區(qū)域降水量變化特性分析

胡 濤 郭 林

（河南省平頂山水文水資源勘測局）

1 研究區(qū)域基本情況

文章以平頂山市全域為研究區(qū)域。平頂山市位于河南省中南部，現(xiàn)轄2市4縣4區(qū)（汝州市、舞鋼市、寶豐縣、葉縣、魯山縣、郟縣、新華區(qū)、湛河區(qū)、衛(wèi)東區(qū)、石龍區(qū)），全市土地總面積7 882 km2。該區(qū)域為河南西部山地和淮河平原的過渡地帶，呈西高東低走勢，階梯狀遞次降低，地貌類型比較復(fù)雜，其中山區(qū)面積1 025 km2、丘陵區(qū)面積4 965 km2、平原區(qū)面積1 892 km2。平頂山市處于北亞熱帶向暖溫帶的過渡帶，屬于大陸性季風氣候，冬季以偏北風為主，夏季以偏南風為主，秋季氣候溫和日照時間較長，冬季寒冷雨雪偏，降水主要集中在夏季。該區(qū)域?qū)儆诨春恿饔?，轄區(qū)內(nèi)河流眾多，分別屬于沙潁河水系和洪汝河水系，其中沙潁河水系在平頂山市范圍內(nèi)的流域面積為7 305 km2，占全市面積的92.70%，主要河流有甘江河、澧河、沙河和北汝河；洪汝河水系在平頂山市范圍內(nèi)的流域面積為577 km2，舞鋼市的絕大部分區(qū)域?qū)儆诤槿旰铀?，主要的河流有滾河、三里河。平頂山市地域位置特殊，地形地貌復(fù)雜，其中魯山縣西部和舞鋼市南部是河南省兩個暴雨中心。平頂山市歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過“75.8”、“82.7”、“91.5”、“2000.7”、“2004.7”等特大暴雨洪水，給沿岸及下游廣大地區(qū)造成了巨大的經(jīng)濟損失。

2 基本資料選擇及分析內(nèi)容

2.1 基本資料的選擇

樣本雨量站選擇觀測可靠、系列完整、面分布均勻并且能夠反映出區(qū)域地形變化影響的雨量站作為本次分析的依據(jù)站點。山丘區(qū)降雨量變化梯度比較大，因此在山丘區(qū)選擇的代表雨量站要多于平原區(qū)。分析在平頂山市共選取了代表雨量站39 個，平均站網(wǎng)密度為202 km2/站。按照水資源三級區(qū)劃分，王蚌區(qū)間北岸區(qū)選取代表雨量站34 個，王家壩以上北岸區(qū)選取代表雨量站5 個。所選取的雨量站降水量資料系列為1956-2010 年（55 a）同步期系列資料，對于實測資料不足55 a的進行了插補。插補采用直接移用鄰站資料法、年月降水量相關(guān)法和相鄰數(shù)站均值移用法，并考慮了參考站氣象、下墊面條件與插補站的一致性。

2.2 分析內(nèi)容

文章以流域三級區(qū)套行政四級區(qū)為基本分區(qū)。主要分析內(nèi)容包括平頂山市區(qū)域內(nèi)降水量基本觀測資料的收集、合理性分析和對缺測資料進行必要的插補和延長；統(tǒng)計參數(shù)的分析和確定，包括多年平均降水量、變差系數(shù)CV和偏差系數(shù)CS等；進行資料系列代表性分析，包括統(tǒng)計參數(shù)的穩(wěn)定性分析、長短系列統(tǒng)計參數(shù)的對比分析、長短系列不同年型的頻次分析以及連豐水年分析和連枯水年分析；降水量地區(qū)分布特點分析；降水量年內(nèi)分配和年際變化分析；以流域三級區(qū)套行政四級區(qū)作為面平均降水量基本計算單元，計算各分區(qū)平均降水量等。

3 降水量特性分析

3.1 連豐、連枯水年分析

從選用代表站豐水年、枯水年分析成果來看，各雨量站連續(xù)豐枯年數(shù)大多為2-4 a，極少數(shù)雨量站連豐、連枯年數(shù)達到5 a，例如：葉縣雨量站2003-2007 年連續(xù)5 a 為豐水年，滍陽雨量站1959-1963年連續(xù)5 a為枯水年。

根據(jù)統(tǒng)計，連續(xù)枯水的年數(shù)明顯多于連續(xù)豐水的年數(shù)。其中，滍陽站出現(xiàn)連豐年4次，每次為3 a，連枯年5次，最長達5 a；魯山站出現(xiàn)連豐年4次，每次為2 a，連枯年6次，最長達3 a；葉縣站出現(xiàn)連豐年7次，最長為5 a，連枯年6次，最長達3 a；寶豐站出現(xiàn)連豐年3 次，最長為3 a，連枯年6 次最長達3 a；郟縣站出現(xiàn)連豐年4次，每次為3 a，連枯年5次，最長達3 a；汝州站現(xiàn)連豐年3次，最長為3 a，連枯年5次，最長達4 a；石漫灘站現(xiàn)連豐年5次，最長為3 a，連枯年4次，最長達4 a。

3.2 降水量地區(qū)分布分析

區(qū)域降水量的大小與水汽的來源、水汽輸入量、天氣系統(tǒng)的活動情況、地形及地理位置等因素有關(guān)，其中地形對降水影響程度最大。平頂山市降水量的地區(qū)分布差異，主要是由于地形的差異所致，總體特點體現(xiàn)為降水量自南部向北部逐漸減少，同緯度的平原區(qū)域的降水量小于山丘區(qū)，山脈背風坡的降水量小于迎風坡。

樣本雨量站各站的多年平均降水量變幅多在712 ～1 329 mm之間，多年平均降水量自平項山市東南的魯山山區(qū)和市向東北平原逐漸減少。全市的多年平均降水量為821.10 mm，各地分布不均。其中，沙河上游南部山區(qū)、舞鋼市山丘區(qū)的降水量明顯較大，年均降水量＞900 mm，代表站主要有坪溝、雞冢、豹子溝、合莊、昭平臺、中湯、袁門、石漫灘、柏莊和尚店等；平項山市北部和東北部的北汝河沖積平原降水量較小，年均降水量＜700 m，代表站主要有臨汝鎮(zhèn)、汝州、韓店等。

3.3 降水量年內(nèi)分配分析

平頂山市降水量年內(nèi)分配特點表現(xiàn)為汛期特別是6-8 月降水非常集中，四季降水量分配不均勻，年內(nèi)各月份之間降水量差異比較大等。

汛期（6-9 月）降水集中，全市多年平均汛期降水量為400～700 m，汎期4個月時降水占全年的42.60%～86.80%。王蚌區(qū)間北岸區(qū)多年平均汛期降水量為522 m，王家壩以上北岸區(qū)多年平均汛期降水量為614.70 mm。降水集中程度自中部的平原區(qū)向丘陵、山區(qū)逐漸增加。其中王蚌區(qū)間北岸區(qū)集中程度達到64%，王家壩以上北岸區(qū)集中程度為的60.40%。

夏季6-8 月降水最多，全市降水量為250～550 m，集中了全年降水量的40%～65%。王蚌區(qū)間北岸區(qū)降水集中程度比較高，王家壩以上北岸區(qū)稍少，分別為53.10%、50.50%。春季3-5 月全市降水量100～250 m，占年降水量的11%～30%，地區(qū)之間降水集中程度差別不大，占年降水量的21%左右。秋季9-11 月全市降水量大于春季和冬季，在100～250 mm 之間。王蚌區(qū)間北岸區(qū)秋季降水量稍大于春季，而王家以上北岸區(qū)秋季降水量稍小于春季，地區(qū)之間降水集中程度差別不大，占年降水量的21%左右。冬季12 至次年2 月降水最少，降水量在15～70 mm，自南往北呈遞減趨勢。

各雨量站年內(nèi)各月份之間降水量差異比較大，降水最大月與最小月相差懸殊。各雨量站多年平均降水量以7 月份降水最多，降水量在100～290 m，自西南和南部向北及東北降水量呈遞減狀態(tài)。各雨量站最小月降水多出現(xiàn)在1月份或12月份，降水量在5～20 mm 之間，同站最大月降水是最小月的9～40倍，其倍數(shù)呈由南向北遞增狀態(tài)。

3.4 降水量年際變化分析

由于季風氣候和天氣系統(tǒng)存在不穩(wěn)定性和多變性，造成平頂山市區(qū)域內(nèi)年際之間降水量差別很大，主要特點表現(xiàn)為降水量年際變化較為劇烈，最大與最小年降水量差值較大，年際間豐枯變化頻繁等。

平頂山市代表雨量站的最大與最小年降水量極值比均值為3.21，極值比最大的站為燕山雨量站，燕山雨量站1975年降水量為1 577.10 mm，1978年降水僅364.80 mm，年降水極值比達4.30。最大與最小年降水量的差值（即極值差），從絕對量上反映降水的年際變化。代表雨量站的極差均值為1 014.30 mm，極值差最大的站為沙穎河流域的坪溝站，1964 年降水2 426.60 mm，1960年降水689 mm，相差1 746.60 mm。

平頂山市多年降水量變差系數(shù)CV，一般為0.22～0.27。其中，王蚌區(qū)間北岸區(qū)CV 值為0.22 左右，該區(qū)域降水不是很豐沛，但是年際變化較為穩(wěn)定；王家壩以上北岸區(qū)CV值為0.27左右，降水較豐沛，但是年際變化幅度較大。

3.5 分區(qū)降水量計算

平頂山市多年平均降水量821.10 m，降水總量約為64.72億m2。其中，王蚌區(qū)間北岸區(qū)多年平均年降水量807.30 m，降水總量約為58.97億m3；王家壩以上北岸區(qū)多年平均年降水量995.40 mm，降水總量約為5.75億m3，是平頂山市轄區(qū)內(nèi)降水量最為豐富的地區(qū)。

平頂山市多年平均降水量自東南部的魯山山區(qū)和舞鋼市向東北平原逐漸遞減，各地域分布不均。多年平均降水量的變化幅度一般在666.50 mm到1 000 mm之間。其中，高于全市平均水平821.10 mm的區(qū)域有葉縣、魯山縣、舞鋼市，降水量分別為865.80、920.10、989 mm；低于全市平均水平的區(qū)域有市區(qū)（包括新華、湛河和衛(wèi)東區(qū)）、石龍區(qū)、寶豐縣、郟縣和汝州市，降水量分別為763.10、790.70、747.70、703.70 和66.50 mm。降水量最多的是舞鋼市，為98 mm，偏高20.49%。降水量最小的是汝州市，僅為666.50 m，偏低18.80%。分區(qū)降水量成果符合山丘區(qū)降水量大，平原區(qū)降水量較小的一般分布規(guī)律。

4 結(jié) 語

降水量變化特性分析是水文特性分析的基礎(chǔ)工作，摸清區(qū)域內(nèi)降水分布情況、豐枯水年變化特征、降水年內(nèi)分配情況以及降水年際變化等特性，可以為該區(qū)域開展防汛抗旱減災(zāi)工作提供汛旱情趨勢預(yù)測，為水利工程調(diào)度提供參考依據(jù)，為摸清區(qū)域內(nèi)水資源狀況提供成果保障，為區(qū)域水資源優(yōu)化配置、節(jié)約用水、供水調(diào)度等提供科學(xué)基礎(chǔ)，對該區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展、社會安定團結(jié)以及人民生命財產(chǎn)安全都意義深重。