甘肅省最大點(diǎn)雨量量級(jí)分布規(guī)律及雨量衰減指數(shù)分析

(甘肅臨洮水文水資源勘測(cè)局紅旗水文站，甘肅 臨洮 730500)

1 研究區(qū)域概況

甘肅省分屬為河西內(nèi)陸河、黃河和長(zhǎng)江流域；區(qū)域面積約45.44萬(wàn) km2，地形構(gòu)造以丘陵和山地為主，泥石流災(zāi)害頻發(fā)。境內(nèi)東南部山大溝深重巒疊嶂水力侵蝕作用明顯水土流失危害嚴(yán)重，并形成了黃土梁、塬、峁密布的獨(dú)特地形；河西走廊區(qū)域其地理環(huán)境結(jié)構(gòu)以戈壁沙漠、綠洲為主并呈現(xiàn)出斷續(xù)狀態(tài)，祁連山系氣候寒冷且地勢(shì)較高屬于青藏高于東北邊緣處，有山頂至山腳依次為冰川、積雪、森林和草原，該區(qū)域?qū)儆诒边吷衬瓯谂c河西走廊的水資源形成區(qū)。除局部地區(qū)如疏勒河下游和隴南谷底外其他區(qū)域海拔均不低于1 000 m。

甘肅省境內(nèi)存在較多的高原和高山并因此造成氣候變化出現(xiàn)復(fù)雜的格局，氣候環(huán)境由東南區(qū)域的干旱區(qū)逐步過(guò)渡至西北區(qū)域的濕潤(rùn)區(qū)域，存在多個(gè)不同的氣候過(guò)渡帶；而在垂直方向上氣候環(huán)境表現(xiàn)為由高原寒冷濕潤(rùn)區(qū)逐漸過(guò)渡至高山高寒半干旱區(qū)。氣候環(huán)境在東西方向變化趨勢(shì)為東部區(qū)域表現(xiàn)出與平?jīng)觥⑻焖臍夂蛱卣飨嗨菩?，西部區(qū)域表現(xiàn)出與青藏高原東部特征相似性。據(jù)此，甘肅省氣候環(huán)境不僅表現(xiàn)出東西徑向、南北緯向的變化特征，而且沿海拔高度表現(xiàn)出垂直變化特性[1]。

甘肅省降水在時(shí)空分布上明顯不均衡，冬春季干旱少雨、夏秋炎熱多雨，每年的7～9月為降雨旺季占全年的70%左右。甘肅省境內(nèi)局部地區(qū)降水量明顯大于其他區(qū)域如祁連山、華家?guī)X、六盤(pán)山等區(qū)域?qū)儆诒┯昙袇^(qū)；而大部分地區(qū)為的干旱指數(shù)較高在5.0以上，其年降水量低于400 mm，僅有極少數(shù)的個(gè)別地區(qū)干旱指數(shù)低于1.0，降水量高于800 mm。

2 下墊面對(duì)暴雨影響分析

高原和山脈對(duì)甘肅省境內(nèi)南方的暖氣流與北方的冷氣流之間的阻隔是引起該區(qū)域干旱少雨的主要因素，并且也是造成甘肅省西北部雨水較少、西南部雨水較多的關(guān)鍵因素，局部地區(qū)降水受下墊面和地形影響顯著[2]。除了10 min時(shí)段以外其他各時(shí)段降水量均隨高程的增加而增大，例如在相同區(qū)域的白龍鄉(xiāng)下游其年降水量低于500 mm，然而河谷之上山區(qū)的年降雨量在700 mm以上；位于甘肅境內(nèi)南太子山山峰和山麓周圍的年降水量差距較大，分別為1 000 mm和300 mm。降水量在山區(qū)迎風(fēng)坡明顯高于北風(fēng)坡，且暴雨中心往往形成于干旱區(qū)地形突起的山頭或陡坎。沙漠戈壁地帶變化的地帶輻合能量和氣流攏動(dòng)活動(dòng)在蒸騰作用下明顯增強(qiáng)極易在此處形成暴雨中心，而地形的突起作用或戈壁附近的綠洲可明顯提高暴雨的強(qiáng)度，例如古浪、玉門市在歷史曾出現(xiàn)過(guò)多次大暴雨[3]。降雨受森林覆蓋影響顯著，結(jié)合降雨徑流關(guān)系曲線可知森林在境內(nèi)干旱區(qū)具有一定的增大降水、保蓄徑流作用；例如在原始森林和灌木覆蓋區(qū)其自然頸環(huán)、濕度和氣溫與附近環(huán)境存在較大差異，山上河谷常年徑流、草木蔥綠，其徑流量與降水量明顯增大形成了一個(gè)獨(dú)立的小氣候區(qū)，與附近黃土丘陵的光禿干燥環(huán)境存在明顯差異[4]。

甘肅省暴雨區(qū)的劃分應(yīng)充分考慮下墊面對(duì)暴雨的影響作用，并結(jié)合暴雨相對(duì)一致的環(huán)流形式、水氣輸入方向和影響系統(tǒng)通常情況下將該區(qū)域劃分為4個(gè)暴雨區(qū)。本研究分別對(duì)省內(nèi)嘉陵江水系、內(nèi)陸河流域、渭河、黃河干流區(qū)以及經(jīng)河流域在各時(shí)段的最大點(diǎn)雨量量級(jí)級(jí)別分布規(guī)律進(jìn)行研究和分析。

3 短歷時(shí)實(shí)測(cè)與調(diào)查最大點(diǎn)雨量量級(jí)分布規(guī)律

3.1 10 min最大電雨量量分布

內(nèi)陸河流域雨量在10～20 mm以及不大于10 mm的統(tǒng)計(jì)站數(shù)均為對(duì)應(yīng)雨量級(jí)別站數(shù)的50%，僅有極少數(shù)站點(diǎn)雨量高于20 mm。張掖瓦房城站在1981年7月的10 min雨量為23.4 mm，為最大值；其次為玉門市在1979年7月的雨量值為21.5 mm。而在此期間，甘肅省境內(nèi)除了黃河干支流區(qū)域少數(shù)雨量低于10 mm外，其他各區(qū)域雨量均高于10 mm。黃河干流區(qū)和渭河流域的10 min最大雨量在10～20 mm區(qū)間的統(tǒng)計(jì)站數(shù)分別占總站數(shù)的50%和80%，其中降雨量在20～30 min的站數(shù)分別占統(tǒng)計(jì)總站數(shù)的20%和40%及以上，存在少數(shù)站點(diǎn)暴雨在30 mm以上。此外，黃河干流區(qū)和渭河流域10 min降雨最大值分別出現(xiàn)在1991年6月的渭源縣半陰坡村為41.8 mm和1978年7月的天水市石嶺寺站為31.6 mm，次大降雨量分別出現(xiàn)在1961年7月的夏河縣唐尕浪站為32.5 mm和1978年7月靜寧縣北峽站為26.0 mm。涇河區(qū)和境內(nèi)嘉陵江水系的10 min最大雨量在10～20 mm區(qū)間的統(tǒng)計(jì)站數(shù)分別占總站數(shù)的50%和30%以上，其中降雨量在20～30 min的站數(shù)分別占統(tǒng)計(jì)總站數(shù)的40%和50%，涇河流域存在少數(shù)站點(diǎn)10 min降雨為30 mm而境內(nèi)嘉陵江水系的站數(shù)在10%以上。此外，涇河流域和境內(nèi)嘉陵江水系10 min降雨最大值分別出現(xiàn)在1983年9月的華亭站為31.3 mm和1967年7月的宕昌縣三盤(pán)子站為47.7 mm，次大降雨量分別出現(xiàn)在1988年6月的環(huán)縣木缽為30.9 mm和1973年5月的兩當(dāng)縣東坡站為31.2 mm。

3.2 60min最大電雨量量分布

內(nèi)陸河流域60 min最大點(diǎn)雨量在10～20 mm、20～30 mm、30～40 mm的站數(shù)分別占統(tǒng)計(jì)總站數(shù)的40%、40%、小于10%，存在少數(shù)站點(diǎn)60 min最大雨量高于40 mm；除調(diào)查值以外，60 min最大點(diǎn)雨量最大值和次大值分別出現(xiàn)在1979年8月的古浪縣橫梁站為45.1 mm和1959年7月的武威雜木寺站為43.2 mm，并且1991年7月在古浪縣橫梁一帶的60 min雨量值為472.0 mm，是目前為止暴雨最大值。黃河干流區(qū)和渭河流域的60 min最大雨量在20～30 mm、30～40 mm、40～50 mm之間的站數(shù)分別占統(tǒng)計(jì)站數(shù)的16%、35%、30%和20%、40%、25%左右，存在少數(shù)雨量低于10 mm或高于60 mm的站數(shù)，其所占比例均低于10%。除調(diào)查值外黃河干流區(qū)和渭河流域的60 min最大雨量分別出現(xiàn)在1979年8月的臨洮為74.1 mm和1982年8月的岷縣閭井站為73.8，次大降水量分別出現(xiàn)在1979年8月的72.9 mm和1978年7月的天水市社棠站為62.7 mm。涇河流域和境內(nèi)嘉陵江水系的60 min最大雨量在20～30 mm、30～40 mm、40～50 mm、50～60 mm之間的站數(shù)分別占統(tǒng)計(jì)站數(shù)的15%、40%、25%、10%左右和10%、30%、25%、25%左右，存在少數(shù)雨量在60～70 mm的站點(diǎn)且所占比例不足10%，存在個(gè)別雨量為70～80 mm的站點(diǎn)。除調(diào)查值外涇河流域和境內(nèi)嘉陵江水系的60 min最大雨量分別出現(xiàn)在1971年7月合水為92.1 mm和1987年5月的文縣鴣衣壩站為81.2 mm，次大降水量分別出現(xiàn)在1988/年7月的西峰市董志為79.2 mm和1967年7月的宕昌縣三盤(pán)子站為72.7 mm。

3.3 6h最大電雨量量分布

內(nèi)陸河流域6 h最大點(diǎn)雨量在10～20 mm、20～30 mm、30～40 mm、40～50 mm、50～60 mm的站數(shù)分別占統(tǒng)計(jì)總站數(shù)的10%、30%、31%%、17%、小于10%，存在少數(shù)站點(diǎn)6h最大雨量高于60 mm或70 mm；除調(diào)查值以外該區(qū)域60min最大點(diǎn)雨量最大值和次大值分別出現(xiàn)在1984年6月的玉門市為77.8 mm和1981年7月的石家莊站為70.5 mm。黃河干流區(qū)和渭河流域的6h最大雨量在50～60 mm、60～70 mm、70～80 mm、80～90 mm之間的站數(shù)分別占統(tǒng)計(jì)站數(shù)的30%、20%、20%、10%左右和30%、30%、17%、10%左右，存在少數(shù)6h雨量值在90～100 mm及以上的站點(diǎn)，大于100 mm的占比不足5%。除調(diào)查值外黃河干流區(qū)和渭河流域的6h最大雨量分別出現(xiàn)在1979年8月的和政為111.7 mm和1977年7月張家川回族自治縣恭門站為99.0 mm。涇河流域和境內(nèi)嘉陵江水系的6h最大雨量在50～60 mm、60～70 mm、70～80 mm、80～90 mm、90～100 mm之間的站數(shù)分別占統(tǒng)計(jì)站數(shù)的20%、15%、17%、10%、15%左右和11%、7%、12%、29%、20%，其他6h最大降雨在100 mm以上的站點(diǎn)占比不足10%。除調(diào)查值外涇河流域和境內(nèi)嘉陵江水系的6h最大雨量分別出現(xiàn)在1961年6月的寧夏三關(guān)口站為167.0 mm和1964年7月的成縣站為190.9 mm，次大降水量分別出現(xiàn)在1978年7月的慶陽(yáng)縣玄馬站為141.0 mm和1992年8月的天水市轄區(qū)的太子石為166.0 mm。

表1 轉(zhuǎn)折點(diǎn)在不同時(shí)段處的暴雨衰減指數(shù)

3.4 24h最大電雨量量分布

內(nèi)陸河流域24h最大點(diǎn)雨量在30～40 mm、40～50 mm、50～60 mm、60～70 mm、70～80 mm的站數(shù)分別占統(tǒng)計(jì)總站數(shù)的15%、27%、27%、15%、6%左右，24h最大雨量在80～90 mm、90～100 mm、100～110 mm以及150 mm以上的均為%左右；結(jié)合調(diào)查值該區(qū)域24 h最大點(diǎn)雨量最大值和次大值分別出現(xiàn)在1966年8月的古浪縣土門為228.0 mm和1977年8月的古浪裴家營(yíng)為154.0 mm，其降雨量第三、第四值分別發(fā)生在1982年5月的玉門市旱峽為113.8 mm和1979年7月的阿克塞為113.0 mm。黃河干流區(qū)24 h最大雨量在50～60 mm、60～70 mm、70～80 mm、80～90 mm、90～110 mm之間的站數(shù)分別占統(tǒng)計(jì)站數(shù)的20%、16%、19%、19%、23%左右，渭河流域的在70～80 mm、80～100 mm、100～110 mm之間的站數(shù)均占統(tǒng)計(jì)站數(shù)的30%左右，存在個(gè)別24h雨量值小于50 mm及大于120 mm級(jí)別的站點(diǎn)。除調(diào)查值外黃河干流區(qū)和渭河流域的24 h最大雨量分別出現(xiàn)1967年7月的和政吊灘為132.3 mm和1996年7月的渭源縣峽口站為156.6 mm，次大降水量分別出現(xiàn)在1964年7月的會(huì)寧縣草灘站為131.0 mm和1977年7月靜寧縣雷大站為155.7 mm。涇河流域和境內(nèi)嘉陵江水系的24 h最大雨量80～90 mm、90～100 mm、100 mm及以上站數(shù)分別占統(tǒng)計(jì)站數(shù)的15%、30%、50%左右和19%、13%、68%左右，存在少數(shù)雨量在150 mm以上的站點(diǎn)。結(jié)合調(diào)查結(jié)果涇河流域和境內(nèi)嘉陵江水系的24 h最大雨量分別出現(xiàn)在1996年7月的鎮(zhèn)原縣開(kāi)邊站為215.7 mm和1976年7月的宕昌縣化馬為330.0 mm，次大降水量分別出現(xiàn)在1992年8月正寧縣榆林子站為197.0 mm和1977年7月的文獻(xiàn)碧口為215.8 mm。

4 暴雨衰減指數(shù)分析

利用水利部常用的暴雨衰減指數(shù)計(jì)算公式分別對(duì)長(zhǎng)江流域、內(nèi)陸河和黃河在不同時(shí)段的暴雨指數(shù)n進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

本文分別統(tǒng)計(jì)了長(zhǎng)江、黃河和內(nèi)陸河流域的多個(gè)雨量站點(diǎn)的有關(guān)數(shù)據(jù)和資料，能夠較為全面、客觀的揭示甘肅省在不同自然地理?xiàng)l件下的暴雨變化特征。通常情況下，在干旱半干旱地區(qū)的雨量衰減指數(shù)變化區(qū)間較大，而在濕潤(rùn)地區(qū)的變化區(qū)間較小，該理論成果與本研究中黃河、內(nèi)陸河流域n值變化較小的自然地理?xiàng)l件、氣候環(huán)境和地形實(shí)際狀況保持良好的一致性。研究表明，個(gè)別雨量站點(diǎn)的暴雨歷時(shí)關(guān)系為一條曲線，而不表現(xiàn)出正相關(guān)性。在一條關(guān)系曲線上，其轉(zhuǎn)折點(diǎn)可能出現(xiàn)在1h處、也可能存在在6h處，甚至可出現(xiàn)多個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。結(jié)合暴雨歷時(shí)曲線在不同重現(xiàn)期的變化過(guò)程可知，暴雨重現(xiàn)期的改變對(duì)雨量衰減指數(shù)的影響作用不大；在雙對(duì)數(shù)紙上的同一河流或同一區(qū)域相鄰站暴雨歷時(shí)有相似的相同處如衰減指數(shù)n的坡度和轉(zhuǎn)折點(diǎn)非常相似，由此表明在該處的n值處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨場(chǎng)次受降雨區(qū)域地形、地理?xiàng)l件、天氣形勢(shì)狀況的作用影響表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，n值在不同雨量點(diǎn)表現(xiàn)出不同的特征，因此要結(jié)合各區(qū)域和雨量站點(diǎn)的暴雨資料針對(duì)不同重現(xiàn)期內(nèi)的n值進(jìn)行分析。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)甘肅省最大點(diǎn)雨量量級(jí)的分布規(guī)律及雨量衰減指數(shù)分析可知，通常情況下，在干旱半干旱地區(qū)的雨量衰減指數(shù)變化區(qū)間較大，而在濕潤(rùn)地區(qū)的變化區(qū)間較小。對(duì)于有資料數(shù)據(jù)的中小流域，應(yīng)根據(jù)本流域暴雨參數(shù)對(duì)洪水進(jìn)行推求和設(shè)計(jì)；而對(duì)于無(wú)資料數(shù)據(jù)的區(qū)域，應(yīng)參考鄰近區(qū)域相似的地理環(huán)境條件確定雨量站的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，并對(duì)該區(qū)域的暴雨參數(shù)進(jìn)行合適的設(shè)計(jì)和選取。