河北省拒马河山区降水特性分析

郭庆宏,朱 虹

(1.河北省水文水资源勘测局,河北石家庄 050031;2.河北省桃林口水库管理局,河北卢龙 066004)

河北省拒马河山区降水特性分析

郭庆宏1,朱 虹2

(1.河北省水文水资源勘测局,河北石家庄 050031;2.河北省桃林口水库管理局,河北卢龙 066004)

介绍了河北省拒马河山区概况,分析了降水形成影响因素、降水量系列代表性、多年平均降水量的时空分布规律以及分区降水量的年代变化。

拒马河;降水量;特性

1 地理概况

拒马河流域山区部分位于太行山迎风区北部,在北纬39°07′～39°58′和东经114°28′～115°43′之间。北部连西北山间盆地和北京西山地区,西部以山西省为邻,南部与大清河南支山区相接,东部以100 m等高线为界。该流域的南北长约94 km,东西宽在28～106 km之间,面积为5 651 km2,占全省拒马河面积的71.2%,占全省太行山迎风区面积的20.4%,占全省山区面积的4.9%。该流域处于太行山迎风区,地形复杂多样,河谷、丘陵和低中山相互交错,对流域内降水的地区分布影响显著。

河北省拒马河山区包括紫荆关以上山区、紫荆关与张坊区间河北山区、安各庄以上易水山区、安各庄以下易水山区。拒马河山区发源于太行山深处河北省涞源县境内,其源头的泉水温度常年保持在7℃左右,成为冬季北方最大的不结冰的河。

2 降水影响因素

2.1 气候

河北省拒马河山区属暖温带大陆性季风气候区,年平均降水量大部分在500～670 mm之间。拒马河山区降水量高值区在紫荆关、平顶山、水口、插箭岭、安各庄水库一带,年平均降雨量大于600 mm;拒马河山区的北部降水量较小,在500 mm左右。全区年平均气温大约9℃。1月份气温最低,月平均气温大约在-6℃; 7月份最热,月平均气温大约24℃。全区年平均降水量568.3 mm,年日照大约2 700 h,无霜期130～140 d。冬季,受极地大陆气团控制,气候寒冷,雨雪稀少;春季,受变性大陆气团影响,降水不多,由于偏北或偏西风盛行,蒸发量增大,往往形成干旱天气;夏季,由于太平洋副热带高压脊线北移,促使西南和东南洋面上暖湿气流向本区输送,成为主要降水季节;秋季,东南季风减退,极地大陆气团逐渐加强,逐渐变为秋高气爽的少雨季节[1]。位于北半球西太平洋地区的副热带高压是一条稳定少动的深厚暖性高压,其活动具有短期变化、季节变化及多年变化的特点,同时与该区降水有着密切关系。每年6月中旬至7月上旬,副热带高压脊线位于北纬20°～25°之间,其北缘的大雨带随之移至该区,使该区进入汛期,常出现降水天气。7月中下旬,副热带高压脊线达北纬25°以北,雨带也北移,受雨带北移的影响,该区常出现暴雨天气。7月下旬至8月上旬,副热带高压脊线向北推到北纬30°,此时,该区大致处于副热带高压西侧,经常受台风、东蒙低涡、黄河气旋等影响,也容易引起暴雨,因此,7月下旬至8月上旬是副热带高压发展的强盛时期,也是该区天气系统最活跃时期,其间区内降水量最为集中。此期间,出现的暴雨不仅场次多,而且量级大,最易引起洪涝灾害。如1963年8月上旬该区发生的特大暴雨,最大点雨量发生在大良岗站,24 h最大降水量达590.0 mm,72 h最大降水量达911.0 mm。

2.2 地形

拒马河山区地形对降雨的影响比较明显[2]。降雨量高值均发生在迎风坡地面坡度较陡的地方,降雨量在迎风区随高程增加而增大,当到达一定高度时,由于空气中的水汽含量相对减少,降雨量则随高程增加而减少。图1为经过暴雨中心作的高程与降雨量之间的关系。其剖面为西南-东北向。图1反映出了拒马河山区地形起伏变化对降雨量的影响。地形越高越陡,附近雨量就越大,反之,地形降低,雨量也随之减少。雨量的增减与地形高低趋势基本一致,即雨峰与河谷附近的山峰高度大体上相对应。

在拒马河山区,除气候因素外,地形往往是降雨形成的主要影响因素,对于暴雨,地形影响更为显著。

图1 拒马河西南—东北方向(经暴雨中心)剖面

3 系列代表性分析

评价一个系列的代表性,不仅要看系列的长短,更重要的是看系列本身的丰枯结构和统计参数的相对稳定程度。若在一个随机系列中,有一个或几个完整的丰枯周期,其中又包含长系列中的最大和最小值,统计参数均值H,Cv,Cs/Cv相对稳定,则一般认为这个系列的代表性比较好[3]。

根据河北省拒马河长系列雨量站的统计资料,在不同的分区内共选择降水资料系列在70年以上的站2处,分析计算长系列的均值与同步期1956～2008(53年)、1956～1979(24年)、1971～2008(38年)、1980～2008(29年)不同时段的均值之比(见表1),来判断不同系列的代表性。由表1可见:53年系列的两代表站均值H53与长系列均值Hn之比为0.97和0.99,其均值比长系列均值偏小2.3%;24年系列均值比长系列均值偏大7.2%;38年系列与29年系列均值比长系列均值分别偏小5.5%和10.1%。通过分析可以看出,采用1956～2008年系列的均值与长系列均值基本一致。

表1 长短系列均值对比

4 年降水量的计算与分析

4.1 水资源评价分区

在水资源评价分区的基础上,根据河北省拒马河流域水系,将拒马河山区划分为4个分区[4]。各分区名称及面积见表2。

表2 拒马河山区分区年降水量成果表

4.2 年降水量的计算与分析

流域各分区的年降水量采用网格法计算[5]。其方法是将计算区按经纬度以一定间距划分成网格,然后依据选用雨量站资料计算出网格节点的降水量,再求网格节点降水量的算术平均值即得分区降水量。计算中采用了所有常年站的降水量资料,计算结果见表2。经计算,拒马河山区多年平均降水量为568.3 mm(1956～2008年)。安各庄以下易水山区最大,为593.2 mm,安各庄以上易水山区次之,为653.4 mm;紫荆关、张坊区间河北山区最小,为543.5 mm。

4.3 分区降水量的年代变化

在拒马河山区53年(1956～2008年)降水量系列中,20世纪50年代拒马河处于丰水期,其余5个年代均处于平水期。50年代(1956～1959年)平均年降水量比53年系列的均值偏大39%;60年代(1960～1969年)平均降水量比53年系列的均值偏大5%;70年代(1970～1979年)平均降水量比53年系列的均值偏大3%;80年代(1980～1989年)平均降水量比53年系列的均值偏小9%;90年代(1990～2000年)平均降水量比53年系列的均值偏小2%;21世纪10年代(2000～2008年)平均降水量比53年系列的均值偏小13%。

由四级流域分区降水量年代变化可以看出,在山区,50～60年代平均年降水量比53年系列的均值偏大49%～3%;70年代除安各庄以上易水山区的平均年降水量比53年系列的均值偏小2%外,其余3个区平均年降水量比53年系列的均值偏大5%～2%;80年代平均降水量比53年系列的均值偏小10%～6%;90年代平均降水量比53年系列的均值偏小4%～2%;21世纪10年代平均降水量比53年系列的均值偏小14%～12%。见图2、表3。

图2 拒马河及山区平原降水量年代变化柱状图

表3 拒马河山区各分区长短系列降水量均值对比

4.4 降水量分析成果的比较

拒马河的第一次水资源评价所采用的系列为1956～1979年,第二次水资源评价所采用的系列为1956～2000年,本次分析所采用的系列为1956～2008年,各次评价、分析的成果见表4。由于本次分析所采用的系列(1956～2008年)加入了20世纪80年代的偏枯段,因此,山区多年平均降水量比第一次评价成果减少了8.7%,比第二次评价成果减少了2.4%。

表4 拒马河山区年降水量评价成果对比表

5 降水量的时空变化

5.1 降水量的地区分布

拒马河多年平均降水量的区域分布规律主要受气候、地形等因素的影响。年降水量分布的总趋势是由太行山迎风坡多雨区分别向西北和东南两侧减少。多雨中心在紫荆关、平顶山、水口、插箭岭、安各庄水库一带,中心降水量在600 mm以上。其余14处雨量站年降水量在510 mm～590 mm之间。单站降水量以拒马河的紫荆关为最大,多年平均降水量达666.8 mm,而赵家蓬站多年平均降水量最小,为514.3 mm。

5.2 降水量的年内分配及多年变化

拒马河山区降水量具有年内分配非常集中,年际变化大、地区分布不均的特点。从8处雨量站多年平均最大4个月降水量占年降水量的百分数(见表5)可以看出,降水量集中在汛期(6～9月),占年降水量的80.6%～82.7%,非汛期8个月的降水量占年降水量的17.3%～19.4%。而汛期的降水量又主要集中在7、8两个月,甚至更短时间之内。

降水量受多变的气象因素和固定的地形等因素的综合影响,年际变化比较大。降水量年际变化的大小,可用变差系数或极值比(最大值与最小值之比)加以衡量。年降水量系列的Cv值越大,极值比越大,降水量年际变化越不均匀。拒马河年降水量变差系数Cv值的范围为0.25～0.36。

各雨量站实测最小年降水量在214.7～366.8 mm,如旺隆水库站1972年降水量仅214.7 mm。实测最大年降水量相差也很悬殊,各雨量站实测最大年降水量在843.5～1 466.2 mm,水口站1963年降水量为1 466.2 mm。

表5 拒马河山区代表站多年平均最大4个月降水量占年降水量的百分比

6 结语

①河北省拒马河山区夏秋多雨,春冬季干旱,降雨年内分配很不均匀,年际变化较大。

②拒马河山区降水量年内年际变化剧烈,水资源开发利用难度较大,造成丰水年洪水资源无法充分利用,枯水年径流量很少,无法满足区域水需求。

[1] 李素霞.河北省太行山迎风区降雨径流特征[J].水文,2009,29(3):93-94.

[2] 河北省可能最大暴雨等值线图编制小组.河北省暴雨特性初步分析[Z].1977.

[3] 李素霞,郎洪钢.河北省年降水量系列代表性分析[J].海河水利,2004(5):43-45.

[4] 李晓春.保定市年径流特性分析[J].河北工程技术高等专科学校学报,2009(2):39-41.

[5] 河北省水资源评价[R].河北省水利厅,2004.

(责任编辑:翟国静)

Analysis of Precipitation Characteristics in Mountainous Area of Juma River Basin of Hebei Province

GUAO Qing-hong1,ZHU Hong2
(1.Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Hebei Province,050031,Shijiazhuang,Hebei,China; 2.Taolinkou Reservoir Management Office of Hebei Province,066004,Lulong,Hebei,China)

The paper introduces the situation of the mountainous area of Juma River basin of Hebei Province.It analyses the factors influencing precipitation,precipitation series representation,and the spatial and temporal distribution of years of average precipitation,and the era of partition precipitation changes.

Juma River;precipitation;characteristic

P426.6

A

1008-3782(2012)02-0001-04

2012-03-18

郭庆宏(1968-),男,河北省峰峰矿区人,河北省水文水资源勘测局高级工程师,主要从事水文科技工作。