青島市暴雨統(tǒng)計參數特征與規(guī)律研究分析

盛茂剛 鄭志國 王 霞

一、前言

青島市地處山東半島南部，地形特點是東高西低，南北兩側隆起、中間低陷。全市多年平均降水量688.2mm，降水量年內分配不均，年降水量的70%集中在6～9月份，汛期降水又主要集中在7～8月的幾次暴雨中。因此，暴雨是青島市降水的主要來源，同時也是洪水形成的主要原因。

青島市多年來的防汛、流域規(guī)劃和水利工程設計運行一直采用的是1975年版《山東省水文圖集》中的有關暴雨圖表和參數。隨著時間推移，其中的圖表和參數已遠遠不能滿足當前國民經濟各部門的需要。當時分析所采用的資料是截止到1970年，這40多年中，水文規(guī)律發(fā)生了很大變化。青島市出現了1981～1984年的連續(xù)枯水年，也出現了1997年有水文記錄以來平均降雨量最大的一場暴雨，還有2001年8月1日嶗山地區(qū)的特大暴雨洪水等雨情、水情。為滿足青島市防汛、流域規(guī)劃和水利工程設計運行的需要，對區(qū)域內暴雨統(tǒng)計參數特征及規(guī)律進行分析研究十分必要。

二、資料與分析方法

1.資料

全面搜集青島地區(qū)曾有過的全部87個雨量站及鄰區(qū)14個雨量站的雨量資料，時間系列為1952～2006年，進行資料系列的三性分析，并對部分雨量站中個別年份缺失資料的情況進行了差補延長。全部暴雨統(tǒng)計數據為22768站年。與此同時，在全面搜集雨量資料的基礎上，為了確保繪制等值線圖的資料一致性，雨量站觀測年數不應小于30年。對于大于20年小于30年的特征量一般不予采用，若該站觀測年限處于本地區(qū)降水量偏豐時期（20世紀50年代、60年代豐水期或1997年、1999年、2001年、2006年有較集中暴雨期），則實測最大點雨量可以采用。本次研究中參加統(tǒng)計參數計算的測站共89站（青島地區(qū)76站，鄰區(qū)13站），占全部101站的88%，參加統(tǒng)計參數計算的資料量共計21754站年，占全部統(tǒng)計資料的95.5%。

2.分析方法

本次分析各歷時點雨量均采用“年最大值法”獨立選樣。共選用最大10min～3d時段7種歷時暴雨，站網密度分別為 426、180、133、118、118、118、118km2/站；暴雨資料分別為 870、2255、3156、3852、3836、3908、3877站年。總的來說，本次分析所選雨量站具有較好的空間代表性，暴雨資料具有較好的系列代表性。通過對歷時不同統(tǒng)計參數進行計算，將計算結果繪制于地形圖上，形成了一套完整的青島市暴雨統(tǒng)計參數圖表成果。該套成果包含7種歷時、3種參數類型圖表，具體內容如下：

（1）7種歷時：10min、60min、2h、6h、12h、24h、3d。

（2）3種參數類型成果：均值等值線圖、均值變差系數等值線圖、百年一遇點雨量等值線圖。

暴雨統(tǒng)計參數的估算，采用皮爾遜Ⅲ型頻率曲線程序統(tǒng)一計算，均值采用算術平均值，Cs/Cv值按山東省統(tǒng)一規(guī)定取3.5，Cv值以皮爾遜Ⅲ頻率曲線程序目估適線可得；等值線的繪制利用地理信息系統(tǒng)軟件Arcgis9.3中空間差值分析功能其中的一種反距離權重插值法（Inverse DistanceWeighting）為依據，做出降水量、變差系數等值線圖。

三、研究成果

1.各歷時暴雨統(tǒng)計參數特征表

在充分研究和選取雨量站及雨量資料的基礎上，對各歷時暴雨的最大點雨量、均值、均值變差系數和百年一遇點雨量進行統(tǒng)計計算，結果見表1。

通過表1看出，隨著歷時的增加，最大點雨量值、均值、百年一遇點雨量值也在增加，而且均值和百年一遇點雨量值的變化幅度也在增加；變差系數的變化不是特別明顯，變化幅度較小。

2.各歷時暴雨統(tǒng)計參數特征圖

將各歷時暴雨統(tǒng)計參數的計算結果繪制于地形圖上，形成了不同歷時點雨量均值等值線圖、均值變差系數等值線圖和百年一遇點雨量等值線圖。從各歷時最大點雨量均值等值線分布看，短歷時雨量的地理分布變化較緩，地形影響較小；長歷時暴雨受地形影響明顯，東南向西北變化逐步顯現。均值變差系數隨歷時的變化幅度較小，符合地理分布的基本特征。實測最大點雨量大體上與均值具有相似的空間分布趨勢，均值變差系數大的地區(qū)極值一般也比較大。百年一遇點雨量的分布與實測最大點雨量地理分布相似，總體特點是均值較大和均值變差系數較大的地區(qū)百年一遇雨量也比較高。從區(qū)域分布看，嶗山地區(qū)不僅是各種歷時暴雨的高值中心，變差系數也是較大區(qū)域，這與其特殊的地理位置相符。

表1 各歷時暴雨統(tǒng)計參數特征表

3.暴雨時空變化規(guī)律分析

（1）暴雨時間變化規(guī)律

本次研究對最大 6h、12h、24h、3d降雨量年際變化做了分析。這4種歷時降雨資料系列比較長，可靠性和代表性比較好，而且能夠反映短歷時降雨和次降雨的變化規(guī)律。

在分析過程中，選用小荊蘭莊、北昌村、南墅、嵐西頭、紅旗、膠南、即墨、嶗山水庫、青島9個雨量站453站年資料，這幾個站所處地理位置也能夠很好地反應青島市不同地區(qū)的降雨量特點。此外，在分析過程中，將降雨時段劃分為20世紀60年代以前（即1969年以前）、70年代（1970～1979年）、80年代（1980～1989年）、90年代（1980～1989年）、2000～2006年，由于青島市大部分雨量站建站時期為20世紀50或60年代，降水資料不充分，由于這兩個時期都處于豐水期，因此合為一個時段。

從圖1可以看出，20世紀60、70、90年代以及近幾年各歷時最大降雨量維持在平均值附近，80年代各歷時最大降雨量低于其他幾個時段，這也與實際情況符合，80年代為青島市的枯水年代。雖然90年代及近幾年各歷時最大降雨量沒有很大變化，但是每年發(fā)生災害性暴雨的可能性增大，從各歷時最大點雨量發(fā)生的時間看（見表1），除最大60min點雨量發(fā)生在60年代外，其他歷時的最大點雨量均發(fā)生在近二十年，特別是近幾年，如2006年8月26日，在即墨王村出現了有記錄以來最大的6h特大暴雨，降雨量達到434mm。

（2）暴雨空間變化規(guī)律

青島市地處沿海，地形復雜，而地形對暴雨有重要影響。根據地形和地理位置的不同，把青島市劃分為以下幾個區(qū)：膠北低山、丘陵區(qū)，包括青島市北部的平度、萊西兩市的北部低山丘陵區(qū)，該區(qū)地勢復雜，有比較著名的大澤山，海拔相對高度100～200m。中部膠萊平原區(qū)，位于萊西、平度、即墨、膠州四市之間的平原、洼地，包括在青島市的整個膠萊平原，含膠萊河谷平原、姜山大洼和即墨西北平原等。東南沿海中低山丘陵區(qū)，處于青島東南部，面臨黃海，全區(qū)地貌以低山丘陵為主，北部以嶗山為主峰，南部以小珠山、鐵橛山、靈山為低山，其他為丘陵和山前平原。

總體上看，膠北低山、丘陵區(qū)由于位于內陸地區(qū)，降水量相對較少，但是受大澤山和萊西北部山地影響，會出現暴雨中心；而東南沿海中低山丘陵區(qū)由于水汽充足，再加上受山地地形影響，是降水量相對較高的區(qū)域，嶗山地區(qū)更是各種歷時暴雨的高值區(qū)。中部平原區(qū)地勢比較低、平緩，很難形成暴雨中心，降水量相對也比較少。青島市各歷時暴雨統(tǒng)計參數等值線從總體上看，為由東南沿海向西北內陸遞減。分地區(qū)看為膠北低山、丘陵區(qū)從北向南遞減；東南沿海中低山丘陵區(qū)的嶗山區(qū)從東向西遞減，而西南鐵橛山、珠山區(qū)則從南向北遞減。暴雨統(tǒng)計參數等值線走向、梯度、數值與地形變化相符合。

四、結語

青島市雨量資料翔實，流量資料較少，而暴雨是形成青島市洪水的主要原因，因此本研究成果在有流量資料、無流量資料和流量資料短缺條件下均可應用，特別是在無資料和資料缺乏地區(qū)的工程規(guī)劃和設計中有著廣闊的應用前景。

研究成果可以作為水利、鐵路、公路、廠礦、電站、機場、城市防洪與排澇等工程規(guī)劃、設計、審查的重要水文依據，具有廣泛的應用價值和顯著的社會經濟效益