甘肃省最大点雨量量级分布规律及雨量衰减指数分析

(甘肃临洮水文水资源勘测局红旗水文站，甘肃 临洮 730500)

1 研究区域概况

甘肃省分属为河西内陆河、黄河和长江流域；区域面积约45.44万 km2，地形构造以丘陵和山地为主，泥石流灾害频发。境内东南部山大沟深重峦叠嶂水力侵蚀作用明显水土流失危害严重，并形成了黄土梁、塬、峁密布的独特地形；河西走廊区域其地理环境结构以戈壁沙漠、绿洲为主并呈现出断续状态，祁连山系气候寒冷且地势较高属于青藏高于东北边缘处，有山顶至山脚依次为冰川、积雪、森林和草原，该区域属于北边沙漠戈壁与河西走廊的水资源形成区。除局部地区如疏勒河下游和陇南谷底外其他区域海拔均不低于1 000 m。

甘肃省境内存在较多的高原和高山并因此造成气候变化出现复杂的格局，气候环境由东南区域的干旱区逐步过渡至西北区域的湿润区域，存在多个不同的气候过渡带；而在垂直方向上气候环境表现为由高原寒冷湿润区逐渐过渡至高山高寒半干旱区。气候环境在东西方向变化趋势为东部区域表现出与平凉、天水的气候特征相似性，西部区域表现出与青藏高原东部特征相似性。据此，甘肃省气候环境不仅表现出东西径向、南北纬向的变化特征，而且沿海拔高度表现出垂直变化特性[1]。

甘肃省降水在时空分布上明显不均衡，冬春季干旱少雨、夏秋炎热多雨，每年的7～9月为降雨旺季占全年的70%左右。甘肃省境内局部地区降水量明显大于其他区域如祁连山、华家岭、六盘山等区域属于暴雨集中区；而大部分地区为的干旱指数较高在5.0以上，其年降水量低于400 mm，仅有极少数的个别地区干旱指数低于1.0，降水量高于800 mm。

2 下垫面对暴雨影响分析

高原和山脉对甘肃省境内南方的暖气流与北方的冷气流之间的阻隔是引起该区域干旱少雨的主要因素，并且也是造成甘肃省西北部雨水较少、西南部雨水较多的关键因素，局部地区降水受下垫面和地形影响显著[2]。除了10 min时段以外其他各时段降水量均随高程的增加而增大，例如在相同区域的白龙乡下游其年降水量低于500 mm，然而河谷之上山区的年降雨量在700 mm以上；位于甘肃境内南太子山山峰和山麓周围的年降水量差距较大，分别为1 000 mm和300 mm。降水量在山区迎风坡明显高于北风坡，且暴雨中心往往形成于干旱区地形突起的山头或陡坎。沙漠戈壁地带变化的地带辐合能量和气流拢动活动在蒸腾作用下明显增强极易在此处形成暴雨中心，而地形的突起作用或戈壁附近的绿洲可明显提高暴雨的强度，例如古浪、玉门市在历史曾出现过多次大暴雨[3]。降雨受森林覆盖影响显著，结合降雨径流关系曲线可知森林在境内干旱区具有一定的增大降水、保蓄径流作用；例如在原始森林和灌木覆盖区其自然颈环、湿度和气温与附近环境存在较大差异，山上河谷常年径流、草木葱绿，其径流量与降水量明显增大形成了一个独立的小气候区，与附近黄土丘陵的光秃干燥环境存在明显差异[4]。

甘肃省暴雨区的划分应充分考虑下垫面对暴雨的影响作用，并结合暴雨相对一致的环流形式、水气输入方向和影响系统通常情况下将该区域划分为4个暴雨区。本研究分别对省内嘉陵江水系、内陆河流域、渭河、黄河干流区以及经河流域在各时段的最大点雨量量级级别分布规律进行研究和分析。

3 短历时实测与调查最大点雨量量级分布规律

3.1 10 min最大电雨量量分布

内陆河流域雨量在10～20 mm以及不大于10 mm的统计站数均为对应雨量级别站数的50%，仅有极少数站点雨量高于20 mm。张掖瓦房城站在1981年7月的10 min雨量为23.4 mm，为最大值；其次为玉门市在1979年7月的雨量值为21.5 mm。而在此期间，甘肃省境内除了黄河干支流区域少数雨量低于10 mm外，其他各区域雨量均高于10 mm。黄河干流区和渭河流域的10 min最大雨量在10～20 mm区间的统计站数分别占总站数的50%和80%，其中降雨量在20～30 min的站数分别占统计总站数的20%和40%及以上，存在少数站点暴雨在30 mm以上。此外，黄河干流区和渭河流域10 min降雨最大值分别出现在1991年6月的渭源县半阴坡村为41.8 mm和1978年7月的天水市石岭寺站为31.6 mm，次大降雨量分别出现在1961年7月的夏河县唐尕浪站为32.5 mm和1978年7月静宁县北峡站为26.0 mm。泾河区和境内嘉陵江水系的10 min最大雨量在10～20 mm区间的统计站数分别占总站数的50%和30%以上，其中降雨量在20～30 min的站数分别占统计总站数的40%和50%，泾河流域存在少数站点10 min降雨为30 mm而境内嘉陵江水系的站数在10%以上。此外，泾河流域和境内嘉陵江水系10 min降雨最大值分别出现在1983年9月的华亭站为31.3 mm和1967年7月的宕昌县三盘子站为47.7 mm，次大降雨量分别出现在1988年6月的环县木钵为30.9 mm和1973年5月的两当县东坡站为31.2 mm。

3.2 60min最大电雨量量分布

内陆河流域60 min最大点雨量在10～20 mm、20～30 mm、30～40 mm的站数分别占统计总站数的40%、40%、小于10%，存在少数站点60 min最大雨量高于40 mm；除调查值以外，60 min最大点雨量最大值和次大值分别出现在1979年8月的古浪县横梁站为45.1 mm和1959年7月的武威杂木寺站为43.2 mm，并且1991年7月在古浪县横梁一带的60 min雨量值为472.0 mm，是目前为止暴雨最大值。黄河干流区和渭河流域的60 min最大雨量在20～30 mm、30～40 mm、40～50 mm之间的站数分别占统计站数的16%、35%、30%和20%、40%、25%左右，存在少数雨量低于10 mm或高于60 mm的站数，其所占比例均低于10%。除调查值外黄河干流区和渭河流域的60 min最大雨量分别出现在1979年8月的临洮为74.1 mm和1982年8月的岷县闾井站为73.8，次大降水量分别出现在1979年8月的72.9 mm和1978年7月的天水市社棠站为62.7 mm。泾河流域和境内嘉陵江水系的60 min最大雨量在20～30 mm、30～40 mm、40～50 mm、50～60 mm之间的站数分别占统计站数的15%、40%、25%、10%左右和10%、30%、25%、25%左右，存在少数雨量在60～70 mm的站点且所占比例不足10%，存在个别雨量为70～80 mm的站点。除调查值外泾河流域和境内嘉陵江水系的60 min最大雨量分别出现在1971年7月合水为92.1 mm和1987年5月的文县鸪衣坝站为81.2 mm，次大降水量分别出现在1988/年7月的西峰市董志为79.2 mm和1967年7月的宕昌县三盘子站为72.7 mm。

3.3 6h最大电雨量量分布

内陆河流域6 h最大点雨量在10～20 mm、20～30 mm、30～40 mm、40～50 mm、50～60 mm的站数分别占统计总站数的10%、30%、31%%、17%、小于10%，存在少数站点6h最大雨量高于60 mm或70 mm；除调查值以外该区域60min最大点雨量最大值和次大值分别出现在1984年6月的玉门市为77.8 mm和1981年7月的石家庄站为70.5 mm。黄河干流区和渭河流域的6h最大雨量在50～60 mm、60～70 mm、70～80 mm、80～90 mm之间的站数分别占统计站数的30%、20%、20%、10%左右和30%、30%、17%、10%左右，存在少数6h雨量值在90～100 mm及以上的站点，大于100 mm的占比不足5%。除调查值外黄河干流区和渭河流域的6h最大雨量分别出现在1979年8月的和政为111.7 mm和1977年7月张家川回族自治县恭门站为99.0 mm。泾河流域和境内嘉陵江水系的6h最大雨量在50～60 mm、60～70 mm、70～80 mm、80～90 mm、90～100 mm之间的站数分别占统计站数的20%、15%、17%、10%、15%左右和11%、7%、12%、29%、20%，其他6h最大降雨在100 mm以上的站点占比不足10%。除调查值外泾河流域和境内嘉陵江水系的6h最大雨量分别出现在1961年6月的宁夏三关口站为167.0 mm和1964年7月的成县站为190.9 mm，次大降水量分别出现在1978年7月的庆阳县玄马站为141.0 mm和1992年8月的天水市辖区的太子石为166.0 mm。

表1 转折点在不同时段处的暴雨衰减指数

3.4 24h最大电雨量量分布

内陆河流域24h最大点雨量在30～40 mm、40～50 mm、50～60 mm、60～70 mm、70～80 mm的站数分别占统计总站数的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以上的均为%左右；结合调查值该区域24 h最大点雨量最大值和次大值分别出现在1966年8月的古浪县土门为228.0 mm和1977年8月的古浪裴家营为154.0 mm，其降雨量第三、第四值分别发生在1982年5月的玉门市旱峡为113.8 mm和1979年7月的阿克塞为113.0 mm。黄河干流区24 h最大雨量在50～60 mm、60～70 mm、70～80 mm、80～90 mm、90～110 mm之间的站数分别占统计站数的20%、16%、19%、19%、23%左右，渭河流域的在70～80 mm、80～100 mm、100～110 mm之间的站数均占统计站数的30%左右，存在个别24h雨量值小于50 mm及大于120 mm级别的站点。除调查值外黄河干流区和渭河流域的24 h最大雨量分别出现1967年7月的和政吊滩为132.3 mm和1996年7月的渭源县峡口站为156.6 mm，次大降水量分别出现在1964年7月的会宁县草滩站为131.0 mm和1977年7月静宁县雷大站为155.7 mm。泾河流域和境内嘉陵江水系的24 h最大雨量80～90 mm、90～100 mm、100 mm及以上站数分别占统计站数的15%、30%、50%左右和19%、13%、68%左右，存在少数雨量在150 mm以上的站点。结合调查结果泾河流域和境内嘉陵江水系的24 h最大雨量分别出现在1996年7月的镇原县开边站为215.7 mm和1976年7月的宕昌县化马为330.0 mm，次大降水量分别出现在1992年8月正宁县榆林子站为197.0 mm和1977年7月的文献碧口为215.8 mm。

4 暴雨衰减指数分析

利用水利部常用的暴雨衰减指数计算公式分别对长江流域、内陆河和黄河在不同时段的暴雨指数n进行计算，结果如表1所示。

本文分别统计了长江、黄河和内陆河流域的多个雨量站点的有关数据和资料，能够较为全面、客观的揭示甘肃省在不同自然地理条件下的暴雨变化特征。通常情况下，在干旱半干旱地区的雨量衰减指数变化区间较大，而在湿润地区的变化区间较小，该理论成果与本研究中黄河、内陆河流域n值变化较小的自然地理条件、气候环境和地形实际状况保持良好的一致性。研究表明，个别雨量站点的暴雨历时关系为一条曲线，而不表现出正相关性。在一条关系曲线上，其转折点可能出现在1h处、也可能存在在6h处，甚至可出现多个转折点。结合暴雨历时曲线在不同重现期的变化过程可知，暴雨重现期的改变对雨量衰减指数的影响作用不大；在双对数纸上的同一河流或同一区域相邻站暴雨历时有相似的相同处如衰减指数n的坡度和转折点非常相似，由此表明在该处的n值处于相对稳定状态；暴雨场次受降雨区域地形、地理条件、天气形势状况的作用影响表现出不同的特点，n值在不同雨量点表现出不同的特征，因此要结合各区域和雨量站点的暴雨资料针对不同重现期内的n值进行分析。

5 结语

综上所述，通过对甘肃省最大点雨量量级的分布规律及雨量衰减指数分析可知，通常情况下，在干旱半干旱地区的雨量衰减指数变化区间较大，而在湿润地区的变化区间较小。对于有资料数据的中小流域，应根据本流域暴雨参数对洪水进行推求和设计；而对于无资料数据的区域，应参考邻近区域相似的地理环境条件确定雨量站的统计参数，并对该区域的暴雨参数进行合适的设计和选取。