城市暴雨強(qiáng)度公式編制及應(yīng)用方法

1、第1期（總第144期）2010年2月CHINA MUNICIPAL ENGINEERINGNo.1（Serial No.144）Feb. 2010城市暴雨強(qiáng)度公式編制及應(yīng)用方法金家明（杭州市綜合交通研究中心，浙江杭州310006）摘要：從暴雨選樣方法及相互關(guān)系、暴雨頻率曲線選用、暴雨公式的參數(shù)率定、暴雨公式的誤差計算等幾個重要方面對暴雨強(qiáng)度編制方法進(jìn)行了分析，并對暴雨公式在工程應(yīng)用中可能存在的問題進(jìn)行了梳理。關(guān)鍵詞：城市暴雨強(qiáng)度公式；編制；應(yīng)用中圖分類號：TU992.02文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004-4655（2010）01-0038-02在城市化過程中，城市的水文特性與暴雨強(qiáng)度均發(fā)生著顯

2、著的變化。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)。但我國許多城市在雨水排水設(shè)計中采用的暴雨強(qiáng)度公式仍然是建立在年份短、代表性差的基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)的暴雨強(qiáng)度公式已不能適應(yīng)城市雨水排水設(shè)計工作的實際需要，亟需修改和調(diào)整。計算重現(xiàn)期為1a 。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)各地區(qū)雨水管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)已普遍采用1a 的重現(xiàn)期。同時，由于選樣方法的不同，采用年最大值法推求的暴雨強(qiáng)度公式，其重現(xiàn)期P E =1.1a 時的暴雨強(qiáng)度值相當(dāng)于采用年多個樣法推求的暴雨強(qiáng)度公式，其重現(xiàn)期P M =0.5a 時的暴雨強(qiáng)度值。4）計算暴雨重現(xiàn)期時，水利部門一般采用年最大值法，城建部門目前多采用非年最大值法。城市暴雨公式采用年最大

3、值法選樣與城市防洪的重現(xiàn)期意義相統(tǒng)一，便于理解。1編制方法1.1暴雨選樣方法暴雨選樣方法有年最大值法、年超大值法、年超定量法與年多個樣法4種，其中后3種為非年最大值法。年最大值法具有選樣簡單、獨立性強(qiáng)等優(yōu)點，一般要求暴雨資料年份20a 。非年最大值法比較適合重現(xiàn)期較低（1a ）、暴雨資料年份不長（10a ）的城市。5）年最大值法多采用耿貝爾或指數(shù)分布曲線，非年最大值法多采用P-型分布曲線或指數(shù)分布曲線。耿貝爾（P-型分布Cs =1.1395時的特例）或指數(shù)分布曲線（P-型分布Cs =2時的特例）均為兩參數(shù)公式，計算簡單，易于手算或電算，且精度良好。1963年開始我國排水規(guī)范推薦采用年多個樣法，

4、GB 500142006室外排水設(shè)計規(guī)范（簡稱設(shè)計規(guī)范）仍推薦采用該方法；給水排水設(shè)計手冊第五冊則推薦采用年超定量法。國際上近30a 來一致采用樣本獨立性強(qiáng)的年最大值法。目前國內(nèi)有諸多學(xué)者建議改用年最大值法選樣，主要有如下幾點原因。P-型分布曲線為三參數(shù)公式，擬合困難，Cs 計算不可靠，計算結(jié)果往往因人而異。1.2選樣方法的相互關(guān)系按概率計算，年最大值法與年多個樣法推求暴雨強(qiáng)度公式，對應(yīng)重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換公式：1）隨著雨量資料的積累，國內(nèi)很多地區(qū)的年最大值資料已有2030a ，具備年最大值法選樣條件。2）年最大值法選樣簡單，目前氣象、水文部門頒布的暴雨資料，只有年最大值。年最大值法選樣客觀上使中、小城

5、市有條件編制符合當(dāng)?shù)乜陀^實際的暴雨強(qiáng)度公式。非年最大值法需要重新大量收集、處理資料，統(tǒng)計工作量大，耗時費力。特別是我國中、小城市的暴雨強(qiáng)度公式編制工作目前推進(jìn)緩慢，大多是套用鄰近城市的暴雨強(qiáng)度公式。P E =1（1）ln P M -ln （P M -1）1P M =1-1-eE式中：P E 為年多個樣法推求公式的重現(xiàn)期；P M 為年最大值法推求式的重現(xiàn)期。根據(jù)式（1）計算出的P E 與P M 的關(guān)系見表1。概率計算表明，只有P 10a 時，兩者暴雨強(qiáng)度值才比較接近。表1P E /aP M /a3）年最大值法平均每年只選取一個最大值，最低收稿日期：2009-12-25P E 與P M 的關(guān)系金家

6、明：城市暴雨強(qiáng)度公式編制及應(yīng)用方法2010年第1期1.3暴雨頻率曲線選用暴雨強(qiáng)度公式統(tǒng)計中，常用的理論頻率曲線是皮體上最優(yōu)的直接擬合法，實現(xiàn)4個參數(shù)A 、C 、B 、n 的一舉尋優(yōu)。爾遜型曲線、指數(shù)分布曲線、耿貝爾分布曲線。選用何種分布曲線，關(guān)鍵是要看分布曲線對原始數(shù)據(jù)的擬合程度；誤差越小、精度越高的分布曲線越有代表性。1.5暴雨公式的誤差計算現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范規(guī)定：計算抽樣誤差和暴雨公式均方差宜按絕對均方差計算，也可輔以相對均方差計算。計算重現(xiàn)期在0.2510a 時，在一般強(qiáng)度的地方，平均絕對方差0.05mm/min。在較大強(qiáng)度的地方，平均相對方差5%。1.4暴雨公式的參數(shù)率定暴雨強(qiáng)度公式的參數(shù)率

7、定方法通常為圖解法、解析法和數(shù)理統(tǒng)計法。為提高暴雨強(qiáng)度公式的精度，一般采用數(shù)理統(tǒng)計法推求暴雨強(qiáng)度公式。根據(jù)設(shè)計規(guī)范，暴雨公式為2應(yīng)用方法及實例分析2.1重現(xiàn)期年最大值法由于會遺漏一些數(shù)值較大的在年內(nèi)排第二或第三的雨樣，因此其小重現(xiàn)期的降雨強(qiáng)度較年多個樣法的降雨強(qiáng)度低。目前排水設(shè)計中重現(xiàn)期多用I =A +C lg P（）（2）式中：I 為t 歷時內(nèi)的平均暴雨強(qiáng)度，mm/min；P 為重現(xiàn)期，a ；t 為暴雨歷時，min ；A 、C 、B 、n 為地方參數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計方法進(jìn)行計算確定。暴雨公式的參數(shù)率定一般先對暴雨資料進(jìn)行頻率分析，求出各歷時指定重現(xiàn)期的設(shè)計暴雨強(qiáng)度值，再根據(jù)設(shè)計暴雨強(qiáng)度值確定各歷時

8、的參數(shù)，最后推求各歷時統(tǒng)一的暴雨強(qiáng)度公式中的各個參數(shù)。目前也有單位在推求暴雨公式時直接應(yīng)用暴雨數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，不求各個歷時達(dá)到最優(yōu)擬合，力求綜合各個歷時達(dá)到整表2重現(xiàn)期/a公式舊新舊新舊新舊新舊新13a ，在此重現(xiàn)期范圍內(nèi)，年最大值法選樣的結(jié)果較習(xí)慣的年多個樣法結(jié)果明顯偏小。為此建議在實際推廣使用中，調(diào)整暴雨重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)，否則將造成理解上的偏差和使用上的混亂。以杭州為例，道路排水設(shè)計中重現(xiàn)期原采用年多個樣法推導(dǎo)的暴雨公式1年1遇標(biāo)準(zhǔn)。在應(yīng)用年最大值法推導(dǎo)出的新暴雨公式后，如果仍采用1年1遇，新暴雨強(qiáng)度明顯低于原排水標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。根據(jù)資料，杭州市區(qū)持續(xù)時間最長的暴雨達(dá)到3h ，而出現(xiàn)最多的是持續(xù)2

9、5min 左右的暴雨。·L/(shm 2暴雨強(qiáng)度新舊暴雨公式各重現(xiàn)期各時段暴雨強(qiáng)度比較一覽表5min 533.3105321參考國內(nèi)外城市的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（見表3），建議將表3城市名北京廣州上海杭州臺北香港名古屋福岡川崎設(shè)計重現(xiàn)期杭州市的排水設(shè)計重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)提高至2年1遇。mmP =5a 566956607990505252P =10a 65786470901036059581h 歷時暴雨量P =1a 36503636-P =3 a 50635053-國內(nèi)外城市采用的設(shè)計重現(xiàn)期及相應(yīng)的1h 歷時暴雨量選樣方法年多個樣法年多個樣法年多個樣法年最大值法年最大值法年最大值法年最大值法年最大值法年最

10、大值法中國日本35a ，特殊地區(qū)10a 12a ，主要地區(qū)220a1a ，特殊地區(qū)3a 1a ，特殊地區(qū)5a520a 220a 510a 510a 510a（下轉(zhuǎn)第41頁）李慧穎：桂林南洲橋污水泵房深基坑設(shè)計方案及施工2010年第1 期3004006準(zhǔn)22上層護(hù)圈6準(zhǔn)161000砂卵石硬化地面250劑，要求注漿是先內(nèi)后外。4施工中遇到的問題1）采用小型挖掘機(jī)停在基坑內(nèi)挖土，自卸汽車將土運至基坑外。當(dāng)基坑開挖到一定深度，小型挖掘機(jī)臂長決定必須在護(hù)圈局部開口，設(shè)汽車通道讓汽車進(jìn)入基坑將基坑內(nèi)的土運至基坑外。經(jīng)論證決定，在基坑頂至以下5m 局部開口，開口寬度3.6m ，開口兩側(cè)各設(shè)1根1000mm

11、×500mm 立柱，立柱配筋12準(zhǔn)18，箍筋準(zhǔn)10200，立柱底部間設(shè)地梁1000mm ×600mm ，上下各配6準(zhǔn)18鋼筋，箍筋準(zhǔn)10200。1000準(zhǔn)10400準(zhǔn)10200準(zhǔn)10400準(zhǔn)1020012準(zhǔn)18500700a ）700mm 護(hù)圈配筋b ）頂部護(hù)圈配筋圖2護(hù)圈配筋圖基坑支護(hù)設(shè)計應(yīng)先解決阻水問題，以防周邊的地表水及地下水流入、滲入基坑內(nèi)，給施工造成困難。首先在基坑周圈布置注漿孔帷幕，采用兩排孔注漿，梅花型布置，同排孔間距1.0m ，排間距0.86m ，呈正三角形布置，如圖3所示。1000100010002）在基坑支護(hù)設(shè)計時，根據(jù)地質(zhì)報告及設(shè)計手冊中支擋結(jié)構(gòu)有關(guān)公

12、式，為滿足抗管涌的安全要求計算出了防水帷幕在坑底以下插入深度，因此在防水帷幕施工完后的開挖過程中，地下水基本從護(hù)圈側(cè)面涌出，而且都是在黏土層附近。但第二排孔灌漿有難度，施工單位未能按設(shè)計要求灌至相應(yīng)深度的一側(cè)；為緩解抽水壓力，設(shè)計要求在出水較多的一側(cè)補孔注漿，效果不錯。860100010003）施工混凝土護(hù)圈每一層分34段進(jìn)行，鋼筋綁扎基本沒有困難，但有砂卵石地層，模板支護(hù)出現(xiàn)困難，混凝土澆筑時容易跑漿。施工單位利用基坑內(nèi)的挖掘機(jī)將砂卵石堆積，以加強(qiáng)對模板支護(hù)，并分段澆筑。圖3注漿孔相對位置布置圖注漿深度為基坑下5m ，注漿材料采用強(qiáng)度等級為42.5普通硅酸鹽水泥，摻3%5%的水玻璃添加!用中

13、心城區(qū)雨量站的暴雨資料編制出的暴雨強(qiáng)度公式（上接第39頁）應(yīng)用于郊區(qū)排水系統(tǒng)的設(shè)計不甚安全1, 3。對于市區(qū)面2.2降雨歷時現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范規(guī)定，統(tǒng)計城市暴雨公式采用的歷時為5、10、15、20、30、45、60、90、120min ，共9個時段?？紤]到城市排水系統(tǒng)內(nèi)一些系統(tǒng)服務(wù)面積很大，匯流時間較長，以及核算暴雨積水的退水時間的需要，國內(nèi)也有部分城市（如上海、杭州）再增加150、180min 兩個降雨歷時，共選取11個歷時的資料1-2。積大的城市采用同一暴雨強(qiáng)度公式不甚合理，建議根據(jù)區(qū)內(nèi)各地自然條件及歷史暴雨資料分別擬定暴雨強(qiáng)度公式。3結(jié)語合理確定暴雨強(qiáng)度，對提高城市排水系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)性、優(yōu)化城

14、市排水和雨洪利用、增強(qiáng)城市的防洪抗災(zāi)能力等都具有重要意義。暴雨強(qiáng)度計算公式直接關(guān)系暴雨強(qiáng)度的合理確定。選擇合適的暴雨強(qiáng)度公式更適合目前的城市狀況。其推廣應(yīng)用將會優(yōu)化雨水管渠的設(shè)計計算，減少城市積水，改善城市環(huán)境，產(chǎn)生良好的社會效益和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)：1邵堯明, 何明俊. 現(xiàn)行規(guī)范中城市暴雨強(qiáng)度公式中有關(guān)問題探討J.中國給水排水，2008, 24(2:99-102.2.3暴雨空間分布城市設(shè)計暴雨一般不考慮雨量在空間分布的不均勻性，主要原因是城市排水管網(wǎng)所負(fù)擔(dān)的地面排水區(qū)面積不大，可以忽略點雨量與排水區(qū)面平均雨量的差別。雖然一場實際暴雨的空間分布是不均勻的，雨量在空間分布的梯度可能相當(dāng)大，

15、但由于暴雨中心的位置是不確定的，使點雨量與面雨量之間的差別不那么明顯。對于特大城市，由于區(qū)域范圍大，區(qū)內(nèi)地形地貌各異，受臺風(fēng)影響等氣候條件也不同，所以區(qū)內(nèi)各點實際暴雨強(qiáng)度不盡相同。相關(guān)文獻(xiàn)表明，重現(xiàn)期2徐連軍, 勵建全, 李田，等. 上海市短歷時暴雨強(qiáng)度公式研究J.中國市政工程，2007(4:46-48.1a ，上海中心城區(qū)的設(shè)計雨量反而小于郊縣，南匯區(qū)的短歷時設(shè)計暴雨強(qiáng)度也明顯大于中心城區(qū)。將采3寧靜, 李田. 城市化效應(yīng)對上海短歷時設(shè)計暴雨強(qiáng)度的影響J.中國給水排水, 2007(15:51-54, 57.ABSTRACTSzation integration. Key words:urba

16、n rainstorm intensity formula;formation; applicationKey words:urban sewage treatment plant;civil engineering construction key points; quality controlDesign Plan &Construction of Deep Foundation Pit of Nanzhou Bridge Sewage Bump Room in GuilinLI Hui-ying（Guilin Municipal Comprehensive Design Inst

17、itute,）Guilin 541001, ChinaAbstract:The foundation pit of Nanzhou Bridge sewage pump room in Guilin, which is located on the complex geological conditions of pebbly sand , clay and bed rock with the depth of 10m, is not suitable with the mixing pile supporting types. Throughtheselectionofdesignplans

18、,thewaterproof curtain by double row bores casting is adopted, meanwhile, reversal constructed circle arch wall by reinforced concrete (1circle/mis built to support the foundation pit.is10On Design of Shenzhen Gongming SewageTreatment Plants ZHAO Guo-zhi(ShanghaiMunicipal Engineering Design &Res

19、earch General Institute, Shanghai 200092, ChinaAbstract:The recent design scale of Shenzhen Gongming Sewage Treatment Plants×104m 3/d,while the future one is 20×104m 3/d.The multi-A 2/Oprocess is adopted and the outflow quality must meet Standard Class A. During the project design, thinkin

20、g about relative projects experience, the design parameters of all structures are optimized and introduced briefly.Key words:deep foundation pit of bump room;grouting curtain;reversal constructed circular arch wall;reinforced concrete retaining ringKey words :sewage treatment works;A 2/Oprocess;deni

21、trification and phosphorus removal; project designApplication of Smooth Blasting Technique inOn Formation of Urban Rainstorm IntensityFormula &Its Application MethodJIN Jia-ming（Hangzhou Comprehensive Transportation ）Research Centre, Hangzhou 310006, China Abstract:The rainstorm intensity formation method is analyzed in the paper from several important aspects including sampling methods &rela