深圳市流域暴雨雨型及变化趋势分析

柴苑苑，孙 翔

(1.广东河海工程咨询有限公司深圳市分公司，广东 深圳 518022；2.深圳市水务规划设计院有限公司，广东 深圳 518022)

深圳市通过大规模防洪基础设施建设，大大提高了城市防洪标准。但低纬度沿海地区，受地势因素、暴雨因素及潮位顶托因素，在极端气候下内涝情况仍十分严重。进入新世纪以来，深圳陆续遭受2006年“6·9”，2008年“6·13”，2014年“3·30”“5·11”“5·20”等暴雨袭击。考虑暴雨发生时，不仅强降水会造成巨大损失，不同的暴雨雨型所带来的降水过程，如雨峰偏前的单锋雨型导致的突如其来的降雨一定程度上会造成低估降雨风险，因此结合深圳市降雨历史数据，开展对本地的暴雨雨型的分析和研究是十分必要的。

1 研究背景

对流域长历时雨型和短历时雨型，在20世纪均有针对性研究记录。

长历时雨型：20世纪40年代包高马佐娃和彼得罗娃在研究降雨强度很突出的苏联欧洲部分西北地区时，认为可将1935年10月5—6日在敖维尔气象站记录的实际降雨进程作为标准降雨进程。此后，他们又在国立水文研究院将乌克兰和苏联欧洲部分的中央黑海地区许多地点的降雨(降雨量不小于10cm)进程进行了更为详尽的研究。

短历时雨型：1957年Keifer和Chu根据强度-历时-频率关系得到一种不均匀的设计雨型，也称芝加哥雨型。以后Huff，Pilgrim和Cordery，Yen和Chow等都提出过各自的设计暴雨雨型。在国内，邓培德等曾采用Keifer和Chu雨型进行调蓄池容积计算，王敏等根据北京市的雨量资料提出过北京市的设计暴雨雨型。

各种雨型之间差异较大，目前还没有一种公认的雨型作为设计的依据。考虑短历时雨型的观测数据尚不完备，而流域长历时雨型是短历时雨型的分析基础，因此本文主要针对深圳市长历时雨型及其变化趋势进行分析。

2 分析方法

本次以高峰水库、清林径水库、三洲田水库、石岩水库、铁岗水库、西丽水库、罗田水库、赤湾、南澳圩以及深圳水库等10个站点逐时降水资料为基础，采集数据按照水文日(当天上午8时至次日上午8时)进行划分，以24h(当天上午8时至次日上午8时)降水量超过50mm的暴雨为雨型分析对象，进行暴雨雨型分析。

2.1 雨型分类法

根据高马佐娃和彼得罗娃的雨型分析方法，将每场雨的总历时分为10等份(相当于降雨总历时的10%)，并对每等份求出其降水量，以全部降雨总降雨量的百分数计。经同样方法分析800场以上的降雨以后，归纳出7种降雨进程，如图1所示。其中I、II、III类为单峰雨型，雨峰分别在前、后和中部，IV类为大致均匀雨型，V、VI、VII为双峰雨型。

图1 雨型分类

2.2 模糊识别法

模糊识别法是根据时段雨量所占总雨量的百分比例来定量说明该场降雨的雨型指标，组建7种雨型的模式矩阵。然后根据每场实际降雨与7种模式相比较，采用择近原则，确定该场降雨最终为哪种雨型。

采用择近原则，确定该场降雨最终为哪种雨型。每个时段的雨量占总雨量的比例为：

Xi=Hi/Hz

(1)

式中，Hi—各时段雨量；Hz—总雨量。把这组xi作为该天降雨的雨型指标，并用向量表示：

X=(x1，…，xn)

(2)

同理，7种模式雨型也用这种指标表示：

Vk=(Vk1，Vk2，…，Vkm)

(3)

这里与Vki和xi的意义相同，7种模式也可写成矩阵形式。模式确定后，可计算出每场降雨与7种模式的贴近度，由就近原则，若贴近最大，该场降雨就属于该种雨型。

划分工作由计算机自动完成，避免了目估法存在的人为判断误差。

3 暴雨雨型分类统计

根据模糊分析法分析高峰、清林径、三洲田等10个雨量站至少35a以上的暴雨雨型，为分析雨型变化趋势，分别对1980年以前、1980—2012以及1980—1989、1990—1999、2000—2012、2008—2012等分段进行统计，经统计，本次参与暴雨雨型统计分析暴雨场数共3548场，其中20世纪80年代以前共有1065场，1980—2012年共2483场。本次分析深圳雨型过程与传统分析图集的比较如图2所示。

图2 《图集》及本次分析深圳雨型过程对比

4 与传统分析图集的比较

根据《广东省暴雨径流查算图表使用手册》(以下简称《查算图表》)，广东省共有11种设计雨型，是1976年按经验统计方法分析的分区设计雨型，采用模糊聚类方法分析设计雨型。共选用24h雨型样本266个、3d雨型样本294个、7d雨型样本308个，资料统计到1985年，并补充1986、1987年发生的特大暴雨样本。设计雨型分别给出韩江、粤东沿海、东江上游、东江中下游、北江上游、北江中下游、珠江三角洲、西江、粤西沿海、雷州半岛、海南岛等11个分区24h(时段为1h)、3d(时段为6h)、7d(时段为1d)3种历时的设计雨型。根据《查算图表》分区与暴雨、产流、汇流分区对应表，深圳分别位于2个分区之间，分别是珠江三角洲以及东江中下游分区。其中，珠江三角洲最大6h降水约占最大24h降水的62%，东江中下游最大6h降水约占最大24h降水的约61%。

对该设计雨型进行7种雨型识别分析，结果显示深圳2种设计雨型最贴近第III种雨型(单峰中部)，且单峰中部的雨型占的比例并不高，近年来呈减少趋势。

4种单峰中部雨型中，深圳市泰森多边形加权求出的单峰中部雨型无论是长系列计算的还是2000年以后所有单峰中部雨型泰森多边形加权而得的，均比珠江三角洲雨型降水更为集中，降水峰值更大，2000年以后的雨型结果峰值偏后。

表1 全市暴雨雨型统计分类结果 单位：%

5 雨型趋势分析

全市暴雨型统计分类结果见表1，6种不同年份划分方法下7种雨型分布比例如图3所示。

图3 6种不同年份划分方法下7种雨型分布比例

(1)由雨型统计分析成果可得，深圳市近几十年以来暴雨雨型主要是以单锋雨型为主，单峰雨型占雨型统计总数除2000—2012年为69.7%以外，其余年代均超过70%；其中1980—1989、1990—1999年单峰雨型占的比例较大，分别74.1%和74.9%；21世纪之后有所减少，占69.7%；2008—2012年近5年来，单峰降水的比例有所增加，占72.8%。

(2)单峰雨型中主要以单峰前部(I)和单峰后部(II)雨型为主，单峰前部(I)除1980年以前雨型所占比例较低，其他分段年份基本维持在30%以上；单峰后部(II)所占基本在22%～30%左右，其中从20世纪80年代至20世纪90年代有较大幅度增加，由22.2%增加到26.3%，其后基本维持在26%左右；单峰中部(III)除1980—1989年份所占比例有所上升以外，其他比例均保持在15%左右。

(3)大致均匀型雨型(IV)占的比例较少，1980年以前，占7.4%，1980—2012年占6.0%；双峰雨型(V～VII)所占比例约为20%，21世纪之后较大，占24.1%，近5年来比例有所下降，占21.1%。

6 结论

经过以上分析可知，深圳市暴雨雨型主要以单峰为主，大致均匀型雨型所占比例较少，双峰雨型约占总暴雨雨型的20%左右，单峰雨型中以单峰前部为主要雨型，基本维持在30%以上，单峰后部近年来有所增加，单峰中部呈逐年减少的趋势。

同时与传统经验分析手段《广东省暴雨径流手册》所提出的暴雨设计雨型与本次分析的深圳市实际暴雨雨型有一定差别，在后续的水文情势分析以及采用水动力模型进行内涝分析的工作中，应格外注意强化对后峰雨型的应对和模拟。