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水文分析计算中的暴雨组合法

【摘要】:表10.61954年暴雨档案注暴雨面积单位为1000km2;影响系统为缩写,如切涡为切变线、低涡,其余类推。如长江上游60多万km2暴雨区,连续暴雨可达16~17天,这样替换后的连续大暴雨序列可达17天左右。“69.7”暴雨各日雨量见表10.7。

将两场或两场以上的暴雨,按天气气候学的原理,合理地组合构成一个新的暴雨序列,有时对其中某一两场雨进行放大,以推求可能最大暴雨,这种方法称为暴雨组合法。该法适用于大面积、长时段的可能最大暴雨推求。

在进行暴雨组合以前,需分析设计流域形成大洪水的降水承替演变规律,分析场次洪水降水的大气环流形势、影响系统、雨型(根据雨区位置和移动方向分型)、面雨量(或50mm等雨深线的面积)等,并建立暴雨档案供组合时应用。暴雨档案个例见表10.6。

表10.61954 年暴雨档案

注 暴雨面积单位为1000km2;影响系统为缩写,如切涡为切变线、低涡,其余类推。

10.2.5.1 暴雨组合方法

长江委在进行暴雨组合时,根据天气分析着眼点不同,所用的方法较多,归纳起来,大体分两类,即典型年替换法和连续性分析法。三峡工程设计时根据设计要求与资料条件,又采用了将上述两法结合的长时段组合相似替换法及以历史洪水为基础的1870年模拟放大等方法,现分述如下。

(1)典型年替换法。该法是以特大暴雨洪水年的暴雨序列为典型,根据暴雨过程替换原则,以历史上天气系统大致相同、降水较大的另一过程替换典型天气过程中降水较小的暴雨过程。典型年替换法的关键是典型过程的选取和替换原则的确定。

1)典型过程选取:从实测洪水过程挑选典型,要求洪水历时与设计时段相应,以峰高、量大、峰形恶劣,上、中、下游洪水遭遇严重,且环流形势反常、水文气象资料较好的大洪水过程所对应的暴雨作为典型。

2)组合替换原则确定:组合替换原则是根据天气学原理和预报经验确定,首先对设计流域暴雨成因、大环流形势、天气系统等进行全面的分析和归纳,应用天气形势预报的基本方法——相似法和统计法确定组合替换原则。

①相似过程替换原则,是用相似法确定的组合原则。经过暴雨成因分析,发现有些降水天气形势及其演变过程基本上相似,甚至雨区位置也很接近,由于某些降水因子的强弱不同,而使降水量有较大的差别。相似替换原则就是根据这些相似的特点确定的,具体替换原则如下:

a.降水季节一致,时间接近。

b.大环流形势基本相似,主要是指500hPa天气图上60°~140°E,20°~70°N范围内长波槽脊位置一致,副高脊线位置接近。

c.暴雨天气系统相同。

d.雨型相似。

②涡切变替换原则,是用统计法确定的组合替换原则。在分析大量暴雨的基础上,根据设计流域暴雨的主要影响系统的成因、发生、发展的规律总结归纳而成。

如长江上游分析了1961~1976年6~8月暴雨面积大于2万km2的81次大暴雨资料,其中700hPa影响系统有94%以上是西南涡或涡切变,实测的大洪水(包括历史上的)也都是由多次涡切变降水系统所造成。西南涡的形成与一定的季节和特定的高原地形条件有关,而与大的环流形势关系不甚密切,但其加强和发展则与300hPa或500hPa的槽(或切变)有关,81次中高空有槽或切变的占98%,因为700hPa低涡,高空为槽,这种高低空配置,高层辐散量大于低层的辐合量,促使低涡加深。

西南涡降水与副高有密切的关系,副高在15°~32°N,均可形成西南涡降水,在25°~28°N内,形成大暴雨的机会最多;副高在15°N以南和32°N以北,长江上游很少出现西南涡引起的大面积暴雨。

根据西南涡以上基本特征,拟定以下组合原则:

a.以形成大暴雨的主要影响系统西南涡为组合单元

b.组合时间以西南涡出现机会较多,以暴雨又较大的6~7月为主,组合替换日期与涡实际出现日期前后不超过半个月。

c.对典型年(或长期天气过程)被替换的过程要求:副高轴线在15°~32°N;500hPa在90°~115°E,25°~45°N范围内有低槽或切变。

以上两种组合原则,对替换场次有一定的限制条件。相似过程替换原则,要求选入的替换对象,从环流形势、影响系统到雨型要基本相似;涡切变替换原则,除要求被替换的过程,副高轴线和500hPa一定范围内有低槽(或切变)外,替换时间与实际涡出现的时间前后不超过半个月。按照这些条件,实际挑选替换对象就很有限,从而大大减少了组合的任意性。

3)替换天数与放大场次:暴雨组合的替换天数与流域持续暴雨时间长短有关,流域大,持续降雨时间较长,反之,流域小,持续时间就较短。大流域各次降雨都分别发生在流域的不同支流上,对各条支流而言,降雨最长只能是一次降雨过程,短者1天,长者3~5天,其间的小支流,降雨历时还会更短;对大流域,不管哪条支流降雨,都发生在流域内,且连续降雨时间,可以是暴雨路径经过的各支流降雨历时的总和。如长江上游60多万km2暴雨区,连续暴雨可达16~17天,这样替换后的连续大暴雨序列可达17天左右。而各支流:岷江中下游由于川西阻塞型降雨稳定持久,连续降雨最长达7天;嘉陵江中下游,最长达5天;寸滩~宜昌区间(5万多km2)最长达3天。所以在进行可能最大暴雨组合时,替换后的连续大暴雨序列,要根据流域最长连续暴雨时间来定,如设计时段超过本流域最长连续降雨历时需考虑暴雨的间歇时间。

暴雨组合后对造峰暴雨需否进行放大,视资料系列长短及流域内特大暴雨的多寡而定,一般在替换场次较多、流域内已出现较多的大暴雨情况下,可不予放大。替换场次较少,可放大1~2场。如水汽和动力因子都进行放大,则只宜放大1场,因为特大暴雨不可能在较短的时期接连发生。每场中放大的天数,视此类暴雨实际持续天数而定。

4)算例。

【例10.6】 清江隔河岩枢纽采用流域实测最大洪峰流量相对应的1969年7月大暴雨为典型,以该次大暴雨过程的环流形势为基础,进行相似替换,以推求可能最大暴雨。

“69.7”暴雨是清江流域蒙古槽类最大的一场暴雨,也是梅雨期大面积强暴雨。相应的天气形势为东亚长期维持两脊一槽,在西伯利亚和雅库茨克南部分别为高压,内蒙古及其以北地区为深厚冷低压,副高加强北抬,并一度稳定,副高边缘的西南暖湿气流和冷低压后部的偏北气流汇合,造成暴雨。“69.7”暴雨各日雨量见表10.7。

表10.71969 年7月暴雨原过程表

对1969年7月12~13日降水,用1968年7月14~15日相似过程按照相似替换原则进行替换。

(1)暴雨发生季节一致,“69.7”与“68.7”暴雨均发生在7月中旬,同属梅雨期暴雨。

(2)大环流形势一致,按梅雨期分型,均属双阻型,按地方气象台站分类,均属蒙古槽类暴雨,副高位置接近,槽脊位置相似,如图10.9和图10.10所示。

(3)暴雨天气影响系统相同,500hPa均为蒙古槽,700hPa均为冷切变,只是地面1969年为冷锋,1968年为静止锋,系统更为稳定。

(4)雨型相似。替换结果见表10.8。

图10.9 1969年7月13日500hPa形势图

图10.10 1968年7月15日500hPa形势图

表10.8 相似替换后过程表

以上组合序列,是将“69.7”暴雨7月12日间歇一天的暴雨序列,组合为连续5天的暴雨序列。经普查,清江流域蒙古槽类大暴雨,连续5天以上的暴雨序列出现过3年,即1955年暴雨持续5天,1968年暴雨持续6天和1963年暴雨持续6天。从实际资料验证说明,这种组合序列是有可能在本地区出现的。

【例10.7】 三峡水利枢纽设计曾采用1954年典型替换,推求三峡以上的可能最大暴雨。

(1)1954年典型洪水过程的特点。1954年宜昌洪水的特点:1954年洪水是长江流域性特大洪水,系宜昌实测洪水系列中较大的一次洪水,除最大日平均流量居第四位外,最大7天、15天、30天、45~60天洪量都居首位,这年洪水峰形恶劣,呈连续而集中的多峰形,洪峰迭次增高,主峰肥胖且居后。日平均流量大于50000m3/s的持续时间长达15天之久,同时水文气象资料较丰富。这年大气环流持续反常,西风带环流异常发展,乌拉尔山地区及前苏联滨海省上空有强大的阻塞高压持续达两个月之久。西太平洋副热带高压呈东西向分布,其脊线6月位于18°N,7月位于20°N,较一般年份偏南而持久,华北地区上空常有低压维持,小槽活动频繁,引起自长江上游到江淮流域的多次暴雨过程,致使长江中下游梅雨期较长,长江上游连续降水时间也较持久。

(2)替换原则和暴雨序列构成。1954年典型洪水(6月25日~8月15日)中包含12个降水过程,根据对1931~1982年长江上游暴雨洪水分析,应用已划分好的暴雨过程、环流型、雨型、天气系统等暴雨档案资料,分别采用相似替换原则和涡切变替换原则,从中找出降水量较1954年某降水过程大,又符合替换原则的降水过程进行替换,构成可能最大暴雨的暴雨序列,见表10.9。

对相似替换的暴雨序列,为论证其相似性,除分析天气图外,还计算了降水过程的500hPa60°~140°E,45°~55°N及55°~65°N两个纬圈的平均高度,其中除个别过程等压面高、低位置有些差别外,其余都较一致。

(3)放大。

1)水汽放大。1954年7月19~20日的暴雨过程用水汽放大,采用南面入流方向的西昌、昆明、贵阳、昭通、丽江会理、会泽、毕节、兴仁等9个站作为暴雨露点代表站,持续12小时1000hPa最大露点平均值为23.7℃。9站的历史最大露点平均值为26.3℃,南部边缘平均高程为2100m,气柱顶部计算到200hPa,则水汽放大系数为1.33。

2)水汽净输送量放大。计算公式(10.11),在本地区是否适用,需进行验证。经多次用实测大暴雨资料验证,误差在10%以内,由此看出当计算面积较大时,用该公式计算降水量具有一定精度。

由式(10.11)知,大范围面平均降水强度的大小与整层大气水汽场和流场的强度及其分布有关,在Δt时间内,某面积上的平均可能最大暴雨量就是水汽场和流场可能的最恶劣的组合,即可能最大面平均降水量就是最大的水汽净输送量。将实测资料中的水汽场和流场进行组合,其物理意义是:使较大的、分布又较恶劣的水汽场和较强辐合流场相遭遇。由计算可知800~600hPa层是产生降水的主要层次,仅对这一层进行极大化计算。

1954年7月24~26日降雨天气形势比较稳定,中低层低涡切变天气系统一直持续。因此用同一倍比放大1954年7月24~26日3天降水量。在1953~1977年共25年的6月、7月中选择了同类天气系统的辐合流场23次,湿度场12次,其中以1973年6月30日20时的辐合流场与1962年7月23日20时的湿度场配合最为恶劣,用以代换原来的1954年7月23日23时700hPa代表层的流场与湿度场,其他各层不变,放大系数K=2.96。

(2)连续性分析法。在暴雨普查和成因分析的基础上,根据大暴雨环流形势演变趋势和天气过程承替演变规律,将暴雨单元合理地衔接起来,组成新的暴雨序列,这就是暴雨组合的连续性分析法。此法以组合2~3场暴雨为宜,因组合时间过长,任意性较大。

从天气分析经验得知,环流形势和暴雨天气系统的转换特点,表现在两个方面:一是转变的速率(缓变和突变);二是常见的转换方式和特殊转换方式。因此,只有分析了暴雨天气过程的转换特点之后,才能比较合理地进行暴雨组合。

20世纪60年代曾用天气过程组合、天气型组合及自然天气周期组合等方法对三峡以上60天可能最大暴雨进行过估算。近年来连续性分析法除三峡枢纽采用外,多用于长江支流各枢纽的可能最大暴雨估算。如清江隔河岩、乌江彭水、赣江万安和汉江丹江口等,组合时段大多在5~7天。组合时应注意以下两点。

1)互相衔接的两个组合单元,应选在同一季节,组合单元的时段长度不应小于6小时。

2)两单元之间的时间间隔,可直接以实测暴雨或者从天气过程演变的统计规律确定。用此法组合后的环流形势演变过程,最好用历史资料中实际演变的实例加以论证。

(3)长时段组合相似替换法。当设计时段超过某一典型年的实际降雨历时或典型不够恶劣时,可将两个长系列过程用连续性分析法进行组合,然后再对其中的一两场雨用相似替换法进行代换,以推求可能最大暴雨。

表10.9 1954年典型相似替换法暴雨过程序列表(方案1a)

注 暴雨面积单位为1 000km 2

表10.10 1981年7月1~13日降水过程

表10.11 1982年7月15~29日降水过程

【例10.8】 该算例为连续性分析法与长时段组合相似替换法联合应用。三峡枢纽推求时段为28天的可能最大暴雨,该流域1981年7月1~13日降水(表10.10)由4次降水过程形成,称这种超过一次降水过程的较长时段降水为长时段过程。同样1982年7月15~29日降水(表10.11)也由4次降水过程组成,也为一长时段过程。上述两过程暴雨比较大,但时段不够长,而该两个长时段过程衔接,从暴雨时、空分布及走向来讲,形成流域的洪水较恶劣,所以,采用连续性分析法,将两长时段过程进行组合,然后又用相似替换法将1981年7月9~11日暴雨,用1968年7月1~3日暴雨进行相似替换,构成可能最大暴雨序列。

1)天气过程演变可能性分析。通过天气过程的连续性分析,以了解两次过程天气形势能否衔接,前一个过程能否演变为后一个过程。

①大环流形势分析

a.天气形势演变可能性分析。两次过程衔接处的1981年7月13日与1982年7月15日大环流形势相似。中高纬槽脊位置基本相近,如图10.11和图10.12所示。新西伯利亚地区及鄂海地区为高压脊,其间为槽;副高呈东西向纬向分布,脊线在25°~26°N。所不同的是1981年7月13日的槽比1982年7月15日的略偏西、偏北,新西伯利亚高压脊略偏西,1981年的脊为南北向,1982年为东北—西南向,副高也比1981年偏西。根据天气学分析经验及中高纬槽脊自西向东移动的规律,高压脊在东移过程中,北部高压脊线由南北向转为东北—西南向,促使贝加尔湖槽沿此脊前东南下,环流形势相应开始转变,实际年1956年6月5~7日的大环流形势的演变过程与其极为相似,如图10.13和图10.14所示。

图10.11 1981年7月13日500hPa形势图

图10.12 1982年7月15日500hPa形势图

b.环流型演变可能性分析。1981年7月9~13日为贝加尔湖大槽型,从14日起转变为二槽一脊型;1982年7月15~20日也是二槽一脊型。不仅两者环流分型相同,雨型也一致,都属川东移动型。所以用1982年7月15日衔接1981年7月13日是符合环流演变规律的。

②暴雨天气系统演变可能性分析。1981年7月13日与1982年7月15日两天暴雨的天气影响系统都是属于涡切变,系统位置接近。1982年低涡较1981年稍弱,略偏东一些,根据天气系统自西向东演变规律,1981年7月13日的天气系统东移稍减弱,演变为1982年7月15日天气系统的位置也是可能的。

图10.13 1956年6月5日500hPa形势图

图10.14 1956年6月6日500hPa形势图

③组合后暴雨时空分布分析。组合后暴雨开始在沱江、嘉陵江呈东北—西南向的雨带,然后东移至三峡区间,持续两天后移出,致使沱江、嘉陵江洪水与区间洪水遭遇产生较大洪峰。对于这种暴雨的时空分布,统计了27次三峡区间有降水的较大洪水,其中有12次降水都是由嘉陵江移入,有8次是嘉陵江有大到暴雨,移向三峡区间时,区间也产生大暴雨。1870年历史洪水的雨情描述也属这类。实际年1956年6月5~7日的暴雨分布及走向与以上组合后的走向极为相似,如图10.15~图10.18所示,说明1981年与1982年组合及产生这样的暴雨时空分布也是有可能的。

图10.15 1981年7月13日日雨量(mm)

图10.16 1982年7月15日日雨量(mm)

综合上述,1981年7月13日后接1982年7月15日过程是可能的,也是合理的。

2)组合序列构成。组合序列是在1981年7月1~13日与1982年7月15~29日长时段组合的基础上,对1981年7月9~11日过程,根据相似替换原则,用1968年7月1~3日暴雨进行替换,组成28天降水序列。

(4)历史洪水模拟放大法。该法是以历史洪水三要素(洪水的峰、量和过程)为控制,模拟历史暴雨组合序列,以推求可能最大洪水。

图10.17 1956年6月5日日雨量(mm)

图10.18 1956年6月6日日雨量(mm)

当设计流域历史上有比较好的特大暴雨洪水记载和调查资料,能够分析出雨洪范围、暴雨中心位置、暴雨动态和洪水的峰、量、过程线等要素时,可根据调查推求的历史洪水三要素来模拟特大洪水的暴雨组合序列,然后对某一场雨进行放大,以推求可能最大暴雨。

1)历史洪水三要素分析。直接应用历史洪水调查考证成果。

2)历史特大暴雨及成因分析。

①历史特大暴雨分析。根据文献记载资料,分析历史暴雨场次、范围、中心位置及动态。

②暴雨成因分析。采用雨量过程相似则天气过程相似的假定来推估。

3)历史洪水模拟。在同类(同类型天气系统)实测降水资料中,选取与历史洪水暴雨时间接近,雨区分布相似的暴雨,按历史洪水雨区动态,依次把它们逐一衔接,构成暴雨序列,然后通过产汇流计算,将推算出的模拟洪水过程线与历史洪水三要素比较,如三者都接近,该暴雨序列即为形成历史大洪水的暴雨序列。

【例10.9】 三峡水利枢纽采用1870年洪水模拟放大法,推求三峡可能最大洪水。

根据1870年洪水的雨水情,划分出降雨场次,推估出各场雨的环流形势及影响系统,并模拟形成该洪水的暴雨过程序列,通过水汽放大,产、汇流计算,得到1870年型的可能最大洪水。

(1)1870年长江上游暴雨概况。1870年7月长江特大洪水是在金沙江下段连续降雨的基础上,再加上四川地区连续大面积特大暴雨所造成,详见5.2。

(2)暴雨成因分析。1870年实测气象资料极少,更无天气图供分析,为了解1870年暴雨成因,采用大范围降水过程相似,则天气演变过程可能相似的假定来推估1870年环流形势。按雨区分布相似及出现时间接近的原则,从实测全国日雨量分布图中,分别找出降水过程相似,且最能表达该过程降水分布特点的日雨量图为代表,找出相应的500hPa天气图,作其合成平均图,可大致反映1870年特大暴雨的大气环流形势背景。

1)上游大暴雨期间的环流背景:从模拟的1870年7月13~17日过程的合成500hPa平均图看(图略),环流经向度较大,呈二脊一槽形势。亚洲东部的高压脊势力较强,阻挡贝加尔湖大槽的东移,使大槽不断分裂小槽,带下一股股冷空气与副高西缘的暖湿气流汇合于长江上游地区,加之副高西北侧的气旋性环流,给上游特大暴雨提供了强烈的辐合条件。副高稳定,阻止了辐合带的东移,同时它与孟加拉湾低压共同作用,将南部印度洋及南海等海洋的水汽源源不断地向辐合区输送,为特大暴雨提供了充沛的水汽条件。18日以后形势开始调整,副高稳定,中心稍有东移,西风槽也稍东移,相应雨区由川东移至三峡区间,印度低压有所发展,保证水汽的不断供给,使暴雨持续。

2)暴雨影响系统及地形作用:从与1870年暴雨过程相似的几个实测降水过程,分析相应的天气系统,500hPa影响系统是低槽,700hPa和850hPa影响系统都是西南涡切变线,地面天气图上主要是冷锋转静止锋。由于雨区南部有一支西南风的低空急流,不但保证了水汽源源不断的供给,并在高原地形的共同作用下,不断生成新涡,沿切变线发展,移入雨区上空,使暴雨持续,强度加大。暴雨主要分布在大巴山南坡,这里地处西南低空气流的迎风坡,地形的抬升,又加强了气流的辐合上升运动,所以暴雨强度特大。

(3)1870年7月长江上游暴雨模拟及放大。

1)暴雨模拟。初步掌握了1870年洪水的雨情,形成洪峰的特大暴雨动态及暴雨影响系统,就可以根据调查推算的1870年洪水来模拟1870年暴雨过程。重点模拟形成1870年105000m3/s洪峰的7天暴雨过程。其前用1957年6月21日至7月7日的降水,其后用1974年7月31日至8月28日的降水构成组合暴雨序列。

如前所述,1870年暴雨是在涡切变天气系统下形成,对形成洪峰的7天暴雨,根据文献记载的暴雨动态,从同类实测降雨资料中选取与1870年暴雨时间接近、分布相似的暴雨,按1870年动态逐一衔接起来,构成一个暴雨序列,然后通过产、汇流计算,推算出模拟洪水过程线,与1870年调查洪水过程比较,若洪峰流量、洪水过程及30天洪量都较接近,即为求得的1870年模拟洪水过程线。经多次试算,与1870年调查洪水最接近的暴雨序列见表10.12。

表10.1 21870年型模拟及可能最大暴雨序列表

续表

10.2.5.2 组合暴雨极大化

暴雨组合后,是否需要进行放大,视资料系列长短及流域内特大暴雨量级和多寡而定。一般在替换场次较多、流域内已出现较多大暴雨的情况下,可不予放大;如遇以下情况之一者,需进行放大。

(1)暴雨序列中所有组合单元面雨量均小于本流域或邻近地区最大实测面雨量。

(2)组合后的长短历时雨量比值明显比流域一般规律偏小。

(3)组合暴雨总量小于本流域和邻近地区历史上的特大暴雨(或由特大洪水反推暴雨)总量。

(4)历史洪水模拟推求的暴雨序列中的造峰暴雨。

放大场次的多少视组合序列的长短而定,一般放大1~2场暴雨。如水汽和动力因子都进行放大,则只宜放大1场,因为特大暴雨不可能在较短的时期接连发生。每场中放大的天数,视此类特大暴雨放大指标的持续天数而定。

10.2.5.3 暴雨组合合理性分析

(1)从天气学上进行分析。对组合序列进行合理性检查,从大环流形势、天气影响系统、水汽条件等方面,分析组合的合理性。对多单元的组合,要重点检查组合序列在整体上的合理性。对于少单元,要重点检查两单元在时间间隔上的合理性。对于长历时的组合,可以从大气环流的季节变化特点上进行检查。

(2)从气候学上进行检查。与设计流域内的暴雨日数、暴雨中心位置、极值和暴雨时空分布特点等方面进行比较,两者不应有大的矛盾。

(3)与流域历史特大暴雨洪水比较。组合暴雨序列的暴雨历时、时空分布形式、主雨区位置等,应具有反映本流域历史特大暴雨的主要特征。

10.2.5.4 暴雨空间组合

当设计流域面积较大,流域上、下游分属两个暴雨区域,可能最大暴雨计算有以下组合方案。

(1)一区为可能最大暴雨,另一区相应。如用典型年,另一区则用典型年实测暴雨与之组合。

(2)一区为可能最大暴雨,另一区按相同典型年同倍比放大与之组合。

如长江宜昌以上集水面积约100万km2,横跨多个纬度,上下游自然地理条件相差很大。西部为高原,高程多在3000m以上,受环流形势及水汽条件的限制,在这近40万km2内极少出现暴雨,根据此暴雨落区特性,三峡工程主要是计算高原东部龙街至宜昌约60万km2暴雨区的可能最大暴雨和可能最大洪水,然后与龙街以上发生的相应洪水进行组合,以推求宜昌以上的可能最大洪水。

10.2.5.5 讨论

计算大面积、长历时的可能最大暴雨,暴雨组合是一种行之有效的方法。在计算之前,首先应该对流域及暴雨特性进行分析,建立有足够多的大暴雨资料和暴雨洪水档案,在此基础上,经过统计、归纳,对设计流域的暴雨洪水,尤其是大暴雨洪水的规律、成因、天气系统的承替演变规律等有较全面的认识,为方案的选定、组合原则确定和成果合理性分析等打下基础。

典型年替换法:是以设计流域已出现的特大暴雨洪水年的暴雨序列为基础,按照替换原则,从实际发生过的暴雨中,选取大暴雨进行替换以构成可能最大暴雨序列。由于有了一定的替换原则,实际能被挑选出来作为替换对象的就很有限,从而减少了组合的任意性。这种方法更适用于设计时段超过10天的暴雨序列组合。

连续性分析法:是根据环流形势演变趋势及天气过程承替演变规律,考虑对降雨恶劣的天气转换方式进行暴雨组合。此法对组合10天以内的暴雨序列为宜,组合时间过长,不仅工作量大,而且任意性也大。

长时段组合相似替换法:是以上两种方法的结合和补充,当设计时段超过某典型年的降水时段或典型年降水序列不够恶劣时,采用此法既延长了暴雨序列,又可减少组合的任意性。

历史洪水模拟放大法:充分发挥我国历史文化悠久的优势,根据大量的故宫奏折、地方志书、洪水石刻题记、民间传说及实地调查、测量等资料,推算出历史洪水的洪峰、洪量及洪水过程线,再根据文献考证、调查采访的水雨情描述、暴雨中心位置及时间和雨次,推估出各场雨的环流形势及影响系统,并模拟构成该洪水的暴雨过程序列,对其中的造峰暴雨进行放大,推求得的洪水即为可能最大洪水。暴雨序列是以本地区稀遇的历史大洪水的三要素为基础模拟而得,其造峰暴雨可视为高效暴雨,故只需对其造峰暴雨进行水汽放大。不论是可能性,还是最大性,该法都较为直观、可信,易被人们所接受。

关于组合和放大场次,以上各法均有涉及。目前组合场次及组合系列的长短主要根据流域面积大小、设计时段的要求和暴雨洪水统计规律确定。组合后放大场次视设计时段长短、本地区大暴雨的量级及多寡而定。总的原则是造峰暴雨强度、长短历时比值及总量不应小于本地区或邻近流域实际发生的特大暴雨(或由特大洪水反推的特大暴雨)。若设计时段长,组合后场次暴雨的强度和总量与已出现的暴雨偏小较多,放大场次就应多些,反之,放大场次少些,甚至可以不需放大。

只要收集的设计流域与邻近地区大暴雨洪水资料较充分,按照各种方法组合的原则和要求操作,一般是能够得到较稳定和满意的成果的。如三峡工程设计除收集了自1153年以来大历史洪水外,还收集了19世纪30年代以来,宜昌洪峰流量超过40000m3/s的洪水过程相应的各场降水资料和相应的天气、气象资料,在此基础上采用4种方法、6个方案,推算了三峡工程可能最大暴雨,尽管处理方式不同,有的方案直接用组合成果,有的组合场次较少,并对其中未组合的场次进行了放大等,但各种方案计算的结果比较接近,成果较稳定。