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各历时可能最大暴雨计算方法的深度剖析与比较研究

一、引言

1.1研究背景与意义

暴雨，作为一种短时内雨量极大的降水现象，对人类社会和自然环境有着深远影响。从城市排水系统的设计与管理，到水利工程的规划、设计、施工以及运行管理，暴雨相关数据都是不可或缺的重要依据。尤其是各历时可能最大暴雨的精确计算，在诸多领域都有着不可替代的关键作用。

在城市排水系统方面，随着城市化进程的加速，城市人口和建筑密度不断增加，对排水系统的要求也日益提高。一场暴雨可能导致城市内涝，使街道变成河道，车辆无法通行，给人们的生活和工作带来巨大不便，甚至危及生命财产安全。如2023年7月29日至8月2日，受台风“杜苏芮”影响，北京遭遇历史罕见特大暴雨，全市主要河流洪水来势快、量级大、峰值高，水利工程设施面临严峻考验，多地出现内涝，大量车辆被淹，部分道路中断。深圳也曾因暴雨袭击，排水系统崩溃，出现严重内涝，城市正常运行受到极大影响。精确计算各历时可能最大暴雨，能够为城市排水系统的设计提供科学依据，合理确定排水管道的管径、坡度以及排水泵站的规模等参数，确保在暴雨来临时，排水系统能够及时有效地排除积水，避免内涝灾害的发生。

水利工程建设同样与各历时可能最大暴雨的计算紧密相关。水库、大坝、堤防等水利工程的设计和运行，必须充分考虑可能出现的最大暴雨情况。以水库为例，如果对可能最大暴雨估计不足，在暴雨来临时，水库蓄水量超过设计库容，就可能导致大坝漫溢、溃坝等严重事故，引发下游地区的洪水泛滥，造成巨大的人员伤亡和财产损失。在水利工程规划阶段，通过精确计算各历时可能最大暴雨，能够合理确定工程的规模和防洪标准，保障工程的安全性和可靠性。在工程运行管理阶段，准确掌握可能最大暴雨信息，有助于制定科学合理的调度方案，在确保工程安全的前提下，充分发挥水利工程的防洪、灌溉、供水等综合效益。

在气候变化背景下，极端天气事件的发生频率和强度呈增加趋势，暴雨的不确定性也在增大。这使得精确计算各历时可能最大暴雨变得更为迫切。传统的计算方法可能无法适应新的气候条件，需要不断研究和改进计算方法，提高计算精度，以更好地应对气候变化带来的挑战。综上所述，对各历时可能最大暴雨计算方法的研究具有重要的现实意义，它不仅能够为城市排水和水利工程等提供科学依据，保障社会经济的稳定发展，还能为应对气候变化提供有力支持，促进人与自然的和谐共生。

1.2国内外研究现状

在国外，对各历时可能最大暴雨计算方法的研究起步较早。20世纪50年代后期，美国正式提出可能最大降水（ProbableMaximumPrecipitation，PMP）的概念，旨在寻求现代气候条件下，某一流域或地区一定历时内的最大降水，这为后续各历时可能最大暴雨的研究奠定了基础。此后，多种PMP估算方法相继涌现，大致可概括为直接式、间接式，另外还有统计估算法和经验公式法等。

直接式方法主要通过对暴雨的天气成因、时空分布特性进行深入分析，将各次大暴雨的主要物理因子合理调整至最大值，从而推求可能最大降雨的时面深关系曲线，进而得出各设计时段内的可能最大降水量。间接式方法则常采用暴雨移置法，当设计流域或邻近地区无特大暴雨资料时，移置气候一致区内的特大暴雨作为估算PMP的依据，但移置过程需考虑两地影响暴雨的因素差异并加以改正。在大面积长历时的PMP估算方面，暴雨组合法也得到了应用，通过对暴雨发生发展的天气条件和动力条件的研究，将不同时段、不同地区的暴雨进行合理组合，以估算可能最大降水。

随着计算机技术和数值模拟技术的发展，物理模型法逐渐成为研究热点。如以水汽和反映辐合上升运动作为参数建立模型，并以实测大暴雨对参数进行检验，然后将参数的最大值引入模型，用来估算可能最大降水。在数据获取方面，遥感技术的应用为各历时可能最大暴雨的计算提供了新的途径。借助遥感技术能够获取大范围内的雨量资料，进而推算出最大历时可能暴雨，在数据获取手段和数据来源方面具有显著优势。

在国内，对各历时可能最大暴雨计算方法的研究也取得了丰硕成果。早期主要借鉴国外的研究方法和经验，并结合国内实际情况进行应用和改进。例如，在推求可能最大暴雨时，常采用当地暴雨放大方法、移置暴雨放大方法以及统计估算法等。当地暴雨放大又可细分为水汽效率因子放大和水汽风速联合放大方法，通过对本地暴雨的水汽、风速等因素进行分析和放大，推求可能最大暴雨。移置暴雨放大方法则是将其他地区的典型暴雨移置到研究区域，并根据两地的差异进行相应的改正计算。

在短历时可能最大暴雨计算方面，国内常用水文学的暴雨公式方法和一些核电工程常用方法。暴雨公式方法通过选取厂址附近雨量站的实测短历时雨量资料进行频率分析，采用万年一遇的设计值进行参数率定，得到本地区万年一遇的暴雨衰减指数，进而求出不同短历时