CN113506000B - 一种计算城市汇水区域暴雨溢流风险的方法 - Google Patents

一种计算城市汇水区域暴雨溢流风险的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种计算城市汇水区域暴雨溢流风险的方法，包括以下步骤1、根据雨水管道设计的暴雨强度公式，计算汇水区域发生溢流时的暴雨强度阈值；2、根据多年自记雨量记录，划分降雨事件；3、根据暴雨强度阈值，获得降雨事件中的溢流过程；4、计算溢流事件的溢流历时、平均溢流强度和溢流深度；5、溢流深度的年最大值法取样；6、计算溢流深度极值及其经验频率；7、根据各个溢流深度极值及其经验频率的乘积，计算溢流风险，并确定溢流风险最大值。本方法可以针对城市汇水区域下游不同的雨水管道设计重现期标准，获得城市汇水区域的最大溢流风险。

Description

一种计算城市汇水区域暴雨溢流风险的方法
技术领域
本发明涉及城市汇水区域暴雨溢流风险值的计算，具体涉及一种计算城市汇水区域暴雨溢流风险的方法。
背景技术
城市内涝风险计算是城市排水防涝工程规划设计以及运行管理需要解决的关键问题，是防灾减灾工程措施以及灾害管理对策制定的重要依据。当前，国内外城市内涝灾害风险的评估(或计算)方法可归纳为3类：
(1)基于历史灾情数据的内涝风险评估方法。该方法无需详细的地理背景资料，通过对内涝灾害历史资料的统计分析，建立内涝灾害风险模型，对历史内涝灾害数据进行分析及提炼，研究内涝灾害发展与演化规律，以达到预测、评估未来灾害风险大小的目的。
(2)基于指标体系的内涝风险评估方法。该方法是从内涝灾害系统出发，根据研究者的经验创建风险评价的指标体系，然后通过一系列数学方法对原始指标进行处理，最终获得区域内涝灾害风险的过程。一般地，以指标体系为核心的内涝风险评估方法，侧重于内涝风险指标的选择、优化以及各指标权重的计算。
(3)基于情景动态模拟的内涝风险评估方法。即通过计算机模型(或软件)和地理信息系统(GIS)系统相结合的方法，动态模拟内涝灾害发展与演化过程，最终形成对内涝灾害风险的空间可视化表达。
对于第1种内涝灾害风险评估方法，需要多年的历史内涝灾情数据作为基础，而我国大多数城市比较缺乏这方面的数据，该方法不太适合我国现阶段内涝灾害风险评估；对于第2种内涝灾害风险评估方法，由于指标体系选取、指标权重的确定的主观性强，风险评估结果受评价者主观性影响较大；第3种方法是当前城市内涝灾害风险评估研究常用的方向，但该方法在单场降雨事件的风险损失评估方面具有优势，但在内涝风险概率计算方面存在不足。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种计算城市汇水区域的暴雨溢流风险方法具体包含以下步骤：
S1：计算汇水区域的暴雨强度阈值icritical；
S2：根据该汇水区域的雨量记录，按照一定的时间间隔进行降雨事件划分；
S3：挑选出降雨事件中降雨强度大于暴雨强度阈值icritical的所有时段，及计算超出暴雨强度阈值的值，形成不同的溢流事件；
S4：计算溢流事件的统计参数包括溢流历时tflood、平均溢流强度iflood和溢流深度hflood；
S5：选择每年的溢流事件中的最大溢流深度hfloodmax，构建溢流深度年最大值样本序列，该年最大值样本序列表示该年份按照最大溢流深度hfloodmax的值由大到小排列；
S6：计算溢流深度极值的经验频率，根据Weibull经验频率公式计算各个最大溢流深度所对应的经验频率值F，其中，m为对应最大溢流深度的样本的序号，n为年最大溢流深度的样本数量，F为经验频率；
S7：计算最大溢流风险，根据溢流风险计算公式R＝F×hfloodmax，计算各个平均溢流深度极值对应的溢流风险R，从中选择最大的溢流风险值Rmax。
进一步地，所述S1步骤包含以下内容：根据暴雨强度公式计算汇水区域的暴雨强度阈值icritical，其中P为该汇水区域下游雨水管道的设计重现期、t为该区域对应的降雨历时，A1，n，c，b是暴雨强度公式的设定参数，lg为对数函数。
进一步地，所述S4步骤包含以下内容：溢流历时tflood是指在一场降雨事件中降雨强度超过特定暴雨强度阈值的一个连续时间段；
平均溢流强度iflood是指在一场降雨事件中，特定溢流历时内的平均溢流强度iflood＝∑i/tflood；
溢流深度hflood是指一场降雨事件中总的溢流量，由溢流历时tflood和平均溢流强度iflood二者的乘积获得，以深度表示，则此处等于上式中的∑i。
进一步地，根据S6步骤计算的经验频率值F，计算相应的重现期P＝1/F。
本发明提供的方法可以针对城市汇水区域下游不同的雨水管道设计重现期标准，获得城市汇水区域的最大溢流风险，可为城市防涝设施设计计算、城市内涝灾害防治和防灾救灾资源配置提供决策参考依据。
附图说明
图1为本发明一种计算城市汇水区域暴雨溢流风险的方法计算流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种计算城市汇水区域暴雨溢流风险的方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。
如图1所示，为本发明的一种计算城市汇水区域暴雨溢流风险的方法计算流程图，具体包含以下步骤：
S1：根据暴雨强度公式计算汇水区域的暴雨强度阈值icritical；其中P为该汇水区域下游雨水管道的设计重现期、t为该区域对应的降雨历时，A1，n，c，b是暴雨强度公式的设定参数，lg为对数函数；
S2：根据该汇水区域的雨量记录，按照一定的时间间隔进行降雨事件划分，一般城市区域可以选择2个小时的时间间隔；
S3：挑选出降雨事件中降雨强度大于暴雨强度阈值icritical的所有时段，及计算超出暴雨强度阈值的值，形成不同的溢流事件；
S4：计算溢流事件的统计参数包括溢流历时tflood、平均溢流强度iflood和溢流深度hflood；溢流历时tflood是指在一场降雨事件中降雨强度超过特定暴雨强度阈值的一个连续时间段，在城市排水工程中，降雨历时一般取5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、30分钟、45分钟、60分钟、90分钟、120分钟、150分钟和180分钟等12个历时。溢流历时一般小于降雨历时，但上述降雨历时取值可为溢流历时取值提供参考。
平均溢流强度iflood是指在一场降雨事件中，特定溢流历时内的平均溢流强度iflood＝∑i/tflood＝hflood/tflood；
溢流深度hflood是指一场降雨事件中总的溢流量，由溢流历时tflood和平均溢流强度iflood二者的乘积获得，用深度表示。需要说明的是，在城市排水工程中，一个汇水区域的溢流量有两种表达形式：一种是体积概念，一种是深度概念。对深度概念而言，就是把总的溢流量摊平在整个汇水区域，形成的深度。深度概念的好处在于它的直观。
S5：选择每年的溢流事件中的最大溢流深度hfloodmax，构建溢流深度年最大值样本序列，该年最大值样本序列表示年份按照最大溢流深度hfloodmax值由大到小排列；
S6：计算溢流深度极值的经验频率，根据Weibull经验频率公式计算各个最大溢流深度所对应的经验频率值F(1/P)，其中，m为对应最大溢流深度的样本序号，n为年最大值样本数量，F为经验频率，P为重现期；例如将2008年至2017年共10个样本数据由大到小进行排列后，2015年的最大值排在5，其经验频率F＝5/(10+1)＝45.5％，其重现期P为2.2年一遇。
S7：计算最大溢流风险，根据溢流风险计算公式R＝F×hfloodmax，计算各个平均溢流深度极值对应的溢流风险R，从中选择最大的溢流风险值Rmax。
综上所述，本发明提供的方法可以针对城市汇水区域下游不同的雨水管道设计重现期标准，获得城市汇水区域的最大溢流风险，可为城市防涝设施设计计算、城市内涝灾害防治和防灾救灾资源配置提供决策参考依据。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种城市汇水区域溢流风险计算方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1：计算汇水区域的暴雨强度阈值icritical；
S2：根据该汇水区域的雨量记录，按照一定的时间间隔进行降雨事件划分；
S3：挑选出降雨事件中降雨强度大于暴雨强度阈值icritical的所有时段，及
计算超出暴雨强度阈值的值，形成不同的溢流事件；
S4：计算溢流事件的统计参数，包括溢流历时tflood、平均溢流强度iflood和溢流深度hflood；
S5：选择每年的溢流事件中的最大溢流深度hfloodmax，构建溢流深度年最大值样本序列，年最大值样本序列中，按照各年份对应的最大溢流深度hfloodmax的值由大到小排列；
S6：计算溢流深度极值的经验频率，根据Weibull经验频率公式计算各个最大溢流深度所对应的经验频率值F，其中，m为对应最大溢流深度的样本的序号，n为年最大溢流深度的样本数量，F为经验频率；
S7：计算最大溢流风险，根据溢流风险计算公式R＝F×hfloodmax，计算各个平均溢流深度极值对应的溢流风险R，从中选择最大的溢流风险值Rmax。
2.如权利要求1所述城市汇水区域溢流风险计算方法，其特征在于，所述S1步骤包含以下内容：根据暴雨强度公式计算汇水区域的暴雨强度阈值icritical，其中P为该汇水区域下游雨水管道的设计重现期、t为该区域对应的降雨历时，A1，n，c，b是暴雨强度公式的设定参数，lg为对数函数。
3.如权利要求1所述城市汇水区域溢流风险计算方法，其特征在于，所述S4步骤包含以下内容：
溢流历时tflood是指在一场降雨事件中降雨强度超过特定暴雨强度阈值的一个连续时间段；
平均溢流强度iflood是指在一场降雨事件中，特定溢流历时内的平均溢流强度iflood＝∑i/tflood；
溢流深度hflood是指一场降雨事件中总的溢流量，由溢流历时tflood和平均溢流强度iflood二者的乘积获得。
4.如权利要求1所述城市汇水区域溢流风险计算方法，其特征在于，根据S6步骤计算的经验频率值F，计算相应的重现期P＝1/F。
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