究广西融水县暴雨强度公式（以下简称融水公式），为市政排水设计提供科学依据，是解决融水县防灾减灾和防洪排涝能力的客观需求。
本研究利用融水观测站1988—2017年逐分钟降雨资料，根据规范[1]和导则[2]推算融水公式，采用3种理论频率曲线进行拟合并进行精度检验，得出融水公式。
1 资料与方法
1.1 资料来源
融水观测站是融水县区域内唯一的国家地面气象观测站，该站具有30a以上的降雨量资料，符合《室外排水设计规范》和《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》的站点选择原则。本资料来源为调取融水观测站留存的年报表文件并利用广西气象信息中心提供的融水逐分钟雨量数据文件，通过本局开发的电脑程序读取数字化后的分钟降水数据，挑取1988—2017年降雨历时为5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180min 11个历时的年最大降水量。
1.2 数据处理原则
根据相关的规范[3]和方法[4]规定的处理原则进行资料处理，主要原则为：挑取的降雨时段为11个历时。当1440min历时的降雨量大于或等于10.0mm时才进行挑取。不跨年不受日、月界限制从年内各月的降雨时段最大降雨量数据中，采用滑动的方式挑取。当各历时最大降雨量出现次数大于或等于2次的，在记录栏内记录出现次数。
1.3 暴雨强度公式推算方法
依据以上规范和导则，统计资料样本采用年最大值法，采用P-Ⅲ型分布曲线、指数分布曲线、耿贝尔分布曲线3种理论频率曲线进行拟合[5]，利用最小二乘法和高斯牛顿法推算暴雨强度公式，并进行精度检验，以精度最高的推算公式作为最终应用的融水公式[6]。
2.4 暴雨强度公式的精度检验
根据规范的要求，需要对暴雨强度计算结果进行计算抽样误差和暴雨公式误差[9]的精度检验，以确保计算结果的准确性。计算融水公式的精度如表5。
根据规范提出的标准：在一般降雨强度地区，平均绝对均方差不宜大于0.05mm；在较大降雨强度地区，平均相对均方差不宜大于5.00%。分析结果表明：基于耿贝尔分布的暴雨强度公式精度优于P-Ⅲ型分布和指数分布，利用最小二乘法推算的暴雨强度公式精度优于高斯牛顿法；融水县是广西的暴雨中心，属于规范中提出的较大降雨强度地区，基于耿贝尔分布曲线，利用最小二乘法推算的暴雨强度总公式和区间参数公式的相对方差分别为3.99%和3.68%，满足以上规范提出的精度要求。
3 结论
采用年最大值法对广西融水县1988—2017年共30a的资料进行取样，采用P-Ⅲ型分布、指数分布、耿贝尔分布3种理论频率曲线进行拟合调整，并进行精度检验。结果表明：P-Ⅲ型和耿贝尔分布曲线的拟合效果优于指数分布曲线，P-Ⅲ型和耿贝尔分布曲线拟合的相对均方差均小于5%，符合规范的要求；而指数分布曲线拟合的相对均方差大于5%，不符合规范的要求。
采用最小二乘法和高斯牛顿法分别推算了广西融水县暴雨强度公式，并进行精度检验，结果表明：基于耿贝尔分布曲线，利用最小二乘法推算的暴雨强度总公式和区间参数公式的相对方差分别为3.99%和3.68%，符合规范的精度要求，推算的融水县暴雨强度公式可应用于该地区的排水工程设计。
参考文献
[1] 上海市政工程设计研究总院.室外排水设计规范：GB 50014-2006[S].北京：中国计划出版社，2014.
[2] 住房和城乡建设部，中国气象局. 城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则[S]. 2014.
[3] 中国气象局. 地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.
[4] 中国气象局. 全国地面基本气候资料统计方法[M].北京：气象出版社，1979.
[5] 王金辉，丛海兵.暴雨强度公式编制中皮-Ⅲ型频率曲线的快速拟合[J].中国给排水，2013，29（1）：52-55.
[6] 任雨，李明财，郭军，等.天津地区设计暴雨强度的推算与适用[J].应用气象学报，2012，23（3）：364-368.
[7] 王娟，李向红，唐桥义，等.桂林市暴雨强度公式的推导与研究[J].安徽农业科学，2017，45（1）：174-177.
[8] 植石群，宋丽莉，罗金玲，等.暴雨强度计算系统及其应用[J].气象，2000，26（6）：30-32.
[9] 周绍毅，罗红磊，苏志，等.南宁市新一代暴雨强度公式与暴雨雨型研究[J].气象研究与应用，2017，38（2）：1-5.
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