青岛市暴雨统计参数特征与规律研究分析

2013-09-13盛茂刚郑志国

治淮 2013年4期

盛茂刚郑志国王霞

一、前言

青岛市地处山东半岛南部，地形特点是东高西低，南北两侧隆起、中间低陷。全市多年平均降水量688.2mm，降水量年内分配不均，年降水量的70%集中在6～9月份，汛期降水又主要集中在7～8月的几次暴雨中。因此，暴雨是青岛市降水的主要来源，同时也是洪水形成的主要原因。

青岛市多年来的防汛、流域规划和水利工程设计运行一直采用的是1975年版《山东省水文图集》中的有关暴雨图表和参数。随着时间推移，其中的图表和参数已远远不能满足当前国民经济各部门的需要。当时分析所采用的资料是截止到1970年，这40多年中，水文规律发生了很大变化。青岛市出现了1981～1984年的连续枯水年，也出现了1997年有水文记录以来平均降雨量最大的一场暴雨，还有2001年8月1日崂山地区的特大暴雨洪水等雨情、水情。为满足青岛市防汛、流域规划和水利工程设计运行的需要，对区域内暴雨统计参数特征及规律进行分析研究十分必要。

二、资料与分析方法

1.资料

全面搜集青岛地区曾有过的全部87个雨量站及邻区14个雨量站的雨量资料，时间系列为1952～2006年，进行资料系列的三性分析，并对部分雨量站中个别年份缺失资料的情况进行了差补延长。全部暴雨统计数据为22768站年。与此同时，在全面搜集雨量资料的基础上，为了确保绘制等值线图的资料一致性，雨量站观测年数不应小于30年。对于大于20年小于30年的特征量一般不予采用，若该站观测年限处于本地区降水量偏丰时期（20世纪50年代、60年代丰水期或1997年、1999年、2001年、2006年有较集中暴雨期），则实测最大点雨量可以采用。本次研究中参加统计参数计算的测站共89站（青岛地区76站，邻区13站），占全部101站的88%，参加统计参数计算的资料量共计21754站年，占全部统计资料的95.5%。

2.分析方法

本次分析各历时点雨量均采用“年最大值法”独立选样。共选用最大10min～3d时段7种历时暴雨，站网密度分别为 426、180、133、118、118、118、118km2/站；暴雨资料分别为 870、2255、3156、3852、3836、3908、3877站年。总的来说，本次分析所选雨量站具有较好的空间代表性，暴雨资料具有较好的系列代表性。通过对历时不同统计参数进行计算，将计算结果绘制于地形图上，形成了一套完整的青岛市暴雨统计参数图表成果。该套成果包含7种历时、3种参数类型图表，具体内容如下：

（1）7种历时：10min、60min、2h、6h、12h、24h、3d。

（2）3种参数类型成果：均值等值线图、均值变差系数等值线图、百年一遇点雨量等值线图。

暴雨统计参数的估算，采用皮尔逊Ⅲ型频率曲线程序统一计算，均值采用算术平均值，Cs/Cv值按山东省统一规定取3.5，Cv值以皮尔逊Ⅲ频率曲线程序目估适线可得；等值线的绘制利用地理信息系统软件Arcgis9.3中空间差值分析功能其中的一种反距离权重插值法（Inverse DistanceWeighting）为依据，做出降水量、变差系数等值线图。

三、研究成果

1.各历时暴雨统计参数特征表

在充分研究和选取雨量站及雨量资料的基础上，对各历时暴雨的最大点雨量、均值、均值变差系数和百年一遇点雨量进行统计计算，结果见表1。

通过表1看出，随着历时的增加，最大点雨量值、均值、百年一遇点雨量值也在增加，而且均值和百年一遇点雨量值的变化幅度也在增加；变差系数的变化不是特别明显，变化幅度较小。

2.各历时暴雨统计参数特征图

将各历时暴雨统计参数的计算结果绘制于地形图上，形成了不同历时点雨量均值等值线图、均值变差系数等值线图和百年一遇点雨量等值线图。从各历时最大点雨量均值等值线分布看，短历时雨量的地理分布变化较缓，地形影响较小；长历时暴雨受地形影响明显，东南向西北变化逐步显现。均值变差系数随历时的变化幅度较小，符合地理分布的基本特征。实测最大点雨量大体上与均值具有相似的空间分布趋势，均值变差系数大的地区极值一般也比较大。百年一遇点雨量的分布与实测最大点雨量地理分布相似，总体特点是均值较大和均值变差系数较大的地区百年一遇雨量也比较高。从区域分布看，崂山地区不仅是各种历时暴雨的高值中心，变差系数也是较大区域，这与其特殊的地理位置相符。

表1 各历时暴雨统计参数特征表

3.暴雨时空变化规律分析

（1）暴雨时间变化规律

本次研究对最大 6h、12h、24h、3d降雨量年际变化做了分析。这4种历时降雨资料系列比较长，可靠性和代表性比较好，而且能够反映短历时降雨和次降雨的变化规律。

在分析过程中，选用小荆兰庄、北昌村、南墅、岚西头、红旗、胶南、即墨、崂山水库、青岛9个雨量站453站年资料，这几个站所处地理位置也能够很好地反应青岛市不同地区的降雨量特点。此外，在分析过程中，将降雨时段划分为20世纪60年代以前（即1969年以前）、70年代（1970～1979年）、80年代（1980～1989年）、90年代（1980～1989年）、2000～2006年，由于青岛市大部分雨量站建站时期为20世纪50或60年代，降水资料不充分，由于这两个时期都处于丰水期，因此合为一个时段。

从图1可以看出，20世纪60、70、90年代以及近几年各历时最大降雨量维持在平均值附近，80年代各历时最大降雨量低于其他几个时段，这也与实际情况符合，80年代为青岛市的枯水年代。虽然90年代及近几年各历时最大降雨量没有很大变化，但是每年发生灾害性暴雨的可能性增大，从各历时最大点雨量发生的时间看（见表1），除最大60min点雨量发生在60年代外，其他历时的最大点雨量均发生在近二十年，特别是近几年，如2006年8月26日，在即墨王村出现了有记录以来最大的6h特大暴雨，降雨量达到434mm。

（2）暴雨空间变化规律

青岛市地处沿海，地形复杂，而地形对暴雨有重要影响。根据地形和地理位置的不同，把青岛市划分为以下几个区：胶北低山、丘陵区，包括青岛市北部的平度、莱西两市的北部低山丘陵区，该区地势复杂，有比较著名的大泽山，海拔相对高度100～200m。中部胶莱平原区，位于莱西、平度、即墨、胶州四市之间的平原、洼地，包括在青岛市的整个胶莱平原，含胶莱河谷平原、姜山大洼和即墨西北平原等。东南沿海中低山丘陵区，处于青岛东南部，面临黄海，全区地貌以低山丘陵为主，北部以崂山为主峰，南部以小珠山、铁橛山、灵山为低山，其他为丘陵和山前平原。

总体上看，胶北低山、丘陵区由于位于内陆地区，降水量相对较少，但是受大泽山和莱西北部山地影响，会出现暴雨中心；而东南沿海中低山丘陵区由于水汽充足，再加上受山地地形影响，是降水量相对较高的区域，崂山地区更是各种历时暴雨的高值区。中部平原区地势比较低、平缓，很难形成暴雨中心，降水量相对也比较少。青岛市各历时暴雨统计参数等值线从总体上看，为由东南沿海向西北内陆递减。分地区看为胶北低山、丘陵区从北向南递减；东南沿海中低山丘陵区的崂山区从东向西递减，而西南铁橛山、珠山区则从南向北递减。暴雨统计参数等值线走向、梯度、数值与地形变化相符合。