基于降水要素分析方法的遼寧省汛期分期特征方法研究與應(yīng)用

徐 飛

(遼寧省沈陽(yáng)水文局，遼寧 沈陽(yáng) 110043)

洪水災(zāi)害是各種自然災(zāi)害中發(fā)生率高、涉及面廣、破壞程度深、對(duì)人民危害巨大的一種災(zāi)害。防汛部門(mén)應(yīng)根據(jù)氣象、水文資料的統(tǒng)計(jì)分析得出各種汛期發(fā)生的時(shí)期，給出一個(gè)大致的范圍，及時(shí)做好防汛準(zhǔn)備工作。當(dāng)前，對(duì)于區(qū)域汛期分期的研究成果較多，其中基于降水要素的分析方法在區(qū)域汛期分期中應(yīng)用較多。近些年來(lái)，對(duì)于汛期分期研究大都集中對(duì)水庫(kù)的汛期分期劃分，而對(duì)行政區(qū)域進(jìn)行汛期分期研究的較少，為此文章結(jié)合遼寧省120個(gè)雨量站近55年降水?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)合累積雨量及模糊集理論方法對(duì)遼寧省的汛期分期進(jìn)行研究，研究過(guò)程對(duì)于遼寧省防汛具有重要的參考決策價(jià)值。

1 研究方法及資料選取

1.1 研究方法

根據(jù)基于降水要素的汛期分期概念，即汛期(主要指伏秋大汛)的起止時(shí)間可以用能使該地區(qū)河道中形成明顯徑流的場(chǎng)次降水的出現(xiàn)時(shí)間來(lái)反映，選擇單站連續(xù)兩日累積降水量作為指標(biāo)，代替單站場(chǎng)次降水。西部、中北部地區(qū)選擇連續(xù)兩日累積降水量大于40mm的樣本，東南部地區(qū)選擇連續(xù)兩日累積降水量大于50mm的樣本，形成新的系列，該系列中的每個(gè)樣本均能夠形成徑流。在單站的新的樣本系列中，找出歷年首、尾樣本所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，即為該年汛期的開(kāi)始、結(jié)束時(shí)間。利用模糊集理論對(duì)單站歷年汛期開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間進(jìn)行隸屬度分析，確定單站汛期的開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間；各防汛區(qū)域汛期起止時(shí)間通過(guò)區(qū)域內(nèi)單站汛期的開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間的外包線來(lái)確定。

1.2 資料選取

根據(jù)防汛區(qū)域劃分研究成果，將全省劃分為三大區(qū)域，分別為東南部地區(qū)、中北部地區(qū)及西部地區(qū)。在每個(gè)區(qū)域，選取水文資料整編的常年報(bào)汛的雨量站及水文站作為代表站，其中東南部地區(qū)56站、中北部地區(qū)29站、西部地區(qū)35站，使所選的代表站在各區(qū)域內(nèi)均勻分布。對(duì)于每個(gè)站，選取1956—2010年的日降水量資料進(jìn)行分析，該時(shí)段資料系列比較完整。

2 研究成果

2.1 汛期起止時(shí)間劃定結(jié)果

根據(jù)單站多年逐日降水量資料(1956—2010年)，統(tǒng)計(jì)連續(xù)兩日累積降水量多年系列，在該系列中，中北部地區(qū)及西部地區(qū)各站選用連續(xù)兩日累積降水量大于40mm系列、東南部地區(qū)選用連續(xù)兩日累積降水量大于50mm系列，組成新的樣本系列，對(duì)單站歷年的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。以荒溝站為例，統(tǒng)計(jì)結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 荒溝站連續(xù)兩日累積降水量大于50mm歷年開(kāi)始結(jié)束時(shí)間統(tǒng)計(jì)

2.2 主汛期起止時(shí)間分析

(1)單站強(qiáng)場(chǎng)次降水量的確定

統(tǒng)計(jì)單站歷年連續(xù)兩日累積降水量，每年取一個(gè)最大值，歷年最大值求平均，即為單站強(qiáng)場(chǎng)次降水量標(biāo)準(zhǔn)。以荒溝站為例，歷年最大連續(xù)兩日累積降水量統(tǒng)計(jì)詳見(jiàn)表2，多年平均為186mm，即對(duì)于荒溝站，超過(guò)186mm的場(chǎng)次降水為強(qiáng)場(chǎng)次降水。并根據(jù)荒溝站年最大場(chǎng)次降水量多年平均值186mm，統(tǒng)計(jì)歷年超過(guò)均值的連續(xù)兩日累積降水量，即推算出單站強(qiáng)場(chǎng)次降水，詳見(jiàn)表3，共31場(chǎng)。

表2 荒溝站年最大場(chǎng)次降水多年均值計(jì)算

表3 荒溝站歷年強(qiáng)場(chǎng)次降水統(tǒng)計(jì)

(2)模糊分析方法的區(qū)域主汛期時(shí)間推算結(jié)果

由各地區(qū)汛期隸屬度得到，東南部地區(qū)主汛期分期結(jié)果：開(kāi)始時(shí)間7月8日，結(jié)束時(shí)間8月21日；中北部地區(qū)主汛期分期結(jié)果：開(kāi)始時(shí)間7月12日，結(jié)束時(shí)間8月21日；西部地區(qū)主汛期分期結(jié)果：開(kāi)始時(shí)間7月2日，結(jié)束時(shí)間8月25日。

(3)單站累加距區(qū)域主汛期時(shí)間推算結(jié)果

單站強(qiáng)場(chǎng)次降水次數(shù)統(tǒng)計(jì)完以后，先將120個(gè)代表站分成東南部、中北部、西部三個(gè)區(qū)；然后在各區(qū)內(nèi)，統(tǒng)計(jì)各日發(fā)生強(qiáng)場(chǎng)次降水的站年數(shù)；根據(jù)基于降水要素的主汛期分期概念，利用滑動(dòng)累加距法選取強(qiáng)場(chǎng)次降水站年數(shù)占總站年數(shù)80%的時(shí)段，即為各區(qū)主汛期的時(shí)段，該時(shí)段起、止時(shí)間為主汛期的開(kāi)始、結(jié)束時(shí)間。東南部地區(qū)各日發(fā)生強(qiáng)場(chǎng)次降水站年數(shù)詳見(jiàn)表4。

表4 東南部地區(qū)各日強(qiáng)場(chǎng)次降水發(fā)生次數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖1 基于模糊集理論的各區(qū)域主汛期隸屬度計(jì)算結(jié)果

由此方法確定的主汛期為：東南部地區(qū)，主汛期開(kāi)始時(shí)間7月11日，結(jié)束時(shí)間8月21日；中北部地區(qū)，主汛期開(kāi)始時(shí)間7月13日，結(jié)束時(shí)間8月21日；西部地區(qū)，主汛期開(kāi)始時(shí)間7月2日，結(jié)束時(shí)間8月21日。

3 結(jié)論

(1)提出了用連續(xù)兩日累積降水量代替場(chǎng)次降水的新思路，并選西部和中北部地區(qū)連續(xù)兩日累積降水量大于40mm、東南部地區(qū)連續(xù)兩日累積降水量大于50mm作為汛期的起止標(biāo)準(zhǔn)。遼寧省汛期分期為：東南部地區(qū)5月28日—9月9日；中北部地區(qū)5月31日—9月16日；西部地區(qū)6月4日—9月16日。

(2)依據(jù)主汛期以控制80%以上的強(qiáng)場(chǎng)次降水來(lái)確定時(shí)段降水(單站場(chǎng)次降水以連續(xù)兩日累積降水量代替)。遼寧省主汛期為：東南部地區(qū)7月11日—8月21日；中北部地區(qū)7月13日—8月21；西部地區(qū)7月2日—8月21日。如圖1所示。