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湖南省主要城市降水特性分析及建筑设计雨型研究

发布时间:2018-07-07 11:23 论文编辑:lgg 所属栏目:建筑学论文 关键词: 建筑学论文暴雨公式设计雨型

本文是一篇建筑学论文,建筑学的毕业生具备建筑设计、城市设计、室内设计、市政设计等方面的知识和专业技能,能在设计部门从事各项设计工作,在房地产部门从事建筑策划与管理工作。

本文是一篇建筑学论文,建筑学的毕业生具备建筑设计、城市设计、室内设计、市政设计等方面的知识和专业技能,能在设计部门从事各项设计工作,在房地产部门从事建筑策划与管理工作,并具有多种职业适应能力的通用型、复合型高级工程技术人才。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑学论文,供大家参考。
 
第1章 绪 论
 
1.1 研究背景
随着全球气候的变暖,全国气温都在逐渐升高,原有的气候特征,水文特性都在发生变化,暴雨的强度、暴雨的频率都呈现了增长的趋势,这种变化导致了洪水、干旱等极端天气情况的频繁发生,给城市交通、防洪、排水带来了巨大的压力。降水的特征存在着一定时间和空间的变化规律,历史上,某一区域的降水总是枯水期、丰水期交替出现,从 20 世纪 80 年代开始到 21 世纪初已经持续干旱20 多年,因此,最近几年很有可能进入丰水期[2]。同时,城市化的加快,也导致热岛效应等不利气候的出现,这种独特的城市气候使得城市区域的降雨也呈现出一种增加的趋势,研究表明城市化区域降雨的雨量比农村区域多 5~10%[58]。阮仁良[59]也在自己的论文中指出,城市区域的降雨量比郊区多出 6%,下风向的降雨强度偏大,降雨以市区为中心向外递减,时空变化较为明显。此外,城市化进程的加快也改变了原有的地形特征,城市汇水区域的不透水面积不断增加,原有的草地、湿地面积不断减小,产汇流的条件发生改变,使得在相同降雨量的情况下,下渗量减少,地表径流量增加,进而造成路面大量积水,而且产汇流条件的变化使得雨洪的行程过程、汇流速度、洪峰流量等因素都发生了改变,加上近几年来暴雨等极端气候的频繁发生,使得城市内涝问题变得日益严峻。以 21 世纪为例,2012 年,北京的强降雨造成了全市 190 万人民受灾,其中 97 人死亡,经济损失近百亿元,影响及其严重。随着城市化水平的不断提高,人口密度的不断增长,极端天气对人类生命财产造成的负面影响尤为显著;2017 年 6 月,湖南省各地均出现持续暴雨现象,据资料显示 22 日到 29 日 8 天的时间中,全省平均降雨量达到 162mm,截止到 7 月 4 日,全省 14 个市州共有 118 个县市 1621个乡镇受灾,直接经济损失达到 294.7 亿元。这表明,原有的标准、排水设施已经不再适用。城市雨涝灾害的诱因是多面的,其中一个重要的方面是排水设计标准问题,现有的城市排洪防涝标准偏低,所使用的设计标准仍是基于上个世纪八十年代制定的,河道和管网的雨洪调蓄能力不足,无法应对现在的强降雨气候。而对城市防洪排涝设施优化改造的时候,关键是要确定城市的暴雨强度公式和设计暴雨过程(雨型)。
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1.2 研究目的与意义
近年来湖南省地区暴雨灾害频发,严重影响了城市的发展和居民的人身财产安全,给城市的排水管网设计、优化带来了新的课题。因此,对湖南省各地的设计暴雨雨型分析研究是顺应实际需求的研究课题。(1) 湖南省各地的暴雨雨型研究偏少,暴雨公式编制时间不一,有的地方暴雨公式出现缺漏,采用就近城市进行替代,并不能实际的反映现在的降雨特征,所以,对设计雨型进行重新推求,以 5min 降水间隔进行划分,以达到市政排水设计、调蓄能力优化和防洪规划的要求。(2) 湖南省地形复杂,各地降水差异较大,分布不均匀,这里根据近 36年的降水资料,对降水的时空分布规律进行总结,对水资源的合理配置优化提供基础技术支持。
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第2章 数据资料及研究方法
 
2.1 数据资料
课题研究所采用的数据由湖南省气象局提供,主要分为以自记纸形式保存的历史降水资料和现代气象站自动记录的逐分钟降水量资料。本课题主要采用 1980 年到 2015 年 36 年的降水数据,其中 1980 年到 2003年使用自记纸形式保存的历史降水资料,2004 年到 2015 年使用现代气象站自动记录的逐分钟降水量资料。降水数据包括了长沙、衡阳、常德等十四个湖南省主要城市的降水资料,其中张家界、怀化、娄底三个城市的逐分钟降水量资料缺失,采用桑植县、芷江侗族自治县、双峰县的逐分钟降水数据代替。论文选用的数据来源于湖南省气候中心,利用河北气象中心研发的《短历时暴雨雨型分析系统》将电子版的降水资料转换成数字格式,时间步长为 1 分钟,原始文件的转换如下图所示。
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2.2 研究方法
 
2.2.1 暴雨公式研究方法
采用年最大值法进行样本选取,然后利用耿贝尔曲线、指数曲线和皮尔逊Ⅲ曲线三种理论频率曲线,对数据样本进行曲线拟合,最后采用最小二乘法和高斯牛顿法两种计算方法对暴雨公式参数进行求解,通过比较结果的计算误差,选出一个最优解,即为最后的暴雨公式。
 
2.2.2 短历时暴雨雨型的推求方法
Pilgrim&Cordery 雨型(PC 法)[28]原理是将雨峰时段放在最可能发生的位置上,雨峰时段的雨量比例是各场降雨雨峰时段雨量所占总雨量比例的平均值,其他时段的位置和雨量比例的确定方法与雨峰时段相同。Keifer 和 Chu(1957)[14]即芝加哥雨型,原理是统计降雨样本中各降雨的雨峰系数(雨峰时刻与整个降雨历时的比值),统计各历时的雨峰系数加权平均得到综合雨峰位置系数,根据降雨强度瞬时值的公式进行推求雨型。《短历时暴雨雨型分析系统》通过读取气象站记录的降水数据,产生分钟降水数据库,根据一定的降雨间隔(论文研究采用 2h 时间间隔)划分降雨场次,根据论文所需选取降雨样本。
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第 3 章 湖南省主要城市降水特征分析 ..... 9
3.1 湖南省主要城市降水特征数据 ............ 9
3.2 降水的年变化分析 ......... 10
3.2.1 降水的长期变化趋势 ....... 11
3.4 暴雨日数变化情况 ......... 17
3.5 本章小结 .............. 21
第 4 章 湖南省主要城市暴雨公式的推求 ......... 22
4.1 暴雨资料样本的选取 ..... 22
4.2 频率分布曲线拟合 ......... 23
4.2.1 频率分布曲线 ........ 23
4.2.2 暴雨公式参数的估算 ....... 28
4.3 暴雨公式的确定 ............. 31
4.4 本章小结 .............. 35
第 5 章 湖南省主要城市暴雨雨型的推求 ......... 36
5.1 暴雨雨型推求的方法 ..... 36
5.2 湖南省主要城市暴雨雨型推求 .......... 39
5.3 本章小结 .............. 78
 
第5章 湖南省主要城市暴雨雨型的推求
 
降雨的时程分布即暴雨雨型,用来描述暴雨的时空演变特征,可以表示出暴雨雨强在降雨历时内的变化过程。影响径流的主要因素有平均雨强、暴雨的极值情况和降雨过程,而暴雨公式的只反映了暴雨的平均强度和极值强度,并不能真实反映一场实际降雨的发生过程,因此,暴雨雨型对排水管网的优化计算有着重要的意义。
 
5.1 暴雨雨型推求的方法
设计暴雨分为长历时降雨与短历时降雨,一般来说,管道计算方面多采用短历时暴雨进行计算[39],因此,本论文主要研究短历时暴雨雨型,目前,国内对于短历时暴雨雨型的研究相对较少,这里采用《城市暴雨强度公式编制和设计暴雨雨型确定技术导则》推荐的计算方法——芝加哥雨型法进行计算,由于芝加哥雨型计算的前提的单峰型雨型,因此论文同时采用 Pilgrim 和 Cordery 雨型进行推求,与之进行对比分析。Pilgrim 和 Cordery 雨型是 1957 年,Pilgrim 和 Cordery 提出的一种无级序平均计算雨型[40~43],相比于芝加哥法而言,Pilgrim 和 Cordery 雨型更符合实际降雨过程,但计算比较繁琐,而且对降雨资料的依赖性强,这样就导致推求出的雨型地域性较强。Pilgrim 和 Cordery 雨型,下面简称 PC 法,基本原理就是将雨峰放在最大可能的位置上,而雨峰时段的雨量依照各场降雨雨峰所占比例的平均值进行计算。其他各位置的雨量按照同样的方法计算得到。
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结论
 
本文主要研究湖南省主要城市的年降水情况、月降水情况、暴雨日数情况及降水的变化情况,依据现有的资料,用 PC 法和芝加哥雨型,对主要城市的设计雨型进行推求,得到结论如下:
(1) 通过对统计年降水量,发现各地的年平均降雨量在 1300mm~1510mm范围内,然后对比各地的年降水量的变差系数和年极值比两个特征值,发现张家界、常德、岳阳及湘南的邵阳、永州等城市要比湘中的长沙、郴州等地年降水量变化幅度大;从地形上看,山地较多的永州、郴州等城市的年降水量的变化幅度要比湘潭、长沙这些平原地区居多的城市要大。