基于多要素的辽宁省汛期分期研究

冯 琳

(辽宁省沈阳水文局，辽宁 沈阳 110000)

汛期是指江河、湖泊洪水在一年中明显集中出现，容易形成洪涝灾害的时期。汛期的分期是科学防汛决策的前提，是流域防汛调度管理工作的基础。合理的流域汛期划分，对防汛调度管理和流域水资源优化调配工作意义重大。

辽宁省洪涝灾害严重，受降水时空分布不均影响，水旱灾害频繁发生。在系统开展本项目研究以前，辽宁省汛期分期主要有气象意义上基于大气环流特征的汛期分期和基于水文要素的汛期分期。气象汛期分期存在动态性的特点，需根据气象观测分析后发布，因此每年的汛期起止时间都在变化，不利于防汛调度组织管理和编制水利工程控制运行预案。而过去基于水文要素汛期特性的汛期分期是利用年最大洪峰流量散布图外包线法及旬降水量变化相对系数法，存在资料系列短、代表站少、分析方法理论依据不足的问题。在此背景下，辽宁省启动了辽宁省汛期分期的研究工作，相继开展了全省防汛管理工作调研、多种模型分析方法的研究等工作，研究成果已应用于省防汛抗旱指挥调度管理工作，并取得显著的经济和社会效益。

1 汛期分期研究

在系统分析辽宁省地形、产汇流特征的空间差异及降水量空间分布特征的基础上，将辽宁省防汛区域划分为三大区域：西部地区、东南部地区、中北部地区。分别基于降水、径流、洪灾要素对辽宁省三大区域进行汛期分期研究。

1.1 基于降水要素的汛期分期

资料选取水文资料整编的120个常年报汛的雨量站及水文站1956～2010年的日降水量资料进行分析。

1.1.1 汛期时间划分

汛期的起止时间，可以用能使该地区河道中形成明显径流的场次降水出现的时间来反映。

利用连续两日累积降水量代替场次降水量，西部、中北部以场次雨量大于40mm、东南部以大于50mm为入汛和出汛标准，借助用模糊集理论对各区做隶属度函数，选U(t)=0.2对应的时间为单站汛期开始与结束的时间，也就是说，对于某一单站，其20%的年份进入汛期，即认为该站进入汛期，进而利用外包线来确定区域汛期的开始与结束时间。

1.1.2 主汛期时间划分

主汛期的起止时间，可以用该地区场次降水发生的频率来反映。以超过年最大场次降水量多年平均值的场次降水称为“强场次降水”。主汛期以控制80%以上的“强场次降水”来确定时段

先采用滑动累加距法，示意图如图1所示，对单站统计包含80%强场次降水次数的最短时段，则时段的起、止点为单站主汛期的开始、结束时间。再将120个代表站按东南部、中北部、西部分区，利用模糊集理论对各区做隶属度函数，选U(t)=0.2对应的时间为主汛期开始与结束的时间，即各区域有20%的站进入主汛期就认为该区域进入主汛期。

滑动累加距法确定单站汛期起止时间的步骤如下：

(1)根据多年“强场次降水”资料系列，统计单站各日发生“强场次降水”的次数；

(2)对一定的时间跨度，逐日滑动计算时间跨度内包扩的“强场次降水”发生次数；

(3)以1d为时间步长，逐日增加时间跨度，进行步骤(2)；

(4)当某一时间跨度下，累积“强场次降水”发生次数达到80%，即停止，该时段起止时间段即该站主汛期的开始与结束时间(如图1所示)。

图1 滑动累加距法示意图

1.2 基于径流要素的汛期分期

汛期划分选取不受灌溉期水库放水影响的49个水文站，主汛期划分采用68个水文站1956～2010年鉴整编洪峰及各日多年均值系列。

1.2.1 汛期时间划分

根据辽宁省河道径流量有明显的起涨和消落过程的特征，采用前后2个10d的日径流量(多年系列)一阶差分系列，利用t检验找出差分系列发生显著变化的时间点，即为单站汛期起止时间。按照上面分析方法，分别对49个代表站进行汛期起止时间确定，再将49个代表站按东南部、中北部、西部分成三个区域，利用模糊集理论对各分区代表站汛期开始结束时间进行隶属度计算，选择隶属度函数U(t)=0.2处作为各分区汛期的开始和结束时间如如图2所示。

1.2.2 主汛期时间划分

以超过年最大洪峰流量多年平均值的洪水称为“大洪水”。主汛期则以控制80%以上的“大洪水”来确定时段。单站历年最大洪峰流量，并求平均值，即为单站“大洪水”标准

采用滑动累加距法确定单站“大洪水”次数占80%的最短时段，则时段起止点为单站主汛期起止点。再将68个代表站按东南部、中北部、西部分区，利用模糊集理论对各区做隶属度函数，选U(t)=0.2对应的时间为该区主汛期开始与结束的时间，即各区域有20%的站进入主汛期就认为该区域进入主汛期

1.3 基于径流要素的汛期分期

选取1956～2010年洪灾资料作为分析。将洪灾分为重大灾情和一般灾情。

将各个时段内的严重洪灾和一般洪灾绘制柱状图，如图3所示。

统计结果表明，所有灾害都发生在6月11日～9月5日之间；79%的一般灾害和100%的严重灾害均发生在7月11日～8月20日。因此，基于历史洪涝灾害统计，确定辽宁省汛期为6月11日～9月5日，主汛期为7月11日～8月20日。

2 综合分析结果

综合基于降水量、河道径流、历史洪灾等要素的辽宁省不同防汛区域汛期、主汛期划分结果见表2，并根据1955年以前的河道径流、近10年大型水库日平均入库流量资料以及近年洪涝灾害资料对汛期、主汛期分期结果进行验证，同时考虑防汛管理实践，综合确定辽宁省汛期统一为6月1日～9月20日，共112d，主汛期为7月10日～8月20日，共42d，见表1。

图2 东南部地区汛期起止时间隶属度计算成果图

图3 1956～2010年洪灾次数分布图

地区基于降水要素基于径流要素基于历史洪涝灾害东南部中北部西 部汛期时间5月28日～9月9日6月1日～9月15日主汛期时间7月11日～8月21日7月20日～8月20日汛期时间5月31日～9月16日5月31日～9月18日主汛期时间7月13日～8月217月21日～8月25日汛期时间6月4日～9月16日5月27日～9月20日主汛期时间7月2日～8月21日7月12日～8月29日汛期为:6月11日～9月5日主汛期为:7月11日～8月20日。

3 结语

汛期分期对防汛管理的科学化意义重大。进行汛期分期研究明确了非汛期、汛期、主汛期的过渡关系及各时期降水量分配规律，使防汛预案的制定、防汛重点工作的转移有据可依。随着经济社会的快速发展，汛期分期在防洪保安全及洪水资源利用方面的作用必将越来越深远，具有重大的技术经济价值。

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