许文君 张桂霞 郑威 苏慧 代晴
徐州市水利建筑设计研究院 徐州市 221000
摘要：城镇排水与排涝标准在计算方法上的不同，可能带来排水、排涝设施是否相适应的问题，即能否能够满足排除同一场暴雨的要求。因此，有必要探讨城建和水利部门各自采用的设计标准衔接问题，以保证城建部门雨水管渠设计的小区域雨洪流量，能够与水利部门设计的大区域雨洪流量相匹配，使同一场暴雨能够顺利地从城区雨水管渠进人内河，最后汇集到排水口由排涝闸自排或由排涝站抽排至承泄区。
关键词：城市排水、城市排涝、暴雨、标准
引言： 国内不同城市采用的排涝标准和排水标准，由于在暴雨选样和设计暴雨历时等方面存在较大的差异，城市排水与城市排涝标准不能衔接，如何使城市城市排水与城市排涝标准衔接，研究出适当的计算方法是城市排水与排涝急需解决的问题。
1设计暴雨的选样方法
1.1设计暴雨的选样方法分类
在雨量统计资料中，用自记雨量资料为基础，可将选样方法分为年最大值法(AM)和非年最大值法(AE)，其中非年最大值法包括超定量法、年多个样法和年超大值法。不同的选样方法对统计的雨量公式的推求都有一定的影响，选样方法应根据设计对象的特点与要求视情况而定。
(1)年最大值法选样(AM)
在全部资料选用最大的一组雨量作为统计资料，资料中选用N组最大值，独立性强，选样简单。水利部门在水文方面的统计时一般使用该方法。可是这种方法会使大雨年一些较大的暴雨数值没有被选入，比如大雨年内排位第二或第三的暴雨可能就比小雨年所选的值还要大，使低重现期在1～5年的暴雨强度明显偏小，但对于在几十年以上的大重现期 (10年以上)的雨强差异并不是很大。因此利用年最大值法将不会有较大的偏差。用这样的选样方法，不论小雨年或大雨年每年都有一组暴雨资料选入，所得的累积频率为一年一次的年频率。
(2)非年最大值法选样(AE)
①超定量法选样：从全部资料中(N年)中，选取一个较低的标准值，凡超过标准值的雨量全部取出，只是标准值定的过高或过低，有可能使系列长度不够或取样工作量加大，而与选取资料个数与记录年数无关，它的资料序列的前面一部分观测值就是年超大值的选样资料，它同样从大量资料中考虑它的发生年，它的发生机会是一年多遇的平均期待值。它适合于年资料不长的情况，但统计工作量也较大。
②年多个样法选样：根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006)的规定，每年各历时选择6～8个最大值，然后统一排序，并不论年次的选择年数3~4倍的最大值作为统计的基础资料，这种方法需要很多资料，收集困难，统计也比较麻烦。这种选样方法属于超定量法，只是把不同历时统计的资料个数控制在一定范围内，使统计的工作量比超定量选样法少些，它的概率意义也是一年多遇的平均期望值，它意味着一年发生多次的次频率。重现期为次重现期。而对于雨水排水管道来说，并不要求一年的每一天都不受水淹一，而是可以允许一年内有几次超过设计标准的暴雨出现，即允许一年里有几次发生淹没或漫溢的情况，需要考虑一年几遇的暴雨，因此宜用年多个样法。
③年超大值法选样：在大雨较多年份，每年各历时可选出2～3个最大值，大雨较少年份每年可选1个最大值，然后统一排序，取排位在前的N个数值进行统计，这样，大雨年选入的资料较多，小雨年往往没有选入，这样的选择是从大量资料中考虑它的发生年，它的发生概会是一年一次的平均期待值。所得的累积频率为一年一次的年频率，重现期为年重现期。比年多个样法所需资料明显减少。
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非年最大值法的主要特点是不会遗漏较大暴雨，在小重现期时更能比较真实地反映了暴雨的统计规律，而且得出重现期小于1年的暴雨，因此，在理论上非年最大值法更加适合城市排水工程。
1.2 不同的选样方法适用范围
以上的选样方法都有着各自适用范围，我国城市排水设计中经常使用(2)法中的②，而在城市排涝设计中经常使用(1)法。而在国外城市排水设计中常选用(1)或(2)中的③法。一般来说，(1)法和(2)中的③法要求资料年数大都在20年以上，但(2)中的①、②法则要求暴雨资料年数至少为10年。
2不同选样方法的对比
2.1城市排水常用的重现期
目前我国的城市排水设计标准整体偏低，一般城市排水的设计重现期取值范围为0.5~20年，而我国一般城市的重现期为0.5~5年。在《室外给排水设计规范》规定:城市排水的重现期一般选用0.5~3年，短期积水即能引起较严重后果的地区或重要干道，一般选用重现期为2~5年；重现期最大为10年和20年，最小重现期为0.5年。比如北京天安门广场的雨水管道是按重现期等于10年进行设计的。而大于20年的重现期一般只有在城市排涝使用。
2.2不同选样方法的对比与分析
现结合扬州市连续31年(1980~2010)自记雨量实测资料，数据分析，其中1986年、2001年、2004年降雨强度明显偏小，为特别干旱年。由于年最大值法遗漏了一些大的降雨，使暴雨公式计算偏小，为避免干旱年份雨量资料对暴雨公式进一步的影响，遂剔除这3年的数据，选用其余28年资料进行统计计算。按规范要求每次暴雨取5、10、15、20、30、45、60、90、120min 9个历时段的最大降雨，分别按年多样法、年最大值法进行选样、统计，然后取其中的5,10min历时的雨强，在坐标纸上绘出两种选样方法的i-1gT对不同选样方法进行对比分析。
年多个样法选样的最小重现期为0.25年，而且不会遗漏较大雨样，在小重现期(0.25~5年) 可以获的小于1年的重现期，且较客观的反应城市排水设计常用重现期的雨样统计规律，因此理论上更加适合城市排水工程。因此年最大值法比较适合于城市排涝工程所用的暴雨计算模式的统计，而不能真实客观的反应城市排水设计常用低重现期(0.5~5年)的雨样统计规律。
年最大值法选样的最小重现期为1年，在1~5年小重现期时，非年最大值法所选的暴雨强度明显大于年最大值法所选的暴雨强度。在大重现期(10年)以上的强度差异并不是很大。当城市排水设计重现期在10年以上时，非年最大值法与年最大值法接近，但在10年以下会出现明显差异。
3结论
(1)不同选样方法的频率计算的不同，重现期一定要经过转换后达到统一，然后才能进行暴雨统计。年最大值法选样的最小的重现期为1年，在重现期小于5年时，年最大值法所选的暴雨强度小于非年最大值法所选的暴雨强度，而在重现期大于10年时，年最大值法与非年最大值法选样所得的暴雨强度差异不大。随着城市不断的发展，城市排水设计的重现期取值范围一般为0.5~20年，常用低重现期为(0.5~5)年，以提高暴雨强度公式的精度。而小于0.5年的暴雨重现期，随着城市的不断发展己基本不再使用，对于重现期大于20年时适用于城市排涝设计的暴雨统计。
(2)年最大值法独立性强，选样简单，城市排涝设计一般应用年最大值法进行统计。可是由于城市排水所使用的重现期比较小，利用这种方法不能很好的反映城市排水重现期的雨样分布规律，如果要应用就必须进行重现期转换，才能与当前所采用的方法接近，因此这种法适合于城市排涝的雨量统计，而比较不适合于城市排水的暴雨统计。
参考文献：
[1]潘志勇，浅议城市排涝与排水，城市道桥与防洪，2007，(5)：85-86
[2]谢华等，平原河网地区城市两级排涝标准匹配关系，武汉大学学报，2007,40(5)：39-42,52
论文作者:许文君,张桂霞,郑威,苏慧,代晴
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/7
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