[發明專利]基于本征正交分解的城市設計暴雨雨型推求方法及系統

有效

• 申請號: 202110403683.5
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113204865B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 趙燁;張翔;徐晶;梁昌梅;鄧梁堃;龔莉;劉書穎;熊豐
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/26;G06F119/12
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

本發明提供基于本征正交分解的城市設計暴雨雨型推求方法及系統，推求方法包括：步驟1：以設計城市區域為單元收集不同站點歷史降雨資料；步驟2：確定設計暴雨歷時，根據歷史資料長短選擇合適方法選取暴雨樣本；步驟3：對選取的暴雨樣本進行排頻計算，確定設計暴雨重現期，根據重現期確定設計暴雨雨量；步驟4：對不同站點的暴雨樣本數據進行本征正交分解，得到降雨場的主要模態和模態對相應的時間系數；步驟5：根據第一主要模態的時間系數確定設計暴雨雨峰位置、暴雨雨型趨勢，選擇雨型的重構模板。步驟6：選取主要模態按照重構模板進行暴雨雨型重構；步驟7：將重構結果按照設計暴雨雨量進行同比縮放得到區域的設計暴雨雨型。

技術領域

本發明屬于城市水文技術領域，具體涉及基于本征正交分解的城市設計暴雨雨型推求方法及系統。

背景技術

受城市化進程不斷推進及全球氣候變化影響，城市局部區域極端暴雨天氣事件發生頻率不斷上升，由此引發了諸如洪澇等一系列氣象災害，對人民生活、社會發展和自然生態系統都產生了嚴重影響。

城市設計暴雨雨型即降雨強度隨時間的分布，它反映了降雨發生、發展和消失的過程。設計暴雨可分為流域設計暴雨和城市設計暴雨，由于城市化導致的徑流數據一致性偏差，城市水文計算過程不能像流域水文計算一樣通過歷史洪水數據直接得到。城市設計暴雨是研究城市產匯流、排水管網設計、污染治理、海綿城市建設等的基礎，在城市水文研究中得到了廣泛的應用。例如，根據設計暴雨雨型，通過產匯流計算，能夠得到設計洪水，從而能夠基于此確定設計標準下工程要建多大的規模才可以抵御這種暴雨導致的洪水，以確保建筑的工程建筑的安全。因此，確定城市設計暴雨雨型尤為重要。

常用的設計暴雨雨型推求方法有均勻雨型、芝加哥雨型、Y-C法雨型、P-C法雨型、Huff雨型等。均勻雨型是最簡單的雨型推求方法，但這種方法得到的設計洪水往往偏小。芝加哥雨型得到的對稱式降雨過程本質上不符合實際雨型的特點。Y-C法只考慮降雨持續時間為T的核心部分，而忽略了降雨的頭尾部分。P-C法雖然考慮了一定的概率分布，但僅僅是將雨峰放在了最可能出現的位置而忽略了其他雨峰。Huff法得到的設計洪峰受降雨歷時影響較大，降雨歷時選擇不當會造成較大誤差。此外，上述方法均沒有考慮降雨空間分布的不均勻性，僅根據一個站點的數據推求一個片區的降雨過程。且由于全球氣候變化，城市降水強度受到顯著影響，傳統的方法與實際結果偏差很大，已不能滿足城市設計暴雨雨型推求的需求。

因此，亟需一種適應氣候變化且可反映城市不同站點空間差異的設計暴雨雨型推求方法。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供基于本征正交分解的城市設計暴雨雨型推求方法及系統，充分考慮設計區域的降雨特性及不同站點的空間差異。

本發明為了實現上述目的，采用了以下方案：

方法

本發明提供一種基于本征正交分解的城市設計暴雨雨型推求方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：以設計城市區域為單元收集不同站點歷史降雨資料；

步驟2：確定設計暴雨歷時，根據歷史資料長短選擇合適方法選取暴雨樣本；

步驟3：對選取的暴雨樣本進行排頻計算，確定設計暴雨重現期，根據重現期確定設計暴雨雨量；

步驟4：對不同站點的暴雨樣本數據進行本征正交分解，得到降雨場的主要模態和主要模態對應的時間系數；模態對應降雨場分解后的雨強狀態，主要模態為對降雨場貢獻率較大的那些模態；

步驟5：根據步驟4得到的第一主要模態的時間系數確定設計暴雨雨峰位置、暴雨雨型趨勢，選擇雨型的重構模板；第一主要模態為含能率最高的模態。

步驟6：根據步驟4得到的模態，選取對降雨場貢獻率超過60％的主要模態按照步驟5確定的重構模板進行暴雨雨型重構；