开封市降水量的计算、评价与分析方法

郑 烨

（开封水文水资源勘测局,河南 开封 475001）

0 引言

地表水资源包括河流水、湖泊水、冰川水、沼泽水和海洋水等。 水资源评价分为广义评价和狭义评价两种。 狭义的地表水资源，是指从大气中降落下来的水，扣除陆面、水域、植物等的蒸发以及补给浅层地下水后的地表产水量。 目前通常评价的地表水资源是指后者，即地表水体的动态水量——河川径流量。 其评价的项目包括降水量、径流量、蒸发和河流泥沙4 部分。 本文只就降水量这一部分进行研究。

降水量是产生地表径流和补给地下水的主要来源，降水量的大小及时空变化间接反映一个地区的天然水资源状况。 开封市多年平均降水量为599.66mm。 本文试以此为基础，对开封市降水量进行计算、评价与分析。

1 降水量的分析计算内容[1］

1.1 计算方法

（1）计算选用雨量代表站年降水量特征值（1956～2000 年系列），统计其最大、最小年降水量及其发生年份；分别计算1980～2000 年和1956～2000 年同步系列的平均降雨量；1956～2000 年的Cv 值。

（2）计算水资源三级或四级分区，以及地级行政分区1956～2000 年降水量系列。

（3）计算流域三级或四级分区，套地市行政分区在1956～2000 年、1956～1979 年、1971～2000 年、1980～2000 年系列降水量特征参数， 包括均值、Cv值、Cs/Cv 值，统计不同保证率（P=20%、50%、75%、95%）的年降水量。

1.2 资料整编

（1）计算区域代表站多年平均及不同保证率20%、50%、75%、95%的月、年降水量。

（2）分别绘制河南省1956～2000 年和1980～2000年多年平均 （同步系列） 降水量等值线图； 绘制1956～2000 年同步系列Cv 等值线图； 绘制1956～2000 年多年平均连续最大4 个月占全年降水量百分比及其发生月份分区图。

（3）选取长系列站降水资料，进行系列代表性分析。 重点对1956～2000 年和1980～2000 年两个系列的代表性进行评价。

（4）分析编制选用站的特征资料、参数。

2 降水量的资料搜集与审查

2.1 降水量代表站

根据雨量站区域地理位置特点、 地形变化趋势、降雨成因、资料系列等特征，要选用资料系列较长的雨量站作为分析的主要对象， 如1979 年前出现个别年份缺测的雨量站资料，在插补延长后作为辅助站，用于密度偏低的山区补充站点；未被选为主要代表站和辅助站的雨量站可作为参考站， 一般辅助站也应尽量插补延长到1956～2000 年同步系列。

2.1.1 降水量选站原则

(1)选择质量较好、系列较长、面上分布均匀，且能反映地形变化影响的雨量站资料作为分析的依据。

(2)选择代表站资料时，可根据降水量的地区分布规律和年降水量估算精度的要求。 一般在多雨区和降水量变化梯度大的地区，应尽可能多选一些站的资料；在降水量变化梯度小的平原区，着重考虑站点的均匀分布。

2.1.2 降水量选站标准

(1)长系列雨量代表站。 具有60 年以上观测资料的雨量站称为长系列雨量代表站。 用于降水量系列代表性分析。

(2)主要雨量代表站。 实际观测资料系列长度在45～60 年之间的雨量站，称为主要雨量代表站。

(3)辅助雨量站。 将资料系列长度在40～45 年之间的站点列入雨量辅助站。 同时进行插补展延，使之达到45 年（1956～2000 年）。

(4)参考雨量站。 资料系列在35～40 年之间的雨量站，称为参考雨量站。 参考雨量站对站点密度小的地区可适当放宽要求。

2.2 降水量资料的搜集与审查

2.2.1 降水量资料的搜集

（1）搜集全省水文站、雨量站、气象站的降水资料。

（2）为了正确把握降水量的区域分布规律，准确地绘制边界区域的等值线图， 并与相邻省拼接、调整创造条件。 还要收集相邻省的、部分系列较长的外围雨量站降水资料。

（3）分析选用雨量站的原始资料记录。 分析雨量站资料的来源、产生的条件、参数的精度、数据的质量等情况，应尽量注明雨量站的特征，如站址的迁移、两站的合并、已经过审查的意见等，以供参考。

（4）在整理雨量资料，绘制等值线图时，要考虑地形对降水及其他来水相关平衡要素的影响。

2.2.2 降水量资料审查

为保证降水量成果的质量，对各雨量站已整编的资料应进行必要的合理性检查和审核，审查内容如下。

(1）年降水量特征值精度审查。其值取决于各年降水量资料的可靠程度。 对各站整编资料的审查和合理性检查应以特大、特小值资料为重点，通常可通过本雨量站历年与同年邻近雨量站资料的对照分析，视其是否有规律可循。 对特大、特小雨量值要注意分析其原因，看其是否在合理范围以内，对突出的点据，要对照、调查其在汛期、非汛期、月和日等雨量值的合理性。 在山区，由于降水量分布较为复杂，要分析测站位置、地形、海拔高程等影响。

(2)雨量资料的审查和合理性检查。 该审查贯穿整个工作的各个环节，如抄录雨量资料、插补延长、分析年降水与径流的关系、计算统计参数、绘制雨量等值线图等工作环节。 这些环节都可能发生问题，应随时分析研究，合理解决。

(3)对各项雨量参数的单位和有效数字要进行规范审查。 审查统一按《水文测验规范》规定执行。2.2.3 雨量资料插补延长

(1)为了减少抽样误差，提高统计参数的精度，应根据各地具体情况进行适当的插补延长。 如有雨量资料丢失、缺乏、漏测等情况，应尽可能将雨量资料延长到45 年。

(2)雨量资料插补、延长，可以根据具体情况采用不同方法。 例如：在相邻站气候、地形条件一致时，可直接引用相邻站同月雨量资料，或采用附近各站同月降雨量平均值。 非汛期降雨量较少，各年变化不大，可用同月降雨量的历年平均值，插补缺乏资料的月份。 年降雨量缺乏资料时，可用缺乏资料年份的降雨量等值线图内插，或用雨量参数相关法进行延长。 在插补延长雨量资料时，必须注意参考雨量站的气象、下垫面条件与本雨量站的一致性，选用方法要合理，以保证系列资料满足雨量计算的要求。

3 降水量计算、参数确定、等值线图绘制

3.1 降水量计算

3.1.1 代表站降水量计算

降水量计算，建议选用该地区全部雨量站1980～2000 年和1956～2000年系列的平均降水量，以及1956～2000 年系列Cv 值，并统计最大、最小年降水量及其发生的年份。

3.1.2 面平均降水量计算

面平均降水量的计算方法主要有：算术平均法、等值线图法、泰森多边形法和网格法。 对于平原区,在站点分布均匀的情况下，可采用算术平均法。 对于山丘区,在降水量变化较大的情况下，可采用泰森多边形法，等值线图法。 对其他类型的区域，可选用泰森多边形法和网格法。

3.1.3 降水量统计参数、特征值计算

(1)降水量统计参数、特征值计算，按水资源三级、四级和地级行政区划分，分3 类计算1956～2000年、1956～1979 年、1971～2000 年和1980～2000 年系列的统计参数，以及不同频率的年降水量。

(2)降水量统计参数、特征值计算，要计算实测多年平均连续最大4 个月降水量占全年降水量的百分比。

(3)降水量统计参数、特征值计算，选取一个或多个月资料齐全的雨量代表站，分析计算不同频率典型年的降水量月分配值。

(4)降水量统计参数、特征值计算，选取观测资料在60 年以上的长系列站资料，计算长系列站资料的统计参数及不同频率的年降水量。

(5)降水量统计参数、特征值计算，要计算各种分区同步期年降水量系列统计参数和不同频率的年降水量。

3.2 降水量统计参数的确定

(1)年降水量均值计算：用算术平均法确定。

(2)离差系数Cv 值计算：用适线法确定。

(3)Cs/Cv 值，可选用2.0。

3.3 降水量等值线图绘制要求

（1）选择资料较全、质量好、系列完整、面上分布均匀、能反映地形变化影响的雨量站，作为绘制等值线图的主要依据， 将多年平均年降水量均值分别按要求绘制在工作图上。

（2）按标准绘制1956～2000 年降水量变差系数等值线图，并分析年降水量的地区分布规律，为政府和相关用户提供决策依据。

4 降水量分析及资料检查

4.1 降水量系列代表性分析

降水量资料整编，要选择长系列站进行降水量代表性分析，评价1956～2000 年和1980～2000 年同时期年降水量的丰、枯情况，分析不同系列长度统计参数的稳定性，了解多年系列丰枯周期变化情况，为降水量资料插补延长提供参考依据。

1）降水量资料系列代表性分析站点的选择。 选用的雨量站资料要具有地区代表性、可靠性、一定的精度、较长的观测资料系列等条件，能反映自然条件下的降水分布规律。

2）降水量资料系列代表性分析的内容。（1）分析年降水量年际变化。包括：丰枯周期、连丰连枯、极值比等，选取60 年以上降水资料的长系列雨量站。 通过长短系列的特征值、 不同频率年降水量和丰枯年数组成的对比分析，对60 年以上的长系列、1956～2000年的45 年系列和1980～2000 年的21 年系列共计3个系列的代表性进行评价。（2）分析流域三级、四级、地级行政分区情况， 研究各不同年代降水量平均值的变化趋势。 （3）分析同步系列的代表性，并分析不同时段各分区降水量的变化趋势。

3）降水量资料系列代表性的分析方法。 首先选择60 年以上的长系列雨量站作为分析的标准依据，然后计算不同时段系列的均值和Cv 值，与长系列计算值比较，分析不同时段系列参数的稳定性，也可通过绘制长系列站年降水量过程线， 分析不同时段系列丰枯交替变化规律，评定其代表性。降水量资料系列代表性的分析步骤如下：（1）降水量资料累计平均计算分析系列的稳定性。（2）通过差积曲线分析降水量资料系列的变化规律。（3）通过降水量曲线滑动平均计算，分析周期规律。（4）从降水量资料丰枯数据中，进行系列代表性分析。 降水量系列资料代表性的好坏，不仅取决于降水量系列长度，而且还取决于系列中的丰枯时段是否均衡。若系列包含的丰水期过长，系列就会偏丰；反之，枯水期过长，系列就会偏枯。一个较好的降水量系列，其丰枯时段应当大致均衡。

4.2 降水量年内分配及年代变化分析

（1）降水量年内的分配特点。统计实测多年平均降水量连续最大4 个月占全年降水量的百分比和相应发生月份，以反映年降水量的集中程度和相应发生的月份。 在此基础上，对不同降水类型区域，分区选择代表站，统计不同典型年降水的月分配特征，以揭示年内各月及其在地区上的变化。 选取连续最大4个月的降水量，推求其占多年平均降水量的百分比，并绘制等值线图。

（2）降水量年代的变化规律。 分析20 世纪50、60、70、80、90 年代水资源分区和行政分区年降水量的均值及其变化趋势，分析其自然变化规律。

4.3 对降水量资料的合理性检查

对降水量资料的合理性检查主要有对降水量等值线图的合理性检查和对面降水量成果的合理性检查两项。

（1）对降水量等值线图的合理性检查。 检查降水量等值线图的分布、走向、弯曲等是否符合一般规律。从气候、地形、地理位置等因素，对等值线图进行合理性检查，检查其分布、走向、弯曲情况是否符合该区域的变化特点，降水量高、低值区域分布是否合理，及时发现问题，并审查有关参数是否存在问题。分析降水量与高程变化关系是否有异常情况。 检查降水量等值线图中是否有异常数据，并分析异常数据产生的原因。 与邻近省份和相关流域的等值线图进行对照，看等值线图的走向是否互相衔接。

（2）对面降水量成果的合理性检查。 查找邻近省份和相关流域代表性资料，把面降水量成果与邻近省份和相关流域的成果进行对照，看是否互相衔接。

5 结语

提出开封市降水评价标准和程序，争取原始观测资料收集，要求雨量代表站的降水资料具备真实、质量好、系列长、面上分布均匀等特征。 科学选用雨量计算参数，以便满足精度要求，使雨量资料编制规范化、标准化、科学化。

[1] 梁学田.水文学原理[M]. 北京：水利水电出版社，1992.6：40-50.

[2] 胡方荣、侯宇光.水文学原理[M]. 北京：水利水电出版社，1988.6：26.

[3] 邓先俊.陆地水文学[M] .北京：水利水电出版社，1985.11：104-105.