低重现期暴雨频率分析与强度公式的编制外文翻译资料

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Very Frequent Design Rainfalls – An Enhancement to the New IFDs

Cynthia The

Hydrologist, Environment and Research Division, Bureau of Meteorology, Sydney, Australia E-mail: c.the@bom.gov.au

Catherine Beesley

Hydrologist, Environment and Research Division, Bureau of Meteorology, Melbourne,

Australia

E-mail: c.beesley@bom.gov.au

Scott Podger

Hydrologist, Environment and Research Division, Bureau of Meteorology, Sydney, Australia E-mail: s.podger@bom.gov.au

Janice Green

IFD Revision Project Director, Environment and Research Division, Bureau of Meteorology,

Canberra, Australia E-mail: j.green@bom.gov.au

Catherine Jolly

Hydrologist, Tasmanian Flood Forecasting amp; Warning Unit, Bureau of Meteorology, Hobart, E-mail: c.jolly@bom.gov.au

Michael Hutchinson

Professor of Spatial and Temporal Analysis, Fenner School of Environment and Society,

Australian National University, Canberra, Australia E-mail: michael.hutchinson@anu.edu.au

摘要

气象局（BoM）向澳大利亚发布了新的“强度 - 频率持续时间”（IFD）设计降雨量，概率为每年超越（EY）至1％年度超越概率（AEP）。 这适用于大多数液压基础设施设计; 然而，水敏感城市设计（WSUD）要求IFD的事件比1 EY频率更高。 许多雨水质量或WSUD指南建议设计雨水质量处理装置的第三个月的流量阈值。 3个月平均复发间隔（4 EY）的设计降雨量以前没有可用，机构对估计高频率的设计降雨量的方法给出了自己的建议。 为了解决这一需求，将提供比1 EY频率更高的概率估计值，作为IFD修订项目第2阶段的一部分。

采用比例法，使用现场部分持续时间系列（PDS）来确定各种高频率的设计降雨值与50％AEP IFD的比例。使用L时刻表征PDS数据的分布属性，发现广义帕累托分布（GPA）最能代表现场PDS。在每个场地计算的分位数深度用于推导相对于50％AEP值的比率。然后将它们格网在平滑样条软件ANUSPLIN中。样条使用三个独立变量拟合;纬度，经度和高程，通过广义交叉验证确定拟合函数的适当程度的平滑度。深度根据网格比率和50％AEP IFD深度计算，持续时间为1分钟至7天，概率为2,3,4,6和12 EY。设计雨量估计高频率，将通过提供符合设计指南的国家一致值来提高WSUD和城市发展设计流程估算的一致性。

1. 介绍

气象局（BoM）于2013年7月发布了新的强度频率（IFD）设计降雨量（2015年气象局）。作为本阶段1版本的一部分，IFD值已计算为1分钟至7天的持续时间，以及1年超越（EY）至1％AEP的概率。这种IFD概率范围符合大多数基础设施资产设计的设计要求/准则。在澳大利亚的水力设计指南中，通常将小型洪水事件基础设施规模的年均超过概率（EY）提高到10％，年均超过概率（AEP）的可能性为2％至1％重大洪水事件的基础设施。然而，水敏感城市设计（WSUD）和一些雨水管理应用（例如生物保留系统，小型滞留盆地和渗透系统）要求比1 EY频率更高的概率，迄今尚未提供。

许多雨水质量或WSUD指南建议设计雨水质量处理装置的第三个月的流量阈值。此3个月平均复发间隔（ARE）（4EY）的设计降雨量以前尚未提供，许多指南未规定如何计算4个EY IFD或后续Q3个月流量。在没有具体估计或建议的情况下，负责确保遵守相关准则的机构就估算高频率的设计降雨量的方法提供了自己的建议。对可用指南的调查显示，目前，澳大利亚目前还没有确定任何设计价值比1 EY频率更高的标准方法，尽管这些方法已被接受为雨水质量处理装置的设计流程（表1）。

表1.澳大利亚估计高频率设计雨水的做法的总结

为了满足国家一致的高频率的设计降雨估计的需要，估计了2,3,4,6和12 EY概率是IFD修订项目第二阶段的一部分，将为新的IFD提供增强功能。 生成这些值将提高WSUD的设计流量估计的一致性。 本文介绍了生成高频率的设计降水深度估计的方法

2.方法

所采用的方法的总结在表2中给出，随后在后面的部分进行讨论

表2.高频率的设计降雨采用方法的总结

2.1.数据和最低有效年数

所采用的数据包括BoM站和其他组织经营的仪表。 它包括用于新IFD的台站（2015年的气象局; 2011年的Green等）和另外7290个具有更短记录时间的站，经过严格的质量控制（Green et al 2011; 2012a）。 这些附加站是必需的，因为设计降雨量高频率，最少年数已经从30个（新的国际数据库）减少到5年。 选择日常和次日常网站五个有效年份的门槛，因为与以前的1 EY相比，估计超出的次年次数被认为是统计学上可接受的。 较短的记录长度可确保更多地使用可用站点，但也可确保有足够的信息可用于导出频率更高的概率（12-2 EY）。

已经采用部分持续时间序列（PDS）方法来估计发生频率高于每年一次的概率。 使用PDS的优点是，它提取尽可能多的关于大事件的信息，并产生比10％AEP频率更高的概率的直接估计。 由于作为现场系列的PDS正在使用独立事件的选择是基于等级而不是时间周期，因此记录的完整性不是考虑因素。

2.2.事件最短时间和阈值的定义

所采用的事件独立性测试标准是基于最新事件时间（MIT），如在新的IFD方法中应用的（Xuereb和Green，2012）。 分析表明，澳大利亚纬度两至六天的麻省理工学院是适当的。 对于不到一天的持续时间，采用1天持续时间的麻省理工学院（Green et al 2014）。

由于正在采用PDS，因此需要定义所有事件的阈值。 确定准确估计频率更高IFD所需的每年价值数量很重要。 鉴于最常见的概率为12EY，每年至少12次事件用于充分代表这些较高频率事件的现场分布。

2.3.降雨事件系列

高频率的设计降雨来自PDS，每年最佳事件数（nE）通过计算该站点的有效记录年数（EfY）确定（即有效数据天数/ 365），以及在符合质量控制（QC）标准的情况下，根据降序排列，从降雨记录中提取nE x EfY独立事件。提取了几个地理位置分布的位置的PDS值用于测试目的。然后使用在AMS期间应用的相同方法计算L次矩（平均值，变化（L-CV）和偏度（L偏斜度）的数据的线性组合）和分位数深度（每个概率的降雨深度） IFD修订项目的PDS比较阶段，对于AEP小于1EY的事件。对于具有大于1个EY概率的PDS，发现Hosking和Wallis（1997）中定义的广义帕累托分布（GPA）（如等式1所示）最能代表现场PDS分布：

其中x（F）是分位数函数，εalpha;和kappa;是位置，尺度和形状参数。 这里F是累积频率，并且作为年度非超越概率（ANEP）除以nE给出。 最初当使用12的nE计算F时，使用表3中的概率定义。 测试地点的结果表明，该定义不适用于推算年度回报期。 对于比1 EY频率更高的事件，F变得非常小，深度变平，倾向于1EY现场值（表3，图1）。 这可能是由于基于ANEP值导出F的方式的错误。

表3.地点33119的年度超额概率（nE = 12）

为了解决这个问题，采用了一种替代方法。这种方法有效地将PDS视为月度部分持续时间系列，或者 - 对于当前数据集 - 每月超出系列（MES）（PDS，其中值=有效月数：12 nE）更为正确。虽然提取的PDS是相同的，平均持续时间是改变的，代表以几个月而不是几年的时间。重要的是要注意，这不等于每月最大值系列，其中将选择每个月的最大值。使用PDS方法，基于排序方法，而不是AMS时间方法提取MES。因此，次级年度GPA的规模将相对于几个月而不是几年，频率表示为每月不超过概率（MNEP）而不是ANEP。每个有效月份（nEm = 1）而不是12 nE，值的数量将变为1个事件。表4显示了每月超额系列的结果。选择MES而不是年度系列，可以显着增加每个站点的记录，以建立现场降水分布，捕获频率更高的降雨模式。

表4.地点33119的每月超额概率（nEm = 1）