北京暴雨资料系列延长后影响分析

臧 敏，王亚娟，徐小伟，王材源

（北京市水文总站，100089，北京）

一、背景介绍

《北京市水文手册—暴雨图集》1999年投入使用，多年来广泛应用于北京市规划、水利、市政等各部门，在工程设计及管理上发挥了很大作用。由于手册中暴雨资料系列截止时间为1996年，在此后的16年里，北京地区的气象、地理、水文等特性发生了一些变化，降水经历了丰枯交替的小周期，有必要对系列进行延长。

1999—2011年北京经历了长达13年的干旱年份，在此期间，虽然总体干旱，但局部高强度的极端降雨天气几乎年年出现，部分站点出现了历史极值。据统计，2004—2011年期间北京市出现1 h降雨超过70 mm的次数共有42次。2012年还遭遇了新中国成立以来最严重的特大暴雨自然灾害，多个雨量站、水文站均刷新历史极值。

1997年以来的16年中，随着首都城市化进程的快速推进，城市不透水面积大大增加，平均径流系数由0.49增加至0.56；平原地下水水位大幅度下降，全市平原区地下水埋深由1996年末的10.36 m降至2012年末的24.27 m，地下水水位下降了13.91 m；流域下垫面条件和水文特征发生了明显变化，一方面城市热岛效应明显，局部极端暴雨天气时有发生，雨型发生一定变化；另一方面城市径流系数加大，山区和平原河道径流系数减小，使洪水的洪峰流量、洪量和峰型发生了变化。因此，在现有水文成果的基础上，增加后16年暴雨资料进行暴雨频率计算，分析变化幅度，对于服务防汛指挥决策、指导城市排洪规划等工作有一定借鉴意义。

二、暴雨频率对比分析

1.重现期计算

图1 最大1 h降水量均值X对比图

图2 最大6h降水量均值X对比图

图3 最大24 h降水量均值X对比图

本次暴雨频率计算采用年最大值法，系列为起始年份至2012年，选取松林闸、通县、房山、黄村、怀柔、密云等16个雨量站，对最大1 h、6 h、24 h三个不同降雨历时进行频率分析计算,理论曲线选取P-Ⅲ型曲线，统计参数包括均值、离差系数Cv、偏差系数Cs，利用矩法进行参数估计，适线时选定Cs=3.5Cv，计算成果与原系列（起始年份—1996 年）进行比对（图1、2、3）。

通过均值比较看出，最大1 h降水量均值有增有减，数值相差不大，说明北京地区极端降雨天气时常出现，局地暴雨强度大、时空分布不均的特点没有变，但最大24 h降水量均值较原成果普遍偏小,但相差不大，减小基本在10%以内。

通过频率计算看出，重现期越大，所对应的降水量值较原成果差值越大（如50年一遇、100年一遇）。计算结果反映出历时越长，所对应的降水量值较原成果差值越大（如最大6h、24 h），其中最大24 h降水量计算结果中，发生100年一遇降水时，较原成果相差约20%（对应值约为 50 mm），斋堂降水量差值最大，达到138.7 mm，较原成果减小44%，延庆降水量差值最小，为13.9 mm，较原成果减小7%。

另外，新出现的排位前三的特征值大幅度增加，其中发生在新增系列年份中（1997年以后）的特征极值所占比例分别为 31.3%（1 h）、18.8%（6 h）、31.3%（24 h）， 可见近年来暴雨过程较为典型，暴雨特征较为明显。

2.典型分析

将2012 年“7·21”特大暴雨提取三个不同降雨历时，用不同的降水系列对其重现期进行分析，相同的降水量在不同降水系列中重现期是有差异的，其中降雨历时为1h、6h，结论相差不大；而当降雨历时为24h时，按系列延长至2012年的重现期明显高于原计算成果，两者基本相差一个量级（表1）。

三、分析结论与建议

从水文统计学角度讲，水文实测资料一般系列越长代表性越好。1997—2012年的16年中，极端天气年年发生，短时暴雨过程增多趋势明显，增加暴雨资料后所计算出的暴雨频率结果，显然较原成果更科学、更合理。从全市16个相关典型雨量站点的频率计算成果分析来看，延长至2012年的系列计算降水量值比原1996年系列计算值普遍偏小，其中24 h变幅较大，重现期基本超出一个量级，总体趋势是相同降雨量时重现期较原成果偏大，不同重现期对应降水量值较原成果偏小。涉及洪水修订计算结论也相互匹配，不同重现期对应洪水量值较原成果偏小。究其原因是近16年大多为枯水年份，短历时、高强度的极端天气时常出现，1 h、6 h降水强度基本处于多年平均水平，但场次过程降水总量并不大，远不及历史水平，用年最大值法挑选的极值73%位于均值以下，导致频率曲线计算参数均值、Cv值偏小，重现期偏大。

表1 2012 年“7·21”暴雨重现期对比表（24 h）

鉴于暴雨资料系列延长后重现期有所变化，建议如下：

①综合考虑到未来几年北京降水形势起伏不定，旱中有涝、旱涝急转已成常态化的趋势，建议可以先期立项研究系列延长以及下垫面变化带来的影响，修订资料，开展评价分析。待综合考虑未来几年降水丰枯实际情况后，再着手开展《北京市水文手册》中关于暴雨和洪水的修订工作。

②从近年暴雨的实际情况出发，暴雨呈现来势猛、历时短、灾害大的特点，对于防汛指挥抢险工作，应当本着提前防范的原则开展相关工作，而系列延长后的暴雨频率计算成果满足了防汛工作提前准备的要求，建议在当前高标准防汛指挥决策时，可以采用延长后的成果，即在发生强降雨天气时，防汛应急工作启动时机较原标准前置，人员转移等应急响应措施提前实施。

③对于正在规划设计的水利工程，通过本频率计算成果及历史洪水过程，设计流量普遍偏小，水利工程量级造价较原设计值将偏少，工程防洪安全系数富余值也将偏少，建议按原成果进行设计计算，以确保防洪安全。

[1]北京市水务局.北京市水文手册—暴雨图集[S].1996.