鶴壁市區(qū)域內(nèi)降水量情況分析

郭安強(qiáng)

(河南省鶴壁水文水資源勘測局，河南 鶴壁 458030)

1 前言

鶴壁市地處河南省北部，位于太行山東麓向華北平原過渡地帶。地理坐標(biāo)東經(jīng)113°59′～114°45′，北緯35°26′～36°02′；南北長67 km，東西寬69 km。南與新鄉(xiāng)市毗鄰，東與滑縣相連，西北與安陽市接壤。京廣高鐵、京廣鐵路、京港澳高速公路、107國道和9條省道縱橫穿越全境。全市總面積2 182 km2，其中市區(qū)面積513 km2，總耕地9.60×104hm2，轄?？h、淇縣、淇濱區(qū)、山城區(qū)、鶴山區(qū)5個行政區(qū)。

鶴壁市屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，受地理位置及地形影響，四季分明，冬季寒冷，夏季酷熱，寒暑期長，溫季較短，氣溫變化較大。夏季多偏南風(fēng)，冬季多偏北風(fēng)，常年主導(dǎo)風(fēng)為東北風(fēng)。多年平均氣溫14.20℃，極端最高氣溫42.30℃，極端最低氣溫-15.50℃。降水量年際相差懸殊，年內(nèi)分配不均，每年降雨主要集中在6、7、8、9四個月，占全年降水量70%以上，多年平均降水量616.11 mm，最大年降水量1 626.90 mm，最小年降水量239.60 mm。多年平均水面蒸發(fā)量1 025.60 mm，蒸發(fā)大于降水，屬偏干旱區(qū)，平均相對濕度59%，全年無霜期225 d。

大氣降水是地表水和地下水的補(bǔ)給來源，一個區(qū)域的降水量的多寡基本上反映了該區(qū)域水資源的豐枯狀況。

第三次全國水資源調(diào)查評價系列為1956—2016年，文章對降水量的分析評價系列與第三次水資源調(diào)查評價一致。

2 鶴壁市雨量站情況

鶴壁市水文系統(tǒng)現(xiàn)有各類雨量觀測站點82處，其中整編雨量站(在水文年鑒刊印)14處，自動遙測雨量站點68處。整編雨量站大都設(shè)立于20世紀(jì)五六十年代，至今已積累了50a以上的長系列降水資料，自動遙測雨量站從2006年國家防汛指揮系統(tǒng)工程開始建設(shè)，至2016年已建成68處。鶴壁市水文系統(tǒng)整編雨量站見表1。

表1 鶴壁市水文系統(tǒng)整編雨量站一覽表

3 雨量站的選取情況

①選用的雨量觀測站，其資料質(zhì)量較好、系列較長、面上分布較均勻。在降水量變化梯度大的地區(qū)，選用的站要適當(dāng)加密，同時應(yīng)滿足分區(qū)計算的要求。②采用的降水資料應(yīng)為經(jīng)過整編和審查的成果。③計算分區(qū)降水量和分析其空間分布特征，應(yīng)采用同步資料系列；而分析降水的時間變化規(guī)律，應(yīng)采用盡可能長的資料系列。④資料系列長度的選定，既要考慮評價區(qū)大多數(shù)測站觀測年數(shù)，避免過多地插補(bǔ)延長，又要兼顧系列的代表性和一致性，并做到降水系列與徑流系列同步。⑤選定的資料系列如有缺測和不足的年、月降水量，應(yīng)根據(jù)具體情況采用多種方法插補(bǔ)延長，經(jīng)合理性分析后確定采用值。

根據(jù)以上雨量站選取原則，評價選取鶴壁市區(qū)域內(nèi)及新鄉(xiāng)、安陽水文系統(tǒng)雨量觀測站點及?？h氣象站雨量資料，共計13處。

4 多年平均降水量分析計算

由于所選雨量站地理分布不均勻，西部山區(qū)降水量變化梯度相對較大，雨量站點也較密，東部平原區(qū)降水量梯度變化較小，所選用的雨量站點相對也較稀疏，故本次平均降水量計算，均采用泰森多邊形法。

泰森多邊形法又叫垂直平分法，主要用于雨量站布設(shè)不均勻，或者有些布設(shè)位于區(qū)域的邊界上，顯然用算術(shù)平均法不合理，此法計算公式如下：

(1)

式中：pi為第i分區(qū)的逐年年降水量，mm；ai為第i分區(qū)的面積，km2；A為計算分區(qū)總面積，km2。

全市多年平均降水量的計算是在各縣(區(qū))平均降水量的基礎(chǔ)上，以各縣(區(qū))面積為權(quán)重來進(jìn)行計算，時段選用1956—2016年、1956—2000年及1980—2016年3個不同時段。鶴山區(qū)、山城區(qū)均屬山丘區(qū)，浚縣均屬平原區(qū)，淇濱區(qū)和淇縣境內(nèi)既有山丘區(qū)又有平原區(qū)。各縣區(qū)及流域分區(qū)不同時段多年平均降水量計算結(jié)果見表2。

表2 各縣區(qū)及流域分區(qū)不同時段多年平均降水量表

續(xù)表

5 降水量情況分析

從表2中可以看出，鶴壁市全境多年(1956—2016)平均降水量為616.11 mm，合13.44億m3。全境漳衛(wèi)河山區(qū)降水量大于漳衛(wèi)河平原降水量，其中漳衛(wèi)河山區(qū)平均為649.66 mm，其中淇縣漳衛(wèi)河山區(qū)的多年平均降水量最大，為666.38 mm；淇濱區(qū)次之，為657.09 mm；山城區(qū)最小，為608.42 mm。全境漳衛(wèi)河平原為604.41 mm，其中淇濱區(qū)最大，為634.60 mm，?？h最小，為591.57 mm。

5.1 不同頻率年降水量分析

水文現(xiàn)象和其它的自然現(xiàn)象一樣，在它本身發(fā)生、發(fā)展和演變的過程中，包含著必然的一面，也包含著隨機(jī)性的一面。有的年份大，有的年份小，其變化規(guī)律符合P-Ⅲ分布規(guī)律。

境內(nèi)共選取鶴壁、盤石頭、新村、前嘴、朝歌及淇門共6個雨量站進(jìn)行頻率計算，資料系列為1956—2016年，成果見表3。

表3 鶴壁市境內(nèi)典型雨量站1956—2016年不同頻率年降水量分析成果表

5.2 降水量時空分布特征

根據(jù)此次評價所選取的雨量站資料，繪制鶴壁市多年平均年降水量等值線圖，如圖1。

圖1 鶴壁市多年平均降水量等值線圖(1956—2016年)

從圖1可以看出，鶴壁市年降水量的區(qū)域分布很不均勻，總體上是由東向西呈遞增趨勢。東部?？h平原區(qū)年降水量梯度變化比較平緩，西部山丘區(qū)年降水量梯度變化比較大，其中淇縣前嘴雨量站為降水量高值區(qū)，多年平均年降水量為710.70 mm，山丘區(qū)降雨量以前嘴為中心分別向北和向南遞減，前嘴到塔崗方向變化劇烈，前嘴到小南海方向變化相對平緩。

采用年降水量變差系數(shù)Cv和最大年降水量與最小年降水量比值來分析鶴壁市降水量的年際變化特征。利用本次評價所用雨量站1956—2016年降水量系列資料，計算確定年降水量統(tǒng)計參數(shù)Cv，并繪制出同步期的年降水量變差系數(shù)Cv等值線圖，見圖2。

圖2 鶴壁市多年平均降水量變差系數(shù)Cv等值線圖(1956—2016年)

5.3 降水量的豐枯變化分析

(2)

圖3 鶴壁站年降水量距平曲線圖

圖4 鶴壁站年降水量差積曲線圖

從如圖3～4這兩個典型雨量站降水量距平曲線和差積曲線的變化趨勢可以看出，鶴壁市20世紀(jì)50、60、70年代，降水量總體上偏豐，進(jìn)入20世紀(jì)80、90年代和21新世紀(jì)后，降水量明顯偏小。

從圖3和圖4可以看出，鶴壁雨量站1956—1964年總趨勢年降水量比多年均值多，為豐水年；1965—1985年，總的來說，降水與均值相比，雖然中間有幾年降水偏少，但大多年份與均值相比基本持平，這一時期，該站降水基本持平穩(wěn)狀態(tài)。1985—2016年，該站降水大多年份低于多年平均。