黄山市暴雨强度公式的推求方法研究

摘要

城市化进程的加快，经济社会的快速发展以及全球气候的变化，对城市排涝防洪提出了越来越高的要求。黄山市当前使用的暴雨强度公式已逐渐不能满足其城市发展的需求。随着降雨资料的积累和对水文规律认识的提高，有必要以积累的长系列降雨资料为依据，研究提出反映当地暴雨特性和规律，精度较高的黄山市暴雨强度公式，为城市排水与防洪除涝工程设计提供依据。　　本文以具有长系列（1965～2013年）实测降雨资料的屯溪站为依据，在对比分析几种选样方法的基础上，根据规范要求采用年最大值法选取不同时段的暴雨资料系列，以适线法对当前国内外较为常用的P-Ⅲ型曲线、指数分布曲线以及耿贝尔分布曲线进行频率分析，将拟合所得到的T～i～t数据作为推求暴雨强度公式参数的依据。经过对三种频率曲线与实测值的拟合效果和所推求的暴雨强度公式参数进行误差分析，耿贝尔分布曲线的拟合效果最好。基于Matlab计算机软件等现代计算工具，采用高斯—牛顿法、麦夸尔特法、遗传算法、拟牛顿法分别对暴雨强度公式参数求解并进行误差计算与分析，结果显示，无论是精度还是求解的计算效率都是以麦夸尔特法及拟牛顿法为优。因此，本文选取耿贝尔分布曲线作为暴雨频率分析的线型，以适线法对年最大值系列进行频率分析，结合SPSS及Matlab软件，利用麦夸尔特法和拟牛顿法优选暴雨强度公式的参数，推求黄山市的暴雨强度公式。经误差对比分析，所推求的暴雨强度公式精度优于黄山市当前应用的公式。最后，通过两个实际的算例说明新推求的暴雨强度公式在黄山市雨水排水系统设计以及市政与水利两个领域在工程设计标准衔接方面的应用。新推求的暴雨强度公式将会对黄山市城市建设及经济社会发展起到一定的指导作用。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出及研究的目的

1．1．1 问题的提出

1．1．2 研究的目的

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外暴雨研究现状

1．2．2 国内外推求雨强公式的研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 降雨资料分析及选样的基本理论

2．1 降雨资料分析的理论基础

2．1．1 降雨资料分析的目的

2．1．2 降雨资料的几个要素

2．2 选样的基本概念及原理方法

2．2．1 降雨样本资料的基本概念

2．2．2 降雨资料的检验

2．2．3 频率、概率、累计频率、重现期

2．2．4 统计参数

2．3 降雨资料的选样方法

第3章 研究区概况及降雨资料分析

3．1 黄山市基本概况

3．2 黄山市雨量站基本概况

3．3 雨量资料的选用

3．3．1 四个代表站多年平均月、年降雨量

3．3．2 屯溪站、万安坝站年平均雨强比较

第4章 频率曲线参数计算及拟合分析

4．1 屯溪站降雨资料样本

4．2 频率曲线参数的计算方法

4．2．1 频率及重现期的计算

4．2．2 适线法

4．2．3 概率权重矩法

4．2．4 线性矩法

4．3 三种频率分布曲线的拟合分析

4．3．1 P-Ⅲ型频率曲线的拟合与分析

4．3．2 指数分布曲线的拟合与分析

4．3．3 耿贝尔分布曲线的拟合与分析

4．4 三种频率曲线拟合结果的误差分析

4．5 三种频率曲线图对比分析

第5章 暴雨强度公式选型及推求方法

5．1 暴雨强度公式的分类

5．2 暴雨强度公式的选择方法

5．3 暴雨强度公式计算模型的选定

5．4 暴雨强度公式参数计算方法

5．4．1 高斯一牛顿法

5．4．2 麦夸尔特法

5．4．3 遗传算法

5．4．4 拟牛顿法

第6章 暴雨强度公式计算成果及精度分析

6．1 频率曲线的最终确定

6．1．1 基于SPSS软件的求解过程

6．1．2 结果输出及频率曲线的最终确定

6．2 基于Matlab的暴雨强度公式参数推求

6．2．1 Matlab软件基本功能简介

6．2．2 高斯-牛顿法求解暴雨强度公式

6．2．3 麦夸尔特法求解暴雨强度公式

6．2．4 遗传算法求解暴雨强度公式

6．2．5 拟牛顿法求解暴雨强度公式

6．3 各算法所求成果的精度分析

6．4 新推求的暴雨强度公式成果

6．5 新旧暴雨强度公式精度分析对比

第7章 黄山市暴雨强度公式的应用研究

7．1 黄山市城市内涝现状

7．2 新公式在雨水管渠设计中的应用

7．2．1 雨水管道设计流量计算方法

7．2．2 实例计算

7．3 新公式在设计标准衔接上的应用

7．3．1 市政排水设计暴雨时程分配计算

7．3．2 水利排涝设计暴雨时程分配计算

7．3．3 不同标准设计暴雨峰值衔接

第8章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况