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符合设计标准的暴雨量及其相应的时程分配和面分布。它是由雨量间接推算设计洪水的主要依据。根据洪水计算的要求，设计暴雨的分析内容有:设计点暴雨、设计面暴雨、暴雨时面深关系、设计暴雨雨型和分期设计暴雨等。在雨量资料较多，观测系列较长的地区，设计暴雨采用数理统计法推算;在雨量资料短缺的地区，可借助暴雨参数等值线图（参见暴雨等值线图）推算。
设计点暴雨
主要用于建立暴雨点面关系或直接用于推求小流域的设计暴雨。一般需给出各种历时的设计点暴雨量，以及相应的暴雨时程分配。设计点暴雨量首先统计各时段的年最大点雨量，再用水文频率计算法分析确定（参见水文频率曲线）。各时段最大点雨量，可用水文年鉴刊布的雨量观测记录进行统计。降雨历时超过3 d的最大雨量，可用日雨量表统计，3 d以下的可用分段或自记雨量资料统计。但应注意，用分段雨量资料求出的最大值，由于受时段内观测次数的限制，较自记雨量资料统计的数值偏小，偏小程度与时段内雨量观测次数有关;当两者相差较大时应进行修正。在城市给排水管道设计中，有时需要的是1年一遇或1年二遇等常遇标准的短历时设计点暴雨量;此时的样本系列多采用超定量法选取，即预先规定某个固定时段的雨量值，在几年实测资料中，将超过该量级的雨量组成一个新的样本系列，然后进行频率分析。超定量法选样中的频率PE与年最大值法选样中的频率P之间的关系，由周文德导出如下:
式中，m为用超定量法选样时平均每年选出的事件数，在n年中共有m×n个事件；e为自然对数的底。
对暴雨频率分析，中国统一采用皮尔逊Ⅲ型曲线。研究表明，对数正态分布曲线，在中国多数地区，也能与经验点据拟合较好。
设计面暴雨
对于暴雨面分布不均匀的流域，推算设计洪水需要先确定设计面暴雨量、暴雨的时程分配和面分布。通常采用的方法有:①流域内有足够的雨量资料时，可直接统计各种时段的面暴雨量资料系列，用频率计算方法确定设计面暴雨量，并选用本流域的大暴雨，进行典型放大，确定其相应的时程分配和面分布;②雨量资料短缺的地区，可用暴雨参数等值线图和暴雨时面深关系进行计算。
统计时段最大面雨量的常用方法有3种:①算术平均法，是雨量站分布比较均匀时常用的方法。每年在流域内选出一场或几场较大的实测暴雨，将各雨量站的降雨过程逐时或逐日的雨量相加，除以采用的雨量站个数，得出流域平均的降雨过程，再统计各时段的最大面雨量。②加权平均法，用于雨量站分布不均匀的流域。先确定各雨量站的权重系数，乘以各站的逐时或逐段降雨量，求出相应的权雨量，相加即为流域的平均降雨过程，再统计时段最大面雨量。计算雨量站权重系数常用蒂森法（见图）。将每相邻两个雨量站联线（如虚线所示）的垂直平分线（如实线所示），与流域分界线所包围的面积，作为各雨量站的代表面积，它与总面积之比即为该雨量站的权重系数。③等雨量线法。将同场暴雨各雨量站的逐时或逐段的雨量值点在流域图上，勾绘等雨量线图;用相邻两等雨量线所包围的面积，除以总流域面积，再乘以两条等雨深线的平均雨量，得出权雨量;将各块面积上的权雨量相加即可求出流域的平均降雨过程和相应的时段最大面雨量。当流域内雨量站较少，无法用上述方法计算面雨量时，可根据已知的设计点暴雨量，查用各地区综合的暴雨时面深关系，推求所需频率各种历时的最大面暴雨量。
用蒂森法推求面平均雨量示意图
用蒂森法推求面平均雨量示意图
分期设计暴雨
暴雨随季节有明显变化的地区，为了安全宣泄施工设计洪水、水库分期蓄水和调度运行的需要，应进行分期设计暴雨的分析。分析内容包括合理划分季节和进行频率分析等。常用的划分季节的方法有两种：①按暴雨成因划分季节，例如，中国东南沿海地区4～6月份为梅雨期，7～10月份为台风雨期，每年可选出两个最大值，组成梅雨和台风雨两组样本系列。②暴雨成因随季节的变化不明显，但暴雨量级却有较大差别的地区，可根据年最大暴雨在年内各月出现的频次，划分汛初、主要汛期、次要汛期、汛末等几个时期，但时段不宜过短，应使年最大值多数出现在主要汛期内。
分期暴雨系列频率计算成果，应符合不同成因暴雨特性的变化规律。例如，当分成A和B两组样本系列时，它们与年最大暴雨（Z）之间的频率组合关系，应满足概率相加定理，即设计暴雨量为Hp时，由A组频率曲线上查出的相应频率P（A≥Hp）和B组频率曲线上查出的P（B≥Hp）以及年最大值系列分析的频率曲线上查出的P（Z≥Hp）之间应满足
如果分期暴雨的频率曲线与年最大值频率曲线相交，则应进行合理的调整。