佛山暴雨強度公式-2016暴雨附件：-佛山氣象條件及典型雨型研究

圖2-4佛山市三水區(qū)適線法調(diào)整頻率曲線圖2-5佛山市南海區(qū)適線法調(diào)整頻率曲線圖2-6佛山市順德區(qū)適線法調(diào)整頻率曲線（3）單一重現(xiàn)期暴雨強度公式擬合從（1）式可以看出，暴雨強度公式為已知關(guān)系式的超定非線性方程，公式中有4個參數(shù)，顯然常規(guī)方法無法求解，因此參數(shù)估計方法設(shè)計和減少估算誤差尤為關(guān)鍵。首先對式（1）進行線性化處理：令，那么（1）式即變?yōu)椋海?）式（7）即為單一重現(xiàn)期公式，通過式（7）分別把1、2、3、5、10、20、30、50和100年一遇等9個重現(xiàn)期的單一暴雨強度公式推求出來。首先推算這9個重現(xiàn)期暴雨強度公式的需求參數(shù)A、b、n。用常規(guī)方法無法求解暴雨強度公式即式（7），將式（7）兩邊取對數(shù)得：（8）令，那么式（8）就變?yōu)椋海?）式（9）應(yīng)用數(shù)值逼近和最小二乘法，可求出b0、b1，則A、n可求。但在具體計算時，由于b也是未知數(shù)，因此還無法應(yīng)用最小二乘法求解方程?？上冉o定一個b值，在此b值下，再應(yīng)用最小二乘法，可求得A、n值。將此A、n、b代入式（1），計算出給定b值的暴雨強度（），同時算出理論降水強度（）與給定b值的暴雨強度（）的相關(guān)系數(shù)（r）。不斷調(diào)整b值，用相關(guān)系數(shù)r作為判別標準，比較和，直至相關(guān)系數(shù)達到最佳為止，則這時的A、b、n為所求。這樣，可將11個單一重現(xiàn)期暴雨強度公式逐個推算出來。具體參見表2-1～表2-6。表2-1佛山市三水區(qū)單一重現(xiàn)期暴雨公式重現(xiàn)期P（年）公式P＝22463.584/(t+7.363)0.672P＝32820.296/(t+7.960)0.674P＝53261.510/(t+8.589)0.677P＝103871.227/(t+9.354)0.684P＝204555.092/(t+9.826)0.696P＝304913.641/(t+9.990)0.701P＝505344.501/(t+10.165)0.705P＝1005908.627/(t+10.379)0.711

表2-2佛山市南海區(qū)單一重現(xiàn)期暴雨公式重現(xiàn)期P（年）公式P＝25647.272/(t+14.271)0.829P＝36399.941/(t+14.566)0.832P＝57288.214/(t+14.878)0.835P＝108221.410/(t+14.460)0.835P＝208802.904/(t+13.637)0.832P＝309141.914/(t+13.351)0.831P＝509568.265/(t+13.045)0.829P＝10010146.085/(t+12.673)0.828

表2-3佛山市順德區(qū)單一重現(xiàn)期暴雨公式重現(xiàn)期P（年）公式P＝24819.620/(t+13.621)0.803P＝34526.535/(t+12.553)0.766P＝54185.020/(t+11.276)0.724P＝103368.724/(t+8.630)0.654P＝202986.294/(t+6.718)0.612P＝302816.455/(t+5.834)0.590P＝502623.904/(t+4.819)0.563P＝1002381.42/(t+3.530)0.528（4）區(qū)間參數(shù)公式擬合由于上面求得的是單一重現(xiàn)期的暴雨強度公式，而兩個單一重現(xiàn)期之間的暴雨強度還無法求得。如重現(xiàn)期為10年、20年的暴雨強度可求得，但重現(xiàn)期為15年的暴雨強度則無法計算。因此引入重現(xiàn)期區(qū)間參數(shù)公式，以解決這個問題。應(yīng)用式（10）（10）作為區(qū)間參數(shù)公式來求算區(qū)間參數(shù)值效果很好（式（10）中，y為A、b、n參數(shù)中的任一個，P為重現(xiàn)期，C為常數(shù)）。首先把1～100年分為（I）：1～10年和（II）：10～100年兩個區(qū)間，將A、b、n代入（10）式中得：（11）（12）（13）上面三式中A、b、n和P是已知數(shù)，A1、A2、CA、b1、b2、Cb及n1、n2、Cn都是未知數(shù)。根據(jù)上面求得單一重現(xiàn)期P下的A、b、n值，同理，利用數(shù)值逼近法和最小二乘法，可解得未知數(shù)A1、A2、CA、b1、b2、Cb和n1、n2、Cn，從而可算得I、II兩個區(qū)間的A、b、n值，將它們代入式（1），可得1～100年之間的任意一個重現(xiàn)期暴雨強度公式，從而可計算任意重現(xiàn)期的暴雨強度。

表2-4佛山市三水區(qū)重現(xiàn)期區(qū)間暴雨公式重現(xiàn)期P（年）區(qū)間參數(shù)公式1—10IIn0.669+0.005Ln(P-0.099)b7.217+0.962Ln(P-0.836)A11.576+5.015Ln(P-0.116)10—100IIIn0.679+0.007Ln(P-7.842)b9.144+0.273Ln(P-7.842)A14.006+4.671Ln(P-2.870)表2-5佛山市南海區(qū)重現(xiàn)期區(qū)間暴雨公式重現(xiàn)期P（年）區(qū)間參數(shù)公式1—10IIn0.828+0.005Ln(P-0.836)b14.199+0.476Ln(P-0.836)A29.278+9.383Ln(P-0.378)10—100IIIn0.837-0.002Ln(P-6.737)b14.826-0.476Ln(P-7.842)A37.808+4.984Ln(P-0.107)表2-6佛山市順德區(qū)重現(xiàn)期區(qū)間暴雨公式重現(xiàn)期P（年）區(qū)間參數(shù)公式1—10IIn0.828-0.070Ln(P-0.574)b14.823-2.296Ln(P-0.312)A30.424-3.537Ln(P-0.444)10—100IIIn0.748-0.048Ln(P-2.870)b11.375-1.723Ln(P-5.080)A23.009-1.924Ln(P-5.632)

（5）總公式的推算根據(jù)（1）式將其兩邊取對數(shù)得：（14）令，，即得。已知q、P、t值，應(yīng)用數(shù)值逼近法和最小二乘法解此二元線性回歸方程，可求得，從而可求得A1、n。推算出的佛山市暴雨強度總公式為：三水：（15）南海：（16）順德：（17）2.3.5暴雨公式精度檢驗為確保計算結(jié)果的準確性，需對暴雨強度計算結(jié)果進行精度檢驗，按國家規(guī)范（GB50014-2006，2014版）的要求，需計算重現(xiàn)期2～20年暴雨強度的平均絕對均方誤差和平均相對均方誤差，平均絕對均方誤差不超過0.05mm／min，平均相對均方誤差不大于5％。平均絕對均方誤差：（18）平均相對均方誤差：（19）式（18）和式（19）中，為理論降水量，R為實際降水量，t為降水歷時，n為樣本數(shù)。利用暴雨強度區(qū)間公式算得的重現(xiàn)期2～20年暴雨強度平均絕對均方誤差三水為0.047（mm/min）、南海為0.041（mm/min）、順德為0.026（mm/min）；相對均方誤差三水為3.72%、南海為2.16%、順德為1.67%，滿足《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006，2014版）提出的精度要求。利用暴雨強度總公式算得的重現(xiàn)期2～20年暴雨強度平均絕對方差三水為0.050（mm/min）、南海為0.050（mm/min）、順德為0.050（mm/min），相對均方誤差三水為3.59%、南海為2.49%、順德為4.68%，南海、順德和三水的暴雨強度總公式均符合《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006，2014版）提出的精度要求。從兩種公式計算精度看，暴雨強度區(qū)間公式優(yōu)于暴雨強度總公式，因此推薦使用暴雨強度區(qū)間公式。2.4.佛山市高明區(qū)暴雨強度公式由于佛山市高明區(qū)沒有設(shè)立國家氣象站，只設(shè)立了自動氣象站，而自動氣象站無長年代自記降水記錄資料。因此需根據(jù)佛山市高明區(qū)自動氣象站多年降水資料（2003～2015年）與南海、順德、三水、禪城的自動氣象站及國家氣象站同期降水資料，作出研究分析和建議，參照提出高明區(qū)的暴雨強度計算公式。佛山市屬明顯的東亞季風(fēng)氣候區(qū)，受海洋暖濕氣流影響，佛山市年平均雨量在1600～1900mm之間，雨水充沛，但降水分布不均，干濕季明顯，雨季（4～9月）降水量占全年降水量的82%左右。佛山市地處珠江三角洲中部，受氣候、地形地貌的影響，降水量的空間分布也不均勻，地區(qū)之間有明顯的差異，圖2-7和圖2-8是根據(jù)高明、南海、順德、三水、禪城的自動氣象站及國家氣象站同期降水資料繪制的年降水量分布圖和雨季降水量分布圖。從年平均降水量分布圖可以看出，年最高降水量1900多mm，主要分布在東部城市化比較密集的地區(qū)；年最低降水量只有1600多mm，主要分布在中西部的三水和高明區(qū)一帶。暴雨公式統(tǒng)計樣本絕大部分來自雨季暴雨，因此采用雨季降水量和年降水量分布特征進行佛山市暴雨區(qū)域分布代表性分析。從圖2-7和圖2-8可以看出，高明區(qū)的降水量分布特征與三水區(qū)最為接近，降水量分布基本處于同一等值區(qū)內(nèi)，因此建議使用三水區(qū)國家氣象站的自記降水雨量資料推算高明區(qū)的暴雨公式。圖2-7佛山市年降水量（mm）圖2-8佛山市雨季降水量（mm）表2-7佛山市高明區(qū)單一重現(xiàn)期暴雨公式重現(xiàn)期P（年）公式P＝22463.584/(t+7.363)0.672P＝32820.296/(t+7.960)0.674P=53261.510/(t+8.589)0.677P=103871.227/(t+9.354)0.684P=204555.092/(t+9.826)0.696P=504913.641/(t+9.990)0.701P=1005344.501/(t+10.165)0.705表2-8佛山市高明區(qū)重現(xiàn)期區(qū)間暴雨強度公式P（年）區(qū)間參數(shù)公式1—10IIn0.669+0.005Ln(P-0.099)b7.217+0.962Ln(P-0.836)A11.576+5.015Ln(P-0.116)10—100IIIn0.679+0.007Ln(P-7.842)b9.144+0.273Ln(P-7.842)A14.006+4.671Ln(P-2.870)2.5鶴山暴雨強度公式與高明區(qū)現(xiàn)行公式的比較及分析為進一步分析高明區(qū)暴雨強度的代表性，采用鶴山國家氣象站1980年～2015年近36年的資料，編制得到暴雨強度公式，并與現(xiàn)行高明暴雨強度公式進行對比分析。表2-9鶴山單一重現(xiàn)期暴雨公式重現(xiàn)期P（年）公式P＝27764.832/(t+18.266)0.912P＝38577.788/(t+18.331)0.913P=59524.678/(t+18.400)0.913P=1010620.365/(t+18.434)0.912P=2011705.03/(t+18.604)0.911P=5012917.116/(t+18.726)0.909P=10013772.657/(t+18.802)0.908表2-10鶴山重現(xiàn)期區(qū)間暴雨強度公式P（年）區(qū)間參數(shù)公式1—10IIn0.912+0.001Ln(P-0.836)b18.250+0.105Ln(P-0.836)A42.159+9.809Ln(P-0.444)10—100IIIn0.913-0.001Ln(P-7.842)b18.359+0.098Ln(P-7.842)A50.360+7.026Ln(P-3.422)表2-11鶴山暴雨強度公式計算值與三水現(xiàn)行公式對比序號重現(xiàn)期（年）歷時暴雨強度10分鐘15分鐘20分鐘30分鐘45分鐘60分鐘12高明現(xiàn)行公式357.236311.151277.827232.206190.256163.547鶴山公式368.620317.737279.645226.283176.793145.611差值（%）-2.6-7.1-11.023高明現(xiàn)行公式375.433328.005293.768246.906203.732176.152鶴山公式405.005349.152307.322248.701194.312160.035差值（%）0.7-4.6-9.135高明現(xiàn)行公式395.688346.971311.867263.815219.443190.983鶴山公式448.715386.963340.687275.795215.547177.558差值（%）13.4-1.8-7.0410高明現(xiàn)行公式418.907369.072333.245284.206238.789209.516鶴山公式501.463432.593380.960308.519241.225198.770差值（%）19.71.0-5.1520高明現(xiàn)行公式452.129398.506360.555309.184261.958231.569鶴山公式551.528476.245419.711340.263266.317219.595差值（%）22.019.516.410.11.7-5.2鶴山資料編制的暴雨強度公式與高明現(xiàn)行暴雨強度公式相比，在5年重現(xiàn)期以上部分相對于現(xiàn)行公式偏大，偏大幅度略小于用三水國家氣象站資料新編的暴雨強度公式，由于高明現(xiàn)行的暴雨強度公式是采用三水暴雨強度公式，為了便于新編公式與現(xiàn)行公式的銜接，仍推薦使用三水新編的暴雨強度公式作為高明新編的暴雨強度公式。

2.6新編暴雨強度公式與現(xiàn)行公式的比較及分析佛山市現(xiàn)行暴雨強度公式是采用佛山市南海區(qū)、順德區(qū)和三水區(qū)國家氣象站1961年～2010年近50年的資料編制，降雨歷時按5、10、15、20、30、45、60、90、120分鐘，編制方法為年多個樣法。佛山市三水區(qū)現(xiàn)行的暴雨強度公式為：表2-12佛山市三水區(qū)單一重現(xiàn)期暴雨公式重現(xiàn)期P（年）公式P＝22407.588/(t+10.47)0.632P＝32270.87/(t+9.881)0.602P=52129.092/(t+9.25)0.569P=101959.928/(t+8.483)0.529P=201777.259/(t+6.817)0.485P=501605.11/(t+5.177)0.434P=1001490.061/(t+4.066)0.399表2-13佛山市三水區(qū)重現(xiàn)期區(qū)間暴雨強度公式P（年）區(qū)間參數(shù)公式1—10IIn0.645–0.052Ln(P-0.718)b10.662–0.981Ln(P-0.784)A14.546–1.272Ln(P-0.893)10—100IIIn0.623–0.049Ln(P-3.268)b10.812–1.482Ln(P-5.186)A13.069–0.912Ln(P-5.691)表2-14佛山市三水區(qū)新編暴雨強度公式計算值與現(xiàn)行公式對比序號重現(xiàn)期（年）歷時暴雨強度10分鐘15分鐘20分鐘30分鐘45分鐘60分鐘12現(xiàn)行公式357.236311.151277.827232.206190.256163.547新編公式361.859305.269266.559216.215172.339145.502差值（%）1.3-1.9-4.1-6.9-9.4-11.023現(xiàn)行公式375.433328.005293.768246.906203.732176.152新編公式402.617341.193298.764243.125194.247164.193差值（%）7.24.01.7-1.5-4.7-6.835現(xiàn)行公式395.688346.971311.867263.815219.443190.983新編公式450.954383.791336.955275.032220.209186.326差值（%）14.010.68.04.30.3-2.4410現(xiàn)行公式418.907369.072333.245284.206238.789209.516新編公式510.149435.948383.676313.961251.739213.086差值（%）21.85.41.7520現(xiàn)行公式452.129398.506360.555309.184261.958231.569新編公式569.668487.127428.725350.575280.648237.171差值（%）26.022.218.9

佛山市南海區(qū)現(xiàn)行的暴雨強度公式為：表2-15佛山市南海區(qū)單一重現(xiàn)期暴雨公式重現(xiàn)期P（年）公式P＝23046.119/(t+10.34)0.671P＝33036.461/(t+9.883)0.654P=53026.178/(t+9.382)0.635P=103013.723/(t+8.763)0.612P=202891.671/(t+7.173)0.579P=502775.451/(t+5.494)0.538P=1002697.523/(t+4.333)0.508表2-16佛山市南海區(qū)重現(xiàn)期區(qū)間暴雨強度公式P（年）區(qū)間參數(shù)公式1—10IIn0.681–0.031Ln(P-0.599)b10.554–0.803Ln(P-0.695)A18.257–0.095Ln(P-0.807)10—100IIIn0.704–0.0427Ln(P-1.311)b11.503–1.572Ln(P-4.286)A18.968–0.619Ln(P-5.563)

表2-17佛山市南海區(qū)新編暴雨強度公式計算值與現(xiàn)行公式對比序號重現(xiàn)期（年）歷時暴雨強度10分鐘15分鐘20分鐘30分鐘45分鐘60分鐘12現(xiàn)行公式403.500348.171308.542254.858206.143175.499新編公式401.422343.686301.567243.897191.493158.829差值（%）-0.5-1.3-2.3-4.3-7.1-9.523現(xiàn)行公式429.695371.063329.185272.554221.195188.864新編公式446.085382.364335.753271.772213.490177.101差值（%）3.83.02.0-0.3-3.5-6.235現(xiàn)行公式460.677398.204353.723293.684239.266204.976新編公式497.869427.270375.483304.210239.113198.397差值（%）3.6-0.1-3.2410現(xiàn)行公式501.005433.563385.742321.360263.056226.278新編公式569.620487.682427.847345.853271.312224.849差值（%）13.712.5-0.6520現(xiàn)行公式557.408480.747427.350356.441292.919253.048新編公式633.574540.085472.404380.423297.514246.151差值（%）13.712.3-2.7

佛山市順德區(qū)現(xiàn)行的暴雨強度公式為：表2-18佛山市順德區(qū)單一重現(xiàn)期暴雨公式重現(xiàn)期P（年）公式P＝23037.889/(t+10.927)0.677P＝32969.154/(t+10.423)0.652P=52890.678/(t+9.841)0.624P=102791.429/(t+9.099)0.587P=202365.898/(t+6.237)0.543P=502055.748/(t+3.245)0.487P=1001860.215/(t+1.181)0.447表2-19佛山市順德區(qū)重現(xiàn)期區(qū)間暴雨強度公式P（年）區(qū)間參數(shù)公式1—10IIn0.698–0.049Ln(P-0.455)b11.343–0.996Ln(P-0.482)A18.493–0.791Ln(P-0.535)10—100IIIn0.713–0.058Ln(P-1.183)b13.894–2.788Ln(P-4.416)A17.921–1.499Ln(P-7.765)

表2-20佛山市順德區(qū)新編暴雨強度公式計算值與現(xiàn)行公式對比序號重現(xiàn)期（年）歷時暴雨強度10分鐘15分鐘20分鐘30分鐘45分鐘60分鐘12現(xiàn)行公式387.662335.322297.586246.173199.266169.657新編公式380.412326.058286.513232.454183.344152.690差值（%）-1.9-2.8-3.7-5.6-8.0-10.023現(xiàn)行公式415.370360.101320.321266.140216.644185.320新編公式416.113356.941314.138255.862203.027170.022差值（%）0.2-0.9-1.9-3.9-6.3-8.335現(xiàn)行公式448.043389.416347.309289.997237.573204.303新編公式457.410392.588346.071283.095226.185190.619差值（%）2.10.8-0.4-2.4-4.8-6.7410現(xiàn)行公式494.167431.115385.949324.508268.191232.304新編公式497.446425.814375.582308.757249.134212.024差值（%）0.7-1.2-2.7-4.9-7.1-8.7520現(xiàn)行公式520.824450.178401.352336.803279.056242.738新編公式532.775453.940399.879329.175266.922228.400差值（%）2.30.8-0.4-2.3-4.3-5.9新編的暴雨強度公式計算值相對于現(xiàn)行暴雨強度公式，三水區(qū)、南海區(qū)在2～5年重現(xiàn)期總體上偏小，在5年以上重現(xiàn)期總體偏大；順德區(qū)在2～10年重現(xiàn)期均偏小。主要原因包括以下幾點：（1）選樣方法的不同。根據(jù)最新的國家規(guī)范要求，選樣方法從“年多個樣法”改為“年最大值法”。在使用年最大值法推算過程中，會出現(xiàn)大雨年的次大值雖大于小雨年的最大值而不入選的情況，該方法算得的暴雨強度小于年多個樣法的計算值，因此采用年最大值法時需作重現(xiàn)期修正，根據(jù)文獻[12―14]的研究成果，兩者對應(yīng)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換公式如下：（20）式中為年多個樣法的重現(xiàn)期，為年最大值法的重現(xiàn)期。根據(jù)式（20）計算出的和關(guān)系見表2-18。表2-18年多個樣法重現(xiàn)期和年最大值法重現(xiàn)期的轉(zhuǎn)換關(guān)系（年）123510203050100（年）1.582.543.535.5410.5020.5030.5050.50100.50從表2-18可以看出在1～5年重現(xiàn)期，年最大值法小于年最多個樣法，10年以上則差別不大。(2)采用的降雨歷時不同。根據(jù)最新的國家規(guī)范要求，降雨歷時增加了150min和180min兩個歷時。（3）樣本選取年限的不同?，F(xiàn)行公式選取的資料年限為1961～2010年，而新編公式采用的是1980～2015年的資料。統(tǒng)計了三水、南海、順德氣象站的10、60min歷時的年最大降雨量序列，1980～2015年的10min平均值相對于1961～2010年的平均值分別偏大了約4.2%、4.3%、1.8%；1980～2015年的60min平均值相對于1961～2010年的平均值分別偏大了約7.6%、3.8%、1.6%（見表2-19）。從偏大的幅度看，三水和南海偏大較多，順德偏大的幅度較小，因而新編的三水和南海暴雨強度公式在5年重現(xiàn)期以上部分相對于現(xiàn)行公式偏大，而順德則略為偏小，是在合理范圍之內(nèi)的。表2-21最大降水平均值對比站點歷時1961至2010年最大降水平均值1980至2015年最大降水平均值偏大幅度（%）三水10分鐘21.4mm22.3mm4.260分鐘55.3mm59.5mm7.6南海10分鐘23.5mm24.5mm4.360分鐘58.6mm60.8mm3.8順德10分鐘22.6mm23.0mm1.860分鐘56.8mm57.7mm1.6

3.設(shè)計暴雨雨型分布研究設(shè)計降雨的時間分配，主要是描述一場降雨事件的重現(xiàn)期、降雨歷時、降雨深度、峰值及其位置等5個參數(shù)，目前一般采用的方法，可分為典型歷史降雨縮放法、IDF曲線法、無因次標準曲線法、歷史降雨隨機模擬法等4種類型。國內(nèi)，鄧培德等曾利用Keifer&Chu雨型計算調(diào)蓄池容積；王敏等基于北京市的雨量資料提出了北京市設(shè)計暴雨雨型；根據(jù)國內(nèi)外內(nèi)澇的防治相關(guān)經(jīng)驗，應(yīng)用于城市內(nèi)澇災(zāi)害防治工程的設(shè)計降雨時程分配雨型應(yīng)盡量滿足以下幾個條件：（1）內(nèi)澇防治工程設(shè)計降雨雨型必須是長歷時降雨雨型，根據(jù)內(nèi)澇工程區(qū)域范圍大小和匯流時間，一般認為1440min（24小時），最長至2天的設(shè)計降雨雨型可滿足內(nèi)澇工程規(guī)劃設(shè)計需求。（2）設(shè)計時程分配雨型應(yīng)能體現(xiàn)流域真實的長歷時降雨統(tǒng)計規(guī)律。IDF（強度-歷時-頻率，即國內(nèi)采用的暴雨強度公式）曲線法構(gòu)建的設(shè)計降雨時程分布，由于是完全基于IDF曲線，因此無法克服IDF曲線本身的缺陷，根據(jù)Bedient和Huber研究分析，IDF曲線得到應(yīng)是歷時區(qū)間內(nèi)的雨強均值，而非降雨真實過程的反映，因此應(yīng)用IDF曲線法獲得的均勻降雨雨型是不適宜應(yīng)用于內(nèi)澇防治工程的規(guī)劃設(shè)計的。（3）內(nèi)澇防治工程設(shè)計降雨時程分配雨型還應(yīng)盡量兼顧與原城建的市政排水設(shè)施和水利的防洪排澇設(shè)施所采用設(shè)計降雨的有效銜接。城市內(nèi)澇防治工程的設(shè)計與市政排水設(shè)施和水利排澇設(shè)施息息相關(guān)，分別為內(nèi)澇防治工程建設(shè)的上游和下游邊界，城市排水、城市內(nèi)澇防御工程和城市防洪工程三套工程系統(tǒng)的設(shè)計，在同頻率下采用同一設(shè)計降雨，不僅為工程設(shè)計帶來極大的便利，更可從根本上解決市政和水利設(shè)計標準意義不匹配的問題。3.1設(shè)計暴雨雨型方法概述一般情況下，設(shè)計暴雨在設(shè)計歷時時段內(nèi)的降雨總量的時程分配或雨量過程線，對洪峰流量有顯著影響。常用的降雨量時程分布(即雨型)有:均勻雨型、Keifer&Chu雨型(芝加哥雨型)、SCS雨型、Huff雨型、Pilgrim&Cordery雨型、Yen&Chow雨型(三角形雨型)等。均勻雨型是最簡單的雨型，在整個降雨事件中擁有不變的降雨強度。對于不同歷時和重現(xiàn)頻率的降雨，均勻雨型的降雨強度可以直接從I-D-F曲線獲得。很顯然均勻雨型的產(chǎn)生是根植于推理公式法的假設(shè)條件。Keifer&Chu（1957)提出了一種應(yīng)用于下水道設(shè)計的雨量過程線，有時稱此法為芝加哥雨型，是根據(jù)某一特定的重現(xiàn)期下降雨強度和降雨歷時的關(guān)系式，推求出來的一種雨量過程線。設(shè)計暴雨過程線用公式可表達為式中i前——峰前時間tb的雨強；i后——峰前時間ta的雨強；tb——峰前時間；ta——峰后時間；r——代表峰前峰后降雨歷時的比值；估算r的方法，是對一組各種歷時的次暴雨計算最大強度時間與暴雨歷時之間的比值，按照各次降雨歷時加權(quán)平均后，這個比值的均值作為r的值。該方法的優(yōu)點是比較簡單，而且還可以獲得同頻率降雨事件的合成暴雨過程。SCS雨型利用6小時和24小時構(gòu)建的綜合雨型的分配，橫坐標表示時間，縱坐標表示降雨量的比例。在美國應(yīng)用較廣泛，我國還在初步探索階段。Huff（1967)根據(jù)最大雨強發(fā)生在歷時的第一、第二、第三、和第四等分段四種情況把降雨分配成4類典型，并對每一類典型作出各種不同頻率的無因次時間分配過程。從這個統(tǒng)計中可以發(fā)現(xiàn)，短歷時暴雨多數(shù)是屬第一和第二分段組。Pilgrim&Cordery(1975)研究了一種設(shè)計暴雨過程線的方法，包括下述各步:①選取一定歷時的大雨的樣本。為使成果具有統(tǒng)計意義，用記錄中最大的50次暴雨。②分歷時為若干時段，時段的長度取決于設(shè)計洪水計算的需要和觀測資料的分段情況。③對每次降雨，根據(jù)每個時段的雨深，排列各時段的序號，由全部各次降雨，計算每一時段的平均序號，作為時段排列的序號。標明最大雨深時段最可能的序號，次大雨深時段最可能的序號等。④確定每次降雨每個序號時段雨量占總降水量之百分比。對各次降水計算在序號為1，3，……時段的平均百分數(shù)。⑤以第三步中所確定的最大可能的次序，和從第四步中確定的相對值，安排時段，構(gòu)成雨量過程線。該方法的優(yōu)點是可以獲得不同短歷時的設(shè)計暴雨過程線，缺點是不能代表同頻率降雨事件，對于我國城市排水與內(nèi)澇防御工程設(shè)計的適用性還有待研究。Yen&Chow（1980)提出一種確定設(shè)計暴雨雨型的方法，其基本原理是以暴雨過程的各階原點矩作為雨型的數(shù)字特征，根據(jù)選定的設(shè)計暴雨雨型的特征值，配合某種概化的雨型，如三角型、拋物線型等，即可確定設(shè)計暴雨的時程分配。他們認為一般可采用三角形雨型，僅須計算一階原點矩ml作為雨型參數(shù)，若采用拋物線型則需要計算一階和二階矩m1，m2。圖3-1所示為Yen和Chow提出的三角形雨型：圖3-1三角形雨型（Yen&Chow）在國內(nèi)，城市排水管網(wǎng)設(shè)計的短歷時設(shè)計暴雨雨型設(shè)計規(guī)范建議采用Keifer&Chu提出的芝加哥雨型和Pilgrim&Cordery提出的設(shè)計暴雨過程線，由于Pilgrim&Cordery提出的設(shè)計暴雨過程線不能代表同頻率降雨事件，在使用時不同的計算匯水時間采用不同的設(shè)計降雨過程線，非常麻煩，所以絕大部分單位傾向于使用芝加哥雨型。根據(jù)設(shè)計內(nèi)澇防治工程排水通道和內(nèi)澇調(diào)蓄池設(shè)計的需要，城市內(nèi)澇防治工程應(yīng)采用24小時設(shè)計暴雨過程線已經(jīng)基本達成共識。設(shè)計需要同頻率降雨事件組合合成暴雨過程，其計算方法包括同倍比放大法或同頻率分析法。一般是通過實際降雨過程挑選出典型暴雨進行分析，控制不同歷時的同頻率設(shè)計雨量，借鑒洪水分析的方法，進行同倍比或同頻率分時段控制縮放。所謂的典型暴雨一般是指所選擇的暴雨總降雨量量大，強度也大，能夠真實的反映設(shè)計地區(qū)情況，符合設(shè)計要求，暴雨的分配形式接近多年平均和常遇工況，并且對工程的安全比較不利的暴雨過程。3.2各種設(shè)計暴雨雨型選擇各種設(shè)計暴雨雨型雨型間的差異大，一旦選擇不當(dāng)，一定會使結(jié)果誤差大，所以必須經(jīng)過多次比較，才能確定合適的雨型。目前國內(nèi)外還沒有一種公認的能作為設(shè)計根據(jù)的雨型。一般都是從本地區(qū)長期的降雨資料考慮，結(jié)合氣候情況來推求符合本地區(qū)特征的設(shè)計暴雨雨型。但是就雨型研究本身而言，不同的雨型應(yīng)用的條件也不近相同，下面對幾種常見的雨型進行簡要的分析：=1\*GB3①模式雨型將雨型劃分成為7種類型，它常把雨強均勻化，采用均勻雨型，劃分的較細，但與大多數(shù)實際情況不符，前蘇聯(lián)包高馬佐娃等人通過對烏克蘭的降雨情況進行分析，發(fā)現(xiàn)呈均勻分布的雨型很少，并且就這七種模式之間的區(qū)分也是不明顯。=2\*GB3②Keifer&Chu雨型(芝加哥雨型)是根據(jù)某一特定的重現(xiàn)期下降雨強度和降雨歷時的關(guān)系式，即由暴雨強度公式推得而來推求出來的一種不均勻的雨量過程線。主要的缺點在于雨型的推求過程較為簡單，并且雨峰位置是確定的，僅僅是對設(shè)計暴雨強度頻率進行再分布。Keifer&Chu雨型由于受歷時的限制，一般小于2h，因此該雨型不能用于長歷時、大于2h的降雨時程分配。=3\*GB3③由Yen&Chow提出的一種不對稱的三角形雨型由于只考慮了歷時降雨的核心部分，而沒有考慮雨頭和雨尾，從而會導(dǎo)致計算的徑流量明顯偏小。=4\*GB3④Pilgrim&Cordery雨型和Huff雨型的推導(dǎo)的方法比較繁瑣，對降雨資料的依賴性很強，必須要有足夠的降雨資料，才能夠保證結(jié)果的可靠性。在城市雨水道設(shè)計時，匯流時間是逐漸增大的，如果采用Huff法或Yen&Chow法來確定設(shè)計雨型時，由于受降雨歷時的影響顯著，如果選取不當(dāng)，就會產(chǎn)生較大的誤差。因此在計算每一段管道流量時，都需要重新分析雨強變化過程，重復(fù)模擬各段管道的徑流過程，這樣導(dǎo)致了工作量相當(dāng)大。綜上分析，本項研究采用《城市暴雨強度公式編制和設(shè)計暴雨雨型確定技術(shù)導(dǎo)則》推薦的芝加哥雨型作為短歷時降雨過程的設(shè)計雨型，采用同頻率分析法來推算24小時的設(shè)計暴雨雨型。3.3120分鐘設(shè)計暴雨時程分配雨型分析芝加哥雨型只有雨峰位置一個參數(shù)，估算r的方法，是對一組各種歷時的次暴雨計算最大強度時間與暴雨歷時之間的比值，按照各次降雨歷時加權(quán)平均后，這個比值的均值作為r的值。根據(jù)南海氣象站55年降雨資料，通過中國氣象局組織開發(fā)的短歷時暴雨雨型分析系統(tǒng)，選取120分鐘降雨量最大的20個樣本，如下圖：表3-1樣本情況開始時間過程雨量20010430233568.520080615162063.220090603202559.120130420174958.220010517153156.220120913142453.719850730223552.619970630010647.719720807194345.720080918124843.519880525052142.319890502060241.820130707135241.420120506140141.220130819132841.119950715124740.220140511142239.919960729123239.619870522110538.019770727195037.7根圖中可以看出，雨峰位置的分布沒有規(guī)律，由20個樣本統(tǒng)計的雨峰位置平均值為0.268。3.41440分鐘（24小時）設(shè)計暴雨時程分配雨型分析3.4.1摘取樣本降雨過程通過數(shù)字化處理系統(tǒng)處理后降雨原始數(shù)據(jù)，劃分降雨過程。降雨過程是連續(xù)降雨時段，根據(jù)美國URS公司在的研究結(jié)果，當(dāng)每分鐘降雨量小于0.1mm（或停雨）的持續(xù)時間超過10小時，則定義為兩個獨立的“降雨過程”比較符合當(dāng)?shù)氐慕涤暌?guī)律。以年為單位，統(tǒng)計每年降雨的發(fā)生過程。3.4.2典型降雨的選定降雨過程統(tǒng)計完成后就需要對降雨過程進行分析，因為降雨量，降雨強度隨時間變化相差很大，雨量，雨強有大有小，對于總雨量小，雨強也較小的降雨過程實際上對研究雨型沒有太大的意義，是可以忽略的，從一系列的降雨過程中挑選出較典型的降雨過程作為設(shè)計降雨雨型的基礎(chǔ)，再通過綜合分析選出一組最典型的降雨過程，然后根據(jù)設(shè)計暴雨量修改雨型，也就是用暴雨量來修正暴雨梯度。挑選降雨過程的原則如下：=1\*GB2⑴總降雨歷時短，雨量特別大，降雨強度很大。=2\*GB2⑵降雨雨峰明顯。 =3\*GB2⑶總降雨歷時長，雨量大，降雨強度較大。=4\*GB2⑷能反映本地區(qū)大暴雨一般特性；=5\*GB2⑸接近設(shè)計條件，對工程的安全較為不利。由此從55年降雨數(shù)據(jù)中挑選出1440min降雨量最大前10場降雨，分別為2015年10月4～5日，1999年8月22～24日，1965年9月27～29日，1981年6月29～7月1日，1964年5月27～29日，1986年8月10～12日，1999年9月16～17日，1995年10月2～3日，1974年10月18～20日，1971年6月17～19日。3.4.31440分鐘（24小時）設(shè)計暴雨雨型分配為了保證與水利部門研究成果銜接，借鑒水利部門對雨型進行研究的成果，參考水利雨型的雨峰位置，將新推求的雨型的雨峰位置調(diào)整到與水利雨型的雨峰相一致，得到的設(shè)計雨型可以與水利部門順利銜接。具體的步驟是先根據(jù)水利部門推薦雨型選擇主雨峰位置（最大小時），之后根據(jù)短歷時雨型確定最大5分鐘時段降雨的位置，再對上述挑選出的10場雨進行分析，但與之不同的是在確定雨峰的時候不再以選定的降雨過程的雨峰為主，而是以水利的雨型的雨峰位置為主，從而對于典型10場降雨，根據(jù)雨峰位置截取出來的1440分鐘降雨過程，可能不是這場降雨中最大的1440分鐘進程。然后依據(jù)上述的推求過程推求新雨型。參考廣東省水利部門使用的24小時降雨過程線雨型，選定雨峰位置在第10的位置，確定的1小時時間間隔設(shè)計暴雨過程線如下：圖3-2水利工程50年重現(xiàn)期1h時間間隔24小時設(shè)計暴雨過程線=1\*Arabic1降雨主峰的確定，根據(jù)水利部門的研究成果，雨峰位置在第10個時段，也就是9:01到10:00的時段。根據(jù)20場最大降雨最大1小時內(nèi)5分鐘時段雨型分布分析，雨型的r=0.362，1440min設(shè)計降雨過程線的主雨峰位置在9:21~9:25的位置上，即在5min時段的降雨過程的113位置上。根據(jù)120min芝加哥設(shè)計雨型的r=0.268，計算1440min設(shè)計降雨過程線的主雨峰位置在9:26~9:30的位置上，即在5min時段的降雨過程的112位置上。綜合以上因素，采用主雨峰位置在113位置上計算雨型分布系數(shù)。=2\*Arabic2依據(jù)主峰對齊的原理，以上述提取出的最大的1440降雨過程為標準，移動選定的10場降雨過程，在對應(yīng)的位置上截取1440分鐘降雨過程，截取出來的1440分鐘降雨可能不是這場降雨中最大的1440分鐘進程，以5分鐘為統(tǒng)計單位，相當(dāng)于288個5分鐘的降雨量(見附表3-2)。=3\*Arabic3分別求各場降雨5分鐘對應(yīng)位置上的分配比例，然后不論場次，基于平均情況(即均值)來定義各時段雨量的比例的原理求出對應(yīng)位置每5分鐘上比例的平均值，總共有288個平均值。見表3-2。表3-2各場降雨5分鐘對應(yīng)位置上的分配比例以及最終比例的平均值（水利雨峰雨型）總雨量282.0270.4164.2160.4198.0143.4148.7129.285.2102.3平均比例10.0007090.0010350.0009750.0000000.0024240.0000700.0001340.0000000.0029340.0000000.00082820.0007090.0024770.0007920.0000000.0012120.0006970.0000000.0002320.0038730.0000000.00099930.0000000.0011090.0007920.0000000.0012620.0004880.0000000.0005420.0019950.0000000.00061940.0010640.0004070.0024970.0000000.0013630.0008370.0010760.0008510.0017600.0000000.00098650.0010640.0008870.0023760.0002490.0004540.0008370.0023530.0005420.0011740.0000000.00099460.0007090.0007400.0045680.0052360.0001510.0007670.0011430.0003100.0031690.0000000.00167970.0010640.0005920.0017060.0034290.0007070.0007670.0011430.0001550.0031690.0001960.00129380.0010640.0006290.0018270.0021190.0008580.0009060.0016810.0000770.0030510.0002930.00125190.0010640.0009610.0024360.0014340.0006560.0012550.0028910.0006190.0025820.0000000.001390100.0007090.0011090.0020710.0017450.0028280.0012550.0026890.0006190.0024640.0000000.001549110.0021280.0072470.0010360.0056730.0005550.0007670.0045050.0004640.0024640.0001960.002503120.0053190.0100580.0015230.0047380.0009090.0006970.0011430.0005420.0022300.0000000.002716130.0024820.0072100.0020100.0011220.0005050.0002090.0008740.0004640.0044600.0000000.001934140.0017730.0058420.0023760.0018700.0008580.0003490.0004710.0009290.0036380.0000000.001811150.0031910.0051770.0035330.0023060.0006060.0001390.0002690.0013930.0023470.0000000.001896160.0024820.0020340.0049340.0018080.0008580.0001390.0000000.0009290.0014080.0001960.001479170.0014180.0047700.0025580.0061710.0012620.0003490.0000000.0015480.0008210.0000000.001890180.0014180.0078020.0043250.0170800.0010600.0000000.0000000.0012380.0012910.0000000.003422190.0017730.0074690.0048730.0234380.0020700.0000000.0000670.0012380.0039900.0000000.004492200.0014180.0054730.0014620.0380880.0034340.0000000.0022190.0013160.0062200.0006840.006031210.0010640.0053250.0009140.0244360.0039890.0000000.0029580.0012380.0005870.0021510.004266220.0017730.0053250.0004260.0170180.0030300.0000000.0012770.0007740.0039900.0007820.003440230.0007090.0053620.0017660.0057970.0025750.0000000.0044370.0004640.0058680.0002930.002727240.0007090.0053250.0035940.0009350.0007570.0000000.0010080.0005420.0049290.0000000.001780250.0007090.0059530.0024970.0011220.0010100.0001390.0004710.0006190.0028170.0000000.001534260.0007090.0085790.0022540.0018080.0009090.0000700.0004710.0003870.0017600.0001960.001714270.0017730.0072100.0021930.0014340.0005050.0000000.0002020.0002320.0005870.0000000.001414280.0010640.0071730.0022540.0008100.0004540.0000000.0008070.0009290.0003520.0000000.001384290.0035460.0061010.0030460.0010600.0002020.0000000.0005380.0029410.0005870.0000000.001802300.0014180.0059900.0024360.0008100.0004540.0000000.0005380.0007740.0007040.0000000.001313310.0000000.0060640.0022540.0014960.0004540.0000000.0001340.0014700.0010560.0000000.001293320.0049650.0083200.0014010.0016210.0003030.0001390.0102190.0007740.0010560.0000000.002880330.0085110.0086530.0006090.0018700.0003030.0006970.0006050.0003100.0008210.0000000.002238340.0056740.0086530.0010960.0023690.0057570.0005580.0005380.0003100.0000000.0000000.002495350.0010640.0086530.0009750.0026800.0044940.0007670.0032270.0000000.0000000.0000000.002186360.0021280.0068040.0009750.0028050.0022220.0004180.0006720.0000770.0000000.0000000.001610370.0021280.0034390.0018270.0010600.0015150.0005580.0002020.0000770.0000000.0000000.001081380.0042550.0030320.0016450.0003740.0020200.0009060.0023530.0000770.0000000.0000000.001466390.0021280.0030320.0020100.0001870.0013630.0004880.0052440.0008510.0000000.0000000.001530400.0028370.0030320.0024360.0004990.0003030.0002090.0036980.0009290.0000000.0000000.001394410.0028370.00210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