城市排水防涝系统设计降雨时空分布特性研究

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1、中文图书分类号：TU992密级：公开UDC：624学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：城市排水防涝系统设计降雨时空分布特性研究论文作者：刘成林学科：土木工程指导教师：周玉文教授、隋军研究员论文提交日期:2015年6月UDC：624单位代码：10005中文图书分类号：TU992学号：B201104038密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目城市排水防涝系统设计降雨时空分布特性研究方法英文并列RESEARCHMETHODOLOGYofTEMPORALANDSPACIALCHRACTERISTICOFDESIGNSTO

2、RMOFURBANDRAINAGEANDFLOODINGPREVENTIONSYSTEM研究生姓名：刘成林专业：土木工程研究方向：城市排水防涝系统理论及信息化技术导师姓名：周玉文、隋军职称：教授、研究员论文报告提交日期：2015.6学位授予日期：授予单位名称和地址：北京工业大学北京市朝阳区平乐园100号ClassifiedIndex：TU992ADissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHMETHODOLOGYofTEMPORALANDSPACIALCHRACTERISTICOFDESIGNSTORM

3、OFURBANDRAINAGEANDFLOODINGREVENTIONSYSTEMCandidate：LIUCheng-linSupervisor：Prof.ZHOUYu-wen,SUIJunAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringAffiliation：CivilEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-institution：BeijingUniversityofTechnology独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取

4、得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名刘成林日期2015.6.15关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：刘成林导师签名：周玉文日期：201

5、5.6.15摘要摘要在极端降雨事件频数和强度呈增加趋势，社会经济大发展的背景下，内涝灾害发生频率增加，伴随损失越来越高，这对城市排水防涝系统的规划设计、建设、预警和调度提出了新的挑战。为此，国家已开始强制要求利用计算机水力模型平台进行城市排水防涝系统的模拟演算，而符合区域实际特征的有效的设计降雨输入，是前提和必要条件。因此加强设计降雨的研究，是符合目前城市排水防涝系统规划、设计、运营调度需求的。本研究从降雨物理特征出发，基于大量的历史降雨数据统计分析，提出一种基于Copulas联结函数和概率密度函数的设计降雨构建方法，进行设计降雨时空分布特性研究。取得的主要成果

6、如下：（1）研究提出基于Copulas联结函数的降雨多变量分析方法。它利用Copulas联结函数对历史降雨数据的设计降雨量、降雨峰值和总降雨量3个具有不同边际分布的特征参数进行多变量联合分析，推求“峰值”、“总降雨量”和“设计降雨量”的联合分布关系。（2）研究提出基于概率密度函数的设计雨型构建方法。它利用概率密度函数与降雨历线的相似性，进行设计雨型的研究分析。根据历史降雨数据分析，降雨累积曲线与累积分布函数（CDF）形状相似，累积降雨曲线之一次差分为降雨历线，即雨型曲线，而累积分布函数（CDF）之微分为概率密度函数，因此，提出概率密度函数的设计雨型构建方法。（3

7、）研究提出基于Copulas联结函数和概率密度函数的设计降雨构建方法。联合Copulas联结函数多变量分析和概率密度函数雨型构建设计降雨的方法在现有普遍应用的暴雨强度公式理论基础上，增加了“降雨峰值”和“总降雨量”这两个重要的雨量特征和更符合降雨实际过程的“雨型”特征的考量。（4）研究提出基于点面折减系数的降雨空间分布特性研究。采用泰森多边形空间插值法分析周围自动站降雨观测数据与基础观测数据的关系，实现了城市区域降雨空间分布特性规律的量化描述，为城市排水防涝系统建设管理提供了有效指导。本论文针对目前普遍采用的基于单变量分析的暴雨强度公式法存在的不足，提出一种基于

8、Copula函数和PDF