河北省拒馬河山區(qū)降水特性分析

郭慶宏,朱 虹

(1.河北省水文水資源勘測局,河北石家莊 050031;2.河北省桃林口水庫管理局,河北盧龍 066004)

河北省拒馬河山區(qū)降水特性分析

郭慶宏1,朱 虹2

(1.河北省水文水資源勘測局,河北石家莊 050031;2.河北省桃林口水庫管理局,河北盧龍 066004)

介紹了河北省拒馬河山區(qū)概況,分析了降水形成影響因素、降水量系列代表性、多年平均降水量的時空分布規(guī)律以及分區(qū)降水量的年代變化。

拒馬河;降水量;特性

1 地理概況

拒馬河流域山區(qū)部分位于太行山迎風區(qū)北部,在北緯39°07′～39°58′和東經(jīng)114°28′～115°43′之間。北部連西北山間盆地和北京西山地區(qū),西部以山西省為鄰,南部與大清河南支山區(qū)相接,東部以100 m等高線為界。該流域的南北長約94 km,東西寬在28～106 km之間,面積為5 651 km2,占全省拒馬河面積的71.2%,占全省太行山迎風區(qū)面積的20.4%,占全省山區(qū)面積的4.9%。該流域處于太行山迎風區(qū),地形復雜多樣,河谷、丘陵和低中山相互交錯,對流域內(nèi)降水的地區(qū)分布影響顯著。

河北省拒馬河山區(qū)包括紫荊關以上山區(qū)、紫荊關與張坊區(qū)間河北山區(qū)、安各莊以上易水山區(qū)、安各莊以下易水山區(qū)。拒馬河山區(qū)發(fā)源于太行山深處河北省淶源縣境內(nèi),其源頭的泉水溫度常年保持在7℃左右,成為冬季北方最大的不結冰的河。

2 降水影響因素

2.1 氣候

河北省拒馬河山區(qū)屬暖溫帶大陸性季風氣候區(qū),年平均降水量大部分在500～670 mm之間。拒馬河山區(qū)降水量高值區(qū)在紫荊關、平頂山、水口、插箭嶺、安各莊水庫一帶,年平均降雨量大于600 mm;拒馬河山區(qū)的北部降水量較小,在500 mm左右。全區(qū)年平均氣溫大約9℃。1月份氣溫最低,月平均氣溫大約在-6℃; 7月份最熱,月平均氣溫大約24℃。全區(qū)年平均降水量568.3 mm,年日照大約2 700 h,無霜期130～140 d。冬季,受極地大陸氣團控制,氣候寒冷,雨雪稀少;春季,受變性大陸氣團影響,降水不多,由于偏北或偏西風盛行,蒸發(fā)量增大,往往形成干旱天氣;夏季,由于太平洋副熱帶高壓脊線北移,促使西南和東南洋面上暖濕氣流向本區(qū)輸送,成為主要降水季節(jié);秋季,東南季風減退,極地大陸氣團逐漸加強,逐漸變?yōu)榍锔邭馑纳儆昙竟?jié)[1]。位于北半球西太平洋地區(qū)的副熱帶高壓是一條穩(wěn)定少動的深厚暖性高壓,其活動具有短期變化、季節(jié)變化及多年變化的特點,同時與該區(qū)降水有著密切關系。每年6月中旬至7月上旬,副熱帶高壓脊線位于北緯20°～25°之間,其北緣的大雨帶隨之移至該區(qū),使該區(qū)進入汛期,常出現(xiàn)降水天氣。7月中下旬,副熱帶高壓脊線達北緯25°以北,雨帶也北移,受雨帶北移的影響,該區(qū)常出現(xiàn)暴雨天氣。7月下旬至8月上旬,副熱帶高壓脊線向北推到北緯30°,此時,該區(qū)大致處于副熱帶高壓西側,經(jīng)常受臺風、東蒙低渦、黃河氣旋等影響,也容易引起暴雨,因此,7月下旬至8月上旬是副熱帶高壓發(fā)展的強盛時期,也是該區(qū)天氣系統(tǒng)最活躍時期,其間區(qū)內(nèi)降水量最為集中。此期間,出現(xiàn)的暴雨不僅場次多,而且量級大,最易引起洪澇災害。如1963年8月上旬該區(qū)發(fā)生的特大暴雨,最大點雨量發(fā)生在大良崗站,24 h最大降水量達590.0 mm,72 h最大降水量達911.0 mm。

2.2 地形

拒馬河山區(qū)地形對降雨的影響比較明顯[2]。降雨量高值均發(fā)生在迎風坡地面坡度較陡的地方,降雨量在迎風區(qū)隨高程增加而增大,當?shù)竭_一定高度時,由于空氣中的水汽含量相對減少,降雨量則隨高程增加而減少。圖1為經(jīng)過暴雨中心作的高程與降雨量之間的關系。其剖面為西南-東北向。圖1反映出了拒馬河山區(qū)地形起伏變化對降雨量的影響。地形越高越陡,附近雨量就越大,反之,地形降低,雨量也隨之減少。雨量的增減與地形高低趨勢基本一致,即雨峰與河谷附近的山峰高度大體上相對應。

在拒馬河山區(qū),除氣候因素外,地形往往是降雨形成的主要影響因素,對于暴雨,地形影響更為顯著。

圖1 拒馬河西南—東北方向(經(jīng)暴雨中心)剖面

3 系列代表性分析

評價一個系列的代表性,不僅要看系列的長短,更重要的是看系列本身的豐枯結構和統(tǒng)計參數(shù)的相對穩(wěn)定程度。若在一個隨機系列中,有一個或幾個完整的豐枯周期,其中又包含長系列中的最大和最小值,統(tǒng)計參數(shù)均值H,Cv,Cs/Cv相對穩(wěn)定,則一般認為這個系列的代表性比較好[3]。

根據(jù)河北省拒馬河長系列雨量站的統(tǒng)計資料,在不同的分區(qū)內(nèi)共選擇降水資料系列在70年以上的站2處,分析計算長系列的均值與同步期1956～2008(53年)、1956～1979(24年)、1971～2008(38年)、1980～2008(29年)不同時段的均值之比(見表1),來判斷不同系列的代表性。由表1可見:53年系列的兩代表站均值H53與長系列均值Hn之比為0.97和0.99,其均值比長系列均值偏小2.3%;24年系列均值比長系列均值偏大7.2%;38年系列與29年系列均值比長系列均值分別偏小5.5%和10.1%。通過分析可以看出,采用1956～2008年系列的均值與長系列均值基本一致。

表1 長短系列均值對比

4 年降水量的計算與分析

4.1 水資源評價分區(qū)

在水資源評價分區(qū)的基礎上,根據(jù)河北省拒馬河流域水系,將拒馬河山區(qū)劃分為4個分區(qū)[4]。各分區(qū)名稱及面積見表2。

表2 拒馬河山區(qū)分區(qū)年降水量成果表

4.2 年降水量的計算與分析

流域各分區(qū)的年降水量采用網(wǎng)格法計算[5]。其方法是將計算區(qū)按經(jīng)緯度以一定間距劃分成網(wǎng)格,然后依據(jù)選用雨量站資料計算出網(wǎng)格節(jié)點的降水量,再求網(wǎng)格節(jié)點降水量的算術平均值即得分區(qū)降水量。計算中采用了所有常年站的降水量資料,計算結果見表2。經(jīng)計算,拒馬河山區(qū)多年平均降水量為568.3 mm(1956～2008年)。安各莊以下易水山區(qū)最大,為593.2 mm,安各莊以上易水山區(qū)次之,為653.4 mm;紫荊關、張坊區(qū)間河北山區(qū)最小,為543.5 mm。

4.3 分區(qū)降水量的年代變化

在拒馬河山區(qū)53年(1956～2008年)降水量系列中,20世紀50年代拒馬河處于豐水期,其余5個年代均處于平水期。50年代(1956～1959年)平均年降水量比53年系列的均值偏大39%;60年代(1960～1969年)平均降水量比53年系列的均值偏大5%;70年代(1970～1979年)平均降水量比53年系列的均值偏大3%;80年代(1980～1989年)平均降水量比53年系列的均值偏小9%;90年代(1990～2000年)平均降水量比53年系列的均值偏小2%;21世紀10年代(2000～2008年)平均降水量比53年系列的均值偏小13%。

由四級流域分區(qū)降水量年代變化可以看出,在山區(qū),50～60年代平均年降水量比53年系列的均值偏大49%～3%;70年代除安各莊以上易水山區(qū)的平均年降水量比53年系列的均值偏小2%外,其余3個區(qū)平均年降水量比53年系列的均值偏大5%～2%;80年代平均降水量比53年系列的均值偏小10%～6%;90年代平均降水量比53年系列的均值偏小4%～2%;21世紀10年代平均降水量比53年系列的均值偏小14%～12%。見圖2、表3。

圖2 拒馬河及山區(qū)平原降水量年代變化柱狀圖

表3 拒馬河山區(qū)各分區(qū)長短系列降水量均值對比

4.4 降水量分析成果的比較

拒馬河的第一次水資源評價所采用的系列為1956～1979年,第二次水資源評價所采用的系列為1956～2000年,本次分析所采用的系列為1956～2008年,各次評價、分析的成果見表4。由于本次分析所采用的系列(1956～2008年)加入了20世紀80年代的偏枯段,因此,山區(qū)多年平均降水量比第一次評價成果減少了8.7%,比第二次評價成果減少了2.4%。

表4 拒馬河山區(qū)年降水量評價成果對比表

5 降水量的時空變化

5.1 降水量的地區(qū)分布

拒馬河多年平均降水量的區(qū)域分布規(guī)律主要受氣候、地形等因素的影響。年降水量分布的總趨勢是由太行山迎風坡多雨區(qū)分別向西北和東南兩側減少。多雨中心在紫荊關、平頂山、水口、插箭嶺、安各莊水庫一帶,中心降水量在600 mm以上。其余14處雨量站年降水量在510 mm～590 mm之間。單站降水量以拒馬河的紫荊關為最大,多年平均降水量達666.8 mm,而趙家蓬站多年平均降水量最小,為514.3 mm。

5.2 降水量的年內(nèi)分配及多年變化

拒馬河山區(qū)降水量具有年內(nèi)分配非常集中,年際變化大、地區(qū)分布不均的特點。從8處雨量站多年平均最大4個月降水量占年降水量的百分數(shù)(見表5)可以看出,降水量集中在汛期(6～9月),占年降水量的80.6%～82.7%,非汛期8個月的降水量占年降水量的17.3%～19.4%。而汛期的降水量又主要集中在7、8兩個月,甚至更短時間之內(nèi)。

降水量受多變的氣象因素和固定的地形等因素的綜合影響,年際變化比較大。降水量年際變化的大小,可用變差系數(shù)或極值比(最大值與最小值之比)加以衡量。年降水量系列的Cv值越大,極值比越大,降水量年際變化越不均勻。拒馬河年降水量變差系數(shù)Cv值的范圍為0.25～0.36。

各雨量站實測最小年降水量在214.7～366.8 mm,如旺隆水庫站1972年降水量僅214.7 mm。實測最大年降水量相差也很懸殊,各雨量站實測最大年降水量在843.5～1 466.2 mm,水口站1963年降水量為1 466.2 mm。

表5 拒馬河山區(qū)代表站多年平均最大4個月降水量占年降水量的百分比

6 結語

①河北省拒馬河山區(qū)夏秋多雨,春冬季干旱,降雨年內(nèi)分配很不均勻,年際變化較大。

②拒馬河山區(qū)降水量年內(nèi)年際變化劇烈,水資源開發(fā)利用難度較大,造成豐水年洪水資源無法充分利用,枯水年徑流量很少,無法滿足區(qū)域水需求。

[1] 李素霞.河北省太行山迎風區(qū)降雨徑流特征[J].水文,2009,29(3):93-94.

[2] 河北省可能最大暴雨等值線圖編制小組.河北省暴雨特性初步分析[Z].1977.

[3] 李素霞,郎洪鋼.河北省年降水量系列代表性分析[J].海河水利,2004(5):43-45.

[4] 李曉春.保定市年徑流特性分析[J].河北工程技術高等?？茖W校學報,2009(2):39-41.

[5] 河北省水資源評價[R].河北省水利廳,2004.

(責任編輯:翟國靜)

Analysis of Precipitation Characteristics in Mountainous Area of Juma River Basin of Hebei Province

GUAO Qing-hong1,ZHU Hong2
(1.Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Hebei Province,050031,Shijiazhuang,Hebei,China; 2.Taolinkou Reservoir Management Office of Hebei Province,066004,Lulong,Hebei,China)

The paper introduces the situation of the mountainous area of Juma River basin of Hebei Province.It analyses the factors influencing precipitation,precipitation series representation,and the spatial and temporal distribution of years of average precipitation,and the era of partition precipitation changes.

Juma River;precipitation;characteristic

P426.6

A

1008-3782(2012)02-0001-04

2012-03-18

郭慶宏(1968-),男,河北省峰峰礦區(qū)人,河北省水文水資源勘測局高級工程師,主要從事水文科技工作。