Способ актуализации местных климатических параметров ливневых дождей
METHOD OF UPDATING LOCAL CLIMATIC PARAMETERS OF HEAVY RAINFALL

Изобретение относится к способам определения местных климатических параметров ливневых дождей, необходимых для гидравлического расчета сетей водоотведения поверхностного стока.
Известен способ определения величины климатического коэффициента «», описанный в методах расчета ливневого стока Горбачева П.Ф., (см. П.Ф. Горбачев, Методы расчета ливневого стока. // Издательство «Власть Советов» при Президиуме ВЦИК, Москва, 1937 г. стр. 25-26. Выкопировка прилагается.) для средних условий центральной части СССР принимается равной 1, исходя из формулы НКПС 1931 г, согласно циркуляру НКПССтроя от 20/III 1931 г. «О нормах расчета поверхностных вод», а для других районов определяется из равенства:
- наибольшее значение суточного количества дождевых осадков, наблюдавшихся в среднем на метеорологических станциях района, желательно в течение 30 лет или, при неимении достаточных наблюдений, за меньший период времени, но не менее 15 лет.
- среднее арифметическое взятых по отдельным годам наибольших суточных количеств дождевых осадков, наблюдавшихся на метеорологических станциях района, желательно за 30 лет, а при неимении - за меньший период времени, сколько то окажется возможным.
Недостатками этого способа являются:
- большая продолжительность выполнения работ, т.к. запись измеряемых величин должна производиться в течение T лет, где T > 30 лет;
- невысокая точность, т.к. определения климатических параметров возможно только для районов и не учитывает специфику климата в городах.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу служит способ определения местных климатических параметров ливневых дождей, описанный в монографии Зака Г.Л. (см. Зак Г.Л. Водостоки: Основы рационального проектирования и расчета. // Издательство министерства коммунального хозяйства РСФСР. Москва, 1952. с. 14 -17. Выкопировка прилагается.), предусматривающий то, что:
- устанавливают на местности в точке А один автоматический дождемер, выполненный с возможностью записи текущих значений измеряемых величин времени t с шагом  и количества  выпавших осадков за время , при этом . По меньшей мере  равно 1 мин;
- производят запись измеряемых величин в течение T лет;
определяют время начала  и конца  каждого i-го дождя в точке А, а также количество  выпавших осадков за весь период i-го дождя в течение T лет;
- определяют силу  каждого дождя по формуле , где ;
- формируют выборку АА из n ливневых дождей с силой > S;
- сортируют их в порядке убывания  так, что бы
- определяют множество  чисел случаев выпадения ливневых дождей силы , kk < 1;
- формируют множество  сумм случаев выпадения ливневых дождей, , ;
- формируют множество  средней повторяемости однократного превышения сил дождя в течение T лет, ;
- формируют множество  периодов однократного превышения сил дождя, ;
- формируют множество , ;
- формируют множество климатических констант , ;
- определяют климатическую константу  = .
Для указанного способа характерны следующие недостатки:
- большая продолжительность выполнения работ, т.к. запись измеряемых величин должна производиться в течение T лет, где T > 20. Например, в наиболее близком аналоге T = 26 лет;
- высокая ресурсоемкость (чел* час и/или машино*час) выполнения работ, т.к. для фиксации  и  дождя необходимо осуществлять измерения с минимальным шагом ,
- невысокая точность, т.к. измерение параметров происходит только в одной точке. При этом, например, на расстоянии одного километра значения измеряемых параметров могут уже существенно отличаться ввиду высокой неравномерности выпадения дождей.
Задачей настоящего изобретения является снижение продолжительности, ресурсоемкости и повышение точности выполнения работ по определению местных климатических параметров ливневых дождей.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе, в соответствии с которым:
устанавливают на местности в точке А один автоматический дождемер, выполненный с возможностью записи текущих значений измеряемых величин времени t с шагом  и количества  выпавших осадков за время ,
производят запись измеряемых величин в течение T лет,
определяют силу  каждого дождя по формуле , где  - продолжительность i -го дождя,  - количество выпавших осадков за весь период i-го дождя,
формируют выборку АА из n ливневых дождей с силой > S,
сортируют их в порядке убывания  так, чтобы
определяют множество  чисел случаев выпадения ливневых дождей силой , kk < 1,
формируют множество  сумм случаев выпадения ливневых дождей, , ,
формируют множество  средней повторяемости однократного превышения сил дождя в течение T лет, ,
формируют множество  периодов однократного превышения сил дождя, ,
формируют множество , ,
формируют множество климатических констант , ,
определяют климатическую константу  = .
в соответствии с настоящим изобретением
продолжительность i-го дождя  принимают равной сумме продолжительностей i-й цепочки последовательных шагов  в периоды которых  > 0, а количество выпавших осадков  за весь период i-го дождя принимают равным сумме количеств  выпавших осадков в течение i-й цепочки последовательных шагов ,
шаг  записи текущих значений измеряемых величин устанавливают равным минимальной продолжительности ливневых дождей,
устанавливают N дополнительных автоматических дождемеров в разных точках  местности, выполненных с возможностью записи текущих значений измеряемых величин времени t с шагом  и количества  выпавших осадков за время , r = 1, 2, …, N;
определяют продолжительность ii-го дождя в точках  местности  как сумму продолжительностей ii-й цепочки последовательных шагов  в периоды которых  > 0, а количество выпавших осадков  за весь период ii-го дождя принимают равным сумме количеств  выпавших осадков в течение ii-й цепочки последовательных шагов ,
определяют силу  каждого дождя по формуле ,
формируют выборки  из  ливневых дождей с силой > S,
выборку из n ливневых дождей формируют путем объединения N выборок  и выборки АА, при этом  + n, а
Возможен вариант развития, когда минимальную продолжительность ливневых дождей принимают равной 5 мин.
Возможен вариант развития, когда .
Возможен вариант развития, когда , где  и  - константы.
Возможен вариант развития, когда .
Возможен вариант развития, когда .
Отличительными признаками заявляемого способа являеюся:
1. Принятие продолжительности i -го дождя  равной сумме продолжительностей i - той цепочки последовательных шагов  в периоды которых  > 0;
2. Принятие количества выпавших осадков  за весь период i-го дождя равной сумме количеств  выпавших осадков в течение i - той цепочки последовательных шагов ,
3. Установление шага  записи текущих значений измеряемых величин равным минимальной продолжительности ливневых дождей;
4. Установка N дополнительных автоматических дождемеров в точках  местности, выполненных с возможностью записи текущих значений измеряемых величин времени t с шагом  и количества  выпавших осадков за время , r = 1, 2, …, N;
5. Определение продолжительности ii-го дождя в точках  местности  как суммы продолжительностей ii-й цепочки последовательных шагов  в периоды которых  > 0,
6. Принятие количества выпавших осадков  за весь период ii-го дождя равной сумме количеств  выпавших осадков в течение ii-й цепочки последовательных шагов ;
7. Определение силы  каждого дождя по формуле ;
8. Формирование выборки  из  ливневых дождей с силой > S;
9. Формирование выборки из n ливневых дождей путем объединения N выборок  и выборки АА;
10. Увеличение выборки до  + n,
11. Вычисление
По сведениям, имеющимся у авторов, все отличительные признаки не известны. Совместное их применение позволит:
- снизить продолжительность выполнения работ, т.к. в соответствии с предлагаемым изобретением достаточно запись измеряемых величин производить в течение T > 5 лет. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков № 4 - 11;
- снизить ресурсоемкость выполнения работ, т.к. в соответствии с предлагаемым изобретением достаточно запись измеряемых величин производить с шагом , равным минимальной продолжительности ливневых дождей, а не непрерывно. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков № 1 - 3;
- повысить точность, т.к. измерение параметров происходит не в одной точке. Поэтому, уменьшается погрешность из-за высокой неравномерности выпадения дождей. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков № 4 - 11.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 представлен пример схемы установки дождемеров; на фиг. 2 - пример определения  и  на фиг. 3 - сравнение выборок АА и ; на фиг. 4 - приведены результаты сортировки выборки из n ливневых дождей; на фиг. 5 показаны значения  в зависимости от  и результаты аппроксимации.
Осуществление изобретения.
Осуществление изобретения продемонстрировано (см. фиг. 1) на системе, включающей дождевую тучу 1, один автоматический дождемер 2, установленный в точке А и выполненный с возможностью записи текущих значений измеряемых величин времени t с шагом  и количества  выпавших осадков за время .
В соответствии с настоящим изобретением:
- дополнительно устанавливают N дополнительных автоматических дождемеров 3 в разных точках  местности, выполненных с возможностью записи текущих значений измеряемых величин времени t с шагом  и количества  выпавших осадков за время , r = 1, 2, …, N. На фиг. 1 в качестве примера показан вариант, когда N = 34;
- производят запись измеряемых величин в течение T лет;
- определяют продолжительность каждого i -го дождя  и количество выпавших осадков  за весь период i-го дождя. Для этого  принимают равным сумме продолжительностей i-й цепочки последовательных шагов  в периоды которых  > 0. Для примера на фиг. 2 приведена выборка данных, содержащая колонки с номером шага , времени и . Из нее видно, что  = 35 ми, а  15, 23 мм.;
- определяют силу  каждого дождя по формуле ;
- формируют выборку АА из n ливневых дождей с силой > S. На фиг. 3 в качестве примера позицией 4 показана выборка АА;
- определяют продолжительность каждого ii-го дождя  и количество выпавших осадков  за весь период ii-го дождя в точках  местности аналогично тому, как это представлено на фиг. 2;
- определяют силу  каждого дождя по формуле ;
- формируют выборки  из  ливневых дождей с силой > S. На фиг. 3 в качестве примера позицией 5 показана выборка ;
- выборку из n ливневых дождей формируют путем объединения N выборок  и выборки АА, при этом  + n, а
- сортируют ливневые дожди в порядке убывания  так, что бы  на фиг. 4 в качестве примера позицией 6 показаны результаты такой сортировки;
- определяют множество  чисел случаев выпадения ливневых дождей силой , kk < 1;
- формируют множество  сумм случаев выпадения ливневых дождей, , ;
- формируют множество  средней повторяемости однократного превышения сил дождя в течение T лет, ;
- формируют множество  периодов однократного превышения сил дождя, ;
- формируют множество , . Одним из вариантов развития является вариант, когда . Вторым вариантом, когда , где  и  - константы;
- формируют множество климатических констант , . Одним из вариантов развития является вариант, когда  На фиг. 5 в качестве примера позицией 7 показаны значения  в зависимости от .
- определяют климатическую константу  = . На фиг. 5 в качестве примера позицией 8 показаны значения  в зависимости от  по зависимости , а позицией 9 - по зависимости .
На фиг. 5 для сравнения позицией 10 показаны значения  в зависимости от  полученные при условии, что выборку из n ливневых дождей формируют только из выборки АА. Из графика видно, что степень достоверности данных, полученных по предлагаемому изобретению не ниже, чем данных полученных по прототипу при сокращении продолжительности работ не менее, чем в 5 раз. Это доказывает его промышленную применимость.