辽宁中小河流致洪暴雨时空分布特征分析

（辽宁省辽阳水文局，辽宁辽阳111000）

辽宁中小河流致洪暴雨时空分布特征分析

刘启和

（辽宁省辽阳水文局，辽宁辽阳111000）

文中在系统分析辽宁省暴雨洪水特征的基础上，尝试对致洪暴雨阈值及其时空分布进行研究。为保证降雨径流的一致性，研究以辽宁省55个集水面积2 000 km2以下，受人类活动干扰较少的水文站为代表站，统计各站5年一遇洪水对应的3h、6h、12h、24h降水，分析各时段致洪雨量阈值，并对其时空分布规律进行研究。

中小河流；致洪暴雨，时空分布，辽宁省

1 暴雨洪水特征

气候条件是辽宁省洪水灾害频发主要原因。辽宁省属于季风性气候。冬季受西伯利亚-蒙古高压控制，盛行北风和西北风，降水量少；春季蒙古高压北撤，雨量略见增多；夏季西风带气旋频繁通过，加上热带风暴及台风频繁北上，携带大量水汽，在副高位置偏北、偏西情况下，常形成辽宁省大暴雨与特大暴雨；秋季副高南撤，转入少雨季节。造成辽宁省暴雨洪水的主要原因为副高加强北移、台风等[1]。

研究统计了辽宁省1951年以来较大规模的场次降水（最大单点降水不小200 mm，两场降水大于间隔6 h），分析辽宁省暴雨特征如下：①时间分布上，降水多集中在24 h之内。对于暴雨中心雨量点，最大12 h降水量占场次总降水量的70%以上；最大24 h降水量占场次总降水量的80%以上；②空间分布上，暴雨中心多位于东南、西南部地区。就水资源三级区统计，暴雨中心在沿黄渤海东部诸河区约占30%，浑江口以下区约占25%、沿黄渤海西部诸河区约占15%，其余各分区均在5%～7%左右。

辽宁省洪水呈与暴雨相似的特征，但有所差异，表现为：①空间分布上，东南沿海频次高，西北内陆频次低；②受灾面积分布上，中部重，东西两侧轻；③经济越发展损失越大；④在死亡人数上，呈现递减趋势。

2 致洪暴雨计算方法

现阶段，致洪暴雨临界雨量计算方法通常有两种，即统计分析法及水文模型法[2]。水文模型法是在历次暴雨洪水过程的基础上，建立集水区产汇流模型，并基于此计算达到某一标准洪水的临界降水阈值[3-6]；统计分析法是首先设定选样标准，并依据历史资料建立超标准暴雨洪水数据集，通过统计分析，数据发掘等技术确定发生超标准洪水的临界雨量[7]。

考虑到水文模型法在很大程度上受前期降水影响，研究中以雨洪资料较好的水文站作为代表站，故采用统计分析法计算致洪暴雨临界雨量。计算以水文站为单元，方法步骤如下：

1）资料收集：收集水文站基本资料及洪水要素信息，包括水文站位置、年最大洪峰流量、3日洪量，场次洪水发生时间，过程及峰值流量；集水区雨量站分布情况，各次洪水对应的降水资料等。

2）确定选样标准，建立超标准暴雨洪水数据集：采用统计分析法计算致洪暴雨临界雨量时应首先需确定选样标准，并筛选出超过该标准的场次过程，建立超标准暴雨洪水数据集。通常而言选样标准有3种：①历次成灾的暴雨洪水过程；②长系列资料中洪峰流量（水位）超过河道警戒流量（水位）的场次暴雨洪水过程；③洪水要素重现期超过某一特定标准的暴雨洪水过程。

3）单点临界雨量计算。对于集水面积较大、下垫面情况复杂的水文站，由于降水在时空分布上不均匀，区域内部分地域短历时暴雨也可能会造成超标准洪水，对于此，应确定单点临界雨量，计算方法如下：

假设区域内共有S处雨量站，分别为i=1，2，3，……S，共发生超标准洪水N次，分别为j=1，2，3，……N，共统计T不同时间段的雨量（如3 h、6 h、12 h、24 h，总雨量），Rtij为雨量站i在第j次洪水中统计时段为t最大雨量，各站每个时间段N次统计值中，最小的一个为致洪暴雨临界雨量阈值，计算公式如下：

4）区域面平均临界雨量计算。对于集水面积较小、下垫面相似的水文站，可认为降水空间分布基本一致，故直接计算区域面平均临界雨量，计算方法如下：

假设区域内共有S处雨量站，共发生超定量洪水N次，共统计T个不同时段的面平均雨量。Rtj为第j次洪水对应的最大t时段面降水量（由S处雨量站计算得到）。统计N次洪水各时段最大雨量面平均值的最小值，即为各时段致洪暴雨临界雨量。

Rt临界=Min（Rtij）

其中，面平均雨量计算可采用算术平均法、泰森多边形法、雨量等值法等多种方法，根据集水区实际情况而定，但要保证面平均雨量的计算精度。

3 致洪暴雨时空分布特征

3.1 资料收集

近年来，随着人类活动对下垫面影响的增强，特别是水库的修建运用，流域产汇流规律发生了显著变化。大型河流、大型流域的致洪雨量与天然条件有很大差异而作为防汛难点的中小河流、中小流域致洪雨量则相对稳定。为更好的反应天然条件下暴雨洪水特征，研究以辽宁省水文基础信息数据库为基础，选择流域集水面积2 000 km2以下，资料系列长、雨洪配套情况较好，受人类活动干扰相对较小的55处水文站作为代表站。

3.2 超标准暴雨洪水数据集构建

为建立超标准暴雨洪水数据集，计算致洪暴雨临界雨量，研究以辽宁省水文基础信息数据库洪水摘录、降雨摘录数据为基础，筛选出55个水文站对应的1 381场暴雨洪水过程作为分析的依据。其中面雨量计算采用集水区内雨量站降水数据泰森多边形加权平均得到。

辽宁省部分中小河流的防洪标准不高，项目中采用5年一遇洪水为致洪暴雨推算标准。考虑到辽宁省实际特征及防汛工作具体需求，频率分析时同时考虑洪峰及3日洪量两种要素，选取场次洪水洪峰大于5年一遇洪峰，3 d洪量大于5年一遇3 d洪量的洪水。按照上述规则筛选出55个水文站超定量洪水共398场，扣除降水资料相对较差的1964年之前数据，共有场次洪水340场，作为致洪雨量分析基础数据集。

3.3 致洪暴雨时空分布

考虑到计算中采用集水面积2 000 km2以下的水文站作为代表站，可认为其下垫面条件及降水空间分布基本相同。研究以上述超标准暴雨洪水数据集为基础，采用面平均临界雨量计算方法，分析各站点不同时段致洪暴雨临界雨量阈值。考虑到辽宁省较大等级暴雨中，24 h雨量占总降水量的80%以上，研究中计算了3 h、6 h、12 h、24 h的临界雨量。

从计算结果分析可知：在时间尺度上，从全省角度讲，致洪暴雨临界3 h雨量、6 h雨量、12 h雨量占24 h雨量的比例分别为46%、66%、86%。其中，辽宁北部部分站点（如小五家、宝力、公主屯、小荒地、韩家杖子、东白城子、胡家、司屯、赵家屯）24 h致洪临界雨量在50 mm以下，其余地区均在50 mm以上。其原因为辽宁北部地区洪水发生次数较少，5年一遇洪水量级较低，所以相应致洪暴雨临界雨量阈值较小。

基于ArcGIS软件，将水文站24 h致洪暴雨临界雨量定位于流域重心，采用克里金法对其进行空间插值，结果表明：

辽宁省致洪暴雨临界雨量整体由东南向西北递减。其中丹东大部、本溪南部、鞍山东南部（鸭绿江流域、大洋河流域）致洪暴雨在100 mm以上，铁岭、沈阳、阜新、葫芦岛北部致洪临界雨量在50 mm以下，其余地区致洪暴雨在50～80 mm之间。

4 结论与展望

致洪暴雨临界雨量是中小河流防汛的关键预警指标。研究在分析辽宁省暴雨洪水特点的基础上，采用统计分析法计算了全省55个2 000 km2以下水文站的致洪（5年一遇标准）暴雨临界雨量，并对其时空分布特征进行分析。结果表明：辽宁省致洪暴雨临界雨量由东南向西北递减，24 h临界雨量在东南部地区为100 mm以上，北部地区则50 mm以下。

需要说明的是：研究得到的致洪暴雨临界雨量是可能发生5年一遇洪水的最低降水量。在该雨量条件下，有发生5年一遇洪水的可能，但并不是一定会发生。研究成果可为辽宁省洪水预警提供依据，也可为其他地区致洪暴雨临界雨量研究提供参考。

［1］陈金龙.东北地区致洪暴雨天气分型及典型过程分析［D］.大连：大连理工大学，2015.

［2］卢燕宇，谢五三，田红.基于水文模型与统计方法的中河流致洪临界雨量分析［J］.自然灾害学报，2016，25（3）：38-47.

［3］叶金印，李致家，常露.基于动态临界雨量的山洪预警方法研究与应用［J］.气象，2014，40（1）：101-107.

［4］卢燕宇，田红．基于HBV模型的淮河流域洪水致灾临界雨量研究［J］．气象，2015，41(6）：755-760．

［5］张亚杰，吴慧，吴胜安，等.南渡江流域暴雨洪涝致灾临界面雨量的确定［J］．应用气象学报，2014，25（6）：731-740.

［6］叶勇，王振宇，范波芹．浙江省小流域山洪灾害临界雨量确定方法分析［J］．水文,2008,28(1）：56-58．

［7］樊建勇，单九生，管珉，等.江西省小流域山洪灾害临界雨量计算分析［J］.气象，2012，38（9）：1110-1114.

1002－0624（2017）05－0029－02

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2017-01-04