水資源公報(bào)編制有關(guān)降水量分析計(jì)算及降雨等值線繪制

李 莉

(陜西省水文水資源勘測(cè)中心，陜西 西安 710100)

發(fā)布水資源公報(bào)是推動(dòng)水資源有效利用和綜合規(guī)劃與水資源生態(tài)保護(hù)強(qiáng)化水資源管理的一項(xiàng)重要性工作。所提供的信息，是各級(jí)政府決策和有關(guān)部門工作的重要依據(jù)；降雨量分析計(jì)算與等值線繪制是編制水資源綜合規(guī)劃和水中長(zhǎng)期供求規(guī)劃的基礎(chǔ)。

1 降水量分析基本要求

1)根據(jù)《水資源公報(bào)編制規(guī)程》(GB/T 23598-2009)的統(tǒng)一要求，并結(jié)合《水資源評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL/T 238-1999)編制。

2)水資源分析應(yīng)按照統(tǒng)一的分區(qū)進(jìn)行，全國(guó)一般按照水資源三級(jí)區(qū)套行政區(qū)，陜西省一般按水資源四級(jí)區(qū)套地級(jí)行政區(qū)為計(jì)算分區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“計(jì)算分區(qū)”)，計(jì)算降水量。

3)降水量分析工作底圖應(yīng)采用適當(dāng)比例尺的國(guó)家正式出版的地形圖。應(yīng)選擇明確、清楚、有經(jīng)緯度且能有平地、坡地、平原等的地形圖作為工作底圖為參考圖層。

4)涉及的降水量多年平均值統(tǒng)一采用1956年～2000年系列的平均值。

2 資料收集、插補(bǔ)及可行性審查

1)在降水量的分析計(jì)算中，主要收集了以下資料：

①雨量站：分析區(qū)域及周邊雨量站基本情況和年月降水量資料。收集陜西、黃河委、長(zhǎng)江委及鄰近周邊省區(qū)水文部門的雨量站年降水量資料。

②氣象站：區(qū)域氣象站基本情況和年月降水量資料。

③自然地理及水資源評(píng)價(jià)資料：主要有《陜西省自然地理》以及有關(guān)地質(zhì)、地貌、氣候、植被和土壤等研究報(bào)告，陜西省水資源評(píng)價(jià)資料等。

2)有關(guān)資料的插補(bǔ)

插補(bǔ)是對(duì)年月降水量中缺測(cè)的月值應(yīng)作出估算，使其達(dá)到年統(tǒng)計(jì)要求。水文部門現(xiàn)有雨量觀測(cè)站、雨量站點(diǎn)，其中少部分站的個(gè)別月份由于種種原因，缺測(cè)或觀測(cè)質(zhì)量存在問題。因此，需要對(duì)其作插補(bǔ)，插補(bǔ)方法為：

①測(cè)枯季月雨量的站，一般采用自然地理和氣候條件相近的附近一站或者數(shù)站的同月降水量及月降水量的均值代替。一年中，缺測(cè)月份在半年以下的，先插補(bǔ)月雨量，再計(jì)算年雨量；缺測(cè)月份在半年以上的只插補(bǔ)年雨量。

②降水地域性分布規(guī)律比較明顯的秦嶺北麓，采用繪制降水量等值線圖內(nèi)插法插補(bǔ)缺測(cè)站的年降水量。

3)降雨量資料的可行性審查

認(rèn)真校對(duì)選用降雨量數(shù)據(jù)資料，對(duì)數(shù)據(jù)的來源、數(shù)據(jù)質(zhì)量及數(shù)據(jù)相關(guān)情況應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注。與鄰近站的資料進(jìn)行對(duì)比，由于大多數(shù)為委托雨量站點(diǎn)，有些站觀測(cè)質(zhì)量存在問題；或由于雨量站點(diǎn)雨量計(jì)(筒)位置設(shè)置存在問題，如不在空曠地點(diǎn)，降水有房屋或樹木遮擋；雨量站點(diǎn)設(shè)置在窄狹的山谷，比周圍的地形高程低等。這些雨量站點(diǎn)年降水量大多小于臨近雨量站的年降水量，歷年降水量系統(tǒng)偏小。因此，需要對(duì)區(qū)域雨量站的基本情況有充分的了解，從而掌握每個(gè)站點(diǎn)的代表性。對(duì)于這些雨量站點(diǎn)只能作為繪制年降水量等值線的輔助點(diǎn)據(jù)。

3 降水量分析計(jì)算

1)降水量分析計(jì)算的主要內(nèi)容

水資源公報(bào)涉及降水量數(shù)據(jù)分析計(jì)算工作主要包括年降水量計(jì)算、降雨等值線圖的繪制及年度降水量距平等值線圖的繪制、水資源分區(qū)降水量的分析計(jì)算、降水量區(qū)域分布情況分析等。與上年和多年平均降水量數(shù)據(jù)比較計(jì)算分析，表示降水量的地區(qū)分布特征及其與正常的差別，從而可以反映各地區(qū)降水量的動(dòng)態(tài)變化情況；可以選擇幾許雨量為代表站統(tǒng)計(jì)年代降水量，并可以與多年平均月分配降水量數(shù)據(jù)情況比較分析。

2)降水量的計(jì)算方法

通常雨量站觀測(cè)的降水量是一個(gè)點(diǎn)上單位降水量，代表測(cè)點(diǎn)周圍一個(gè)小區(qū)域的平均降水量。而對(duì)區(qū)域汛情豐枯的評(píng)估就需要掌握區(qū)域降水量。區(qū)域降水量需要由區(qū)域各點(diǎn)的降水量推算區(qū)域的平均降水量—面降雨量。面雨量是指某一特定的區(qū)域或流域平均降水的狀況。定義為單位面積上的降水量。

目前區(qū)域面降水量分析的計(jì)算方法主要有算術(shù)平均法、泰森多邊形法、等雨量線法(等值線法)、三角網(wǎng)坐標(biāo)法、高程加權(quán)法等。

(1)算術(shù)平均法：本方法可以忽略了各雨量站所能代表的流域范圍，為各站具有相同的面積權(quán)重和高程權(quán)重，因而取其算術(shù)平均值的計(jì)算結(jié)果分析。此方法能粗略代表區(qū)域平均降水量，計(jì)算簡(jiǎn)潔，工作量小。

(2)泰森多邊形法：又稱加權(quán)平均法或垂直平分法。本法的要點(diǎn)是求得流域各雨量站點(diǎn)的面積權(quán)重系數(shù)，用各站點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)乘以降水量即為流域平均降水量。公式為：

式中：Xi為雨量站i的時(shí)段降雨量，mm；fi為雨量站i的多邊形面積，km2；F為各多邊形面積之和，km2。

圖1 泰森多邊形(流域垂直平分多邊形)

各站面積權(quán)重系數(shù)采用將流域內(nèi)各相鄰測(cè)站用直線相連，作各連線的垂直平分線，把流域分為若干個(gè)多邊形，每個(gè)多邊形內(nèi)都有一個(gè)雨量站，因此我們可以計(jì)算求得每個(gè)多邊形的面積，流域總面積為A，則每個(gè)雨量站的權(quán)重fi為：

fi=ΔAi/Ai=1，2，3，……

此方法比算術(shù)平均法考慮了降水量在地區(qū)上的不均勻性，但雨量站設(shè)置密度將直接影響計(jì)算成果的精度，適應(yīng)于流域面積較小，雨量站設(shè)置密度大的區(qū)域計(jì)算分析。

(3)等雨量線法：表示雨量在地域上的分布情況。就是來繪制流域內(nèi)雨量相同站點(diǎn)的連線，從而反映雨量在地域中的分布情況及降雨變化特征。在繪制等雨量曲線時(shí)應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件以及自然界的地理?xiàng)l件特征對(duì)降水量的影響，也是本方法的明顯優(yōu)勢(shì)，從而適宜于雨量站點(diǎn)密集的大中型流域。

(4)高程加權(quán)法：降水量的多少與高程的變化是有一定的關(guān)系，有的地區(qū)表現(xiàn)為雨量隨高度的增加而增大，有的地區(qū)反映出雨量隨高度的增加而增大是有一定限度，降雨超過一定高度時(shí)又隨高度的增加而減少，降雨量遞增梯度的大小與地域、和水汽來源遠(yuǎn)近、緯度、山脈走向等多種因素都有關(guān)。所以本法適用于在于不同的高程設(shè)置足夠多雨量站區(qū)域。

(5)計(jì)算方法的選擇：以上各種方法對(duì)區(qū)域雨量站的布置有一定的要求，可以根據(jù)計(jì)算要求精度和雨量站布設(shè)情況來選擇計(jì)算方法。目前在全國(guó)水資源公報(bào)編制中絕大多數(shù)采用等雨量線量算法分析計(jì)算區(qū)域面降水量。

4 分區(qū)降水量的分析計(jì)算

4.1 計(jì)算分區(qū)

按照中華人民共和國(guó)《水資源公報(bào)編制規(guī)程》(GB/T 23598-2009)結(jié)合以往陜西省水資源開發(fā)利用規(guī)劃及水資源分區(qū)要求，按照水資源三級(jí)區(qū)套市級(jí)行政區(qū)對(duì)本省地市進(jìn)行分區(qū)，將全省分為最小單元分區(qū)。各地市最小單元分區(qū)可根據(jù)地市水管理部門要求確定。

4.2 分區(qū)降水量的分析計(jì)算及匯總

對(duì)繪制的某一年降水量等值線圖，以最小單元為分區(qū)采用降水量等值線法進(jìn)行降水量分析計(jì)算，然后按照各三級(jí)區(qū)所包含的最小單元作統(tǒng)計(jì)匯總，得到不同水資源分區(qū)和行政區(qū)的面降水量。

目前分區(qū)降水量的分析計(jì)算主要采用國(guó)家地理信息開發(fā)分析軟件和年降水量等值線量算等方法。陜西省一直采用年降水量等值線量算分析計(jì)算最小單元分區(qū)面降水量。

5 年降水量等值線(等雨量線)的繪制方法

(1)選擇資料質(zhì)量好、系列完整、地區(qū)上分布均勻且能反映地形或高程有變化的雨量站作為繪制等值線的主要點(diǎn)據(jù)繪制。一般在降水量變化梯度較大的山區(qū)應(yīng)盡多選取一些與兩個(gè)雨量站點(diǎn)，在降水量變化梯度較小的平原區(qū)應(yīng)注意考慮站點(diǎn)的均勻分布和代表性；在雨量點(diǎn)據(jù)稀疏的地區(qū)，可選用一些報(bào)汛雨量站或中小河流站點(diǎn)數(shù)據(jù)參考，通過插補(bǔ)處理后作為繪制雨量等值線的輔助點(diǎn)據(jù)繪制。

(2)勾繪等值線時(shí)，一方面根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的可靠性程度及代表性為主要參考依據(jù)，另一方面可以根據(jù)地理位置和地形、景象等因素綜合分析等值線的合理分布情況為參考依據(jù)，既要考慮各站的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，又要避免造成等值線過于蜿蜒或產(chǎn)生許多個(gè)小中心，為地輿、氣候規(guī)律所不能解釋的不合理現(xiàn)象。

(3)年降水量受緯度、距水汽來源以及地形地貌特征的綜合影響，年降水量在面上的變化比較復(fù)雜，山區(qū)等值線的勾繪，應(yīng)要考慮降水量隨地面高程變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但也不應(yīng)將等值線完全按等高線的走向勾繪；等值線必須與大尺度地形分水嶺走向大體相同，切忌橫穿山嶺。

(4)根據(jù)地理位置、地形、景象等自然因素，對(duì)降水量等值線的分布、走向、盤曲情況及高值區(qū)、低值區(qū)的位置應(yīng)該進(jìn)行合理性檢查。一般地理因素對(duì)年降水量影響的一般規(guī)律為：靠攏水汽來源的地方降水量要大于離開水汽來源的地方，山地要大于平原，迎風(fēng)坡要大于背風(fēng)坡。

(5)將繪制的等值線圖與以往編制的有關(guān)圖件進(jìn)行相比，對(duì)有明顯差異的地區(qū)要進(jìn)行分析產(chǎn)生的原因或做必要的修改。以反映降水量在地區(qū)上的分布變化規(guī)律和降雨趨勢(shì)。

(6)重點(diǎn)審查圖中比周圍降水量明顯偏小的站點(diǎn)降水量，凡點(diǎn)線差大于100 mm的雨量選用點(diǎn)據(jù)，應(yīng)從氣候和下墊面條件等方面的合理與否分析，合理者，繪制等值線時(shí)要予以考慮，否則舍棄不予考慮。

(7)從等值線圖上量算的面平均降水量與根據(jù)區(qū)域各雨量數(shù)據(jù)資料(雨量站點(diǎn)舍棄的除外)計(jì)算的面平均降水量誤差宜控制在±5%之內(nèi)，最大不能超過±10%。

6 計(jì)算降雨量成果的合理性分析

根據(jù)降雨量計(jì)算分析進(jìn)行不同計(jì)算方法的比較、等值線圖的比較、同時(shí)與徑流深的比較、與相鄰多年值比較，進(jìn)一步能反映降雨分布情況及水資源量變化趨勢(shì)情況。

7 結(jié)語

陜西省降雨量計(jì)算分析情況及數(shù)據(jù)給陜西省水資源公報(bào)生態(tài)保護(hù)提供了重要的有力數(shù)據(jù)支撐，為各級(jí)政府對(duì)水資源高質(zhì)量發(fā)展提供重要的依據(jù)，提高全民的節(jié)水、惜水、保護(hù)水資源意識(shí)，是發(fā)布水資源公報(bào)的主要宗旨。