气候变化条件下辽宁省无资料地区设计暴雨新雨型分配计算研究

温笑寒

(辽宁省本溪水文局，辽宁 本溪 117000)

受气候变化影响，辽宁省从1990年开始，暴雨特征发生明显变化，主要表征在暴雨量级、暴雨中心位置以及暴雨发生的频率[1- 3]。对于无资料地区涉水工程洪水计算而言，采用设计暴雨推求设计洪水是最为主要的一种方式，特别是对于流域面积300km2以上的计算区域[4]。而受到气候变化影响，原暴雨雨型分配已不能满足新环境下设计暴雨计算的需求，需要结合暴雨数据，对不同区域设计雨型进行分析计算，从而得到气候变化下区域设计暴雨的新雨型[5- 7]。近些年来，国内许多学者针对设计暴雨雨型分配进行相关研究[8- 15]，这些成果中基本都基于实测暴雨数据进行分析，从而确定适合于不同区域暴雨特征的设计雨型。为此本文以辽宁地区为例，结合区域544个雨量站点的暴雨特征数据，对其暴雨特征进行分析，从而确定辽宁省无资料地区受气候变化影响下新的设计雨型。

1 设计暴雨雨型计算方法

由多次实际暴雨，分析出暴雨时程特征，根据暴雨时程特征分配设计暴雨时程雨量，得到设计暴雨时程分配雨型。资料选样时，用于分析暴雨的测站应分布在暴雨特性较为一致的各个分区，且能代表分区分布情况。对于一次暴雨应避免重复选用多站，因为同一次暴雨的各雨量站观测的雨量过程可能一致。多暴雨年份可选用多次暴雨，以增加分析场次。如果暴雨有明显季节变化，还需分析暴雨的成因天气，可以考虑暴雨天气成因分开处理。在雨型分析选样中，应注意反映各种历时大暴雨的典型，既要包括长历时雨量特大暴雨，也要包括短历时大暴雨。

暴雨雨型分配的主要特征为降雨的时段数目、降雨之间间隔、暴雨持续时间、最大暴雨统计特征值出现的时间以及不同时段暴雨的量级指标。此外，还需要对暴雨开始到结束的时间进行分析，一般采用外包和内包两种方式进行暴雨样本特征值的选样分析，外包统计是按照暴雨最大历时进行特征时段内最大雨量进行分析，然后从外到内依次选取历时较短的暴雨特征系列。内包就是从最短暴雨特征时段内的暴雨量级，从内向外进行延伸进行暴雨量级的依次选取。

雨型分区综合时，经多次暴雨分析对每次暴雨按时序排位采用众值法，按时段雨量出现次数最多序位确定各时段雨量排位。再按时段序位，计算同一序位时段雨量比例的均值，作为该序位时段雨量的比例。例如，分析30场暴雨，有15场最大1h雨量出现在第12序位，出现频次大于其它序位，可以确定第12序位为最大1h雨量的序位。同时计算这15场最大1h比例的均值，作为最大1h雨量的比例。同理，给出其它时段雨量的序位和比例，得到分区的时程分配雨型。

2 设计暴雨雨型计算

2.1 研究站点概况

以辽宁省水文基础信息库为基础，选取资料系列完整、可靠的544个站点建立暴雨资料集。站点分布如图1所示，收集全省雨量站历年雨量摘录数据，从中选取场次暴雨。选取原则：暴雨中心站场次暴雨量大于200mm、连续阵雨停雨间隔小于6h的场次暴雨，覆盖范围是与暴雨中心站场次暴雨历时同步的、且雨量大于30mm周边雨量站所包括的范围，共挑选162场暴雨。收集雨量站历年10min、30min、60min、1h、3h、6h、12h、24h、3d最大雨量，水文年鉴有这些时段的站，直接采用；没有这些时段的站，利用雨摘资料(作者核对)，滑动计算选最大值。

图1 544个选用站点分布

2.2 暴雨年内分布特征

根据气象部门对暴雨的分类，24h降雨量在50～99.9mm为暴雨，在100～249.9mm为大暴雨，大于250mm为特大暴雨。对162场暴雨进行分析，统计每场暴雨发生时间、24h降雨量级，结果见表1。

表1 不同月份各类暴雨分布 单位:次

从暴雨量级看，162场暴雨中，发生大暴雨60场、特大暴雨102场。暴雨集中在7、8月份的有143场，占总暴雨场次的90%。

2.3 历时、雨量分配特征

对162场暴雨降雨历时T进行了分析，结果见表2。并对典型场次暴雨时段进行了雨量分配，分配结果见表3。

表2 暴雨历时统计 单位:次

表3 场次暴雨时段雨量分配

有3场小于24h，其它均大于24h，表明辽宁暴雨持续时间(包括阵雨的间隙时间)普遍超过24h降雨过程。同时，分析了162场暴雨各时段雨量占总雨量百分比，取均值，从表3结果可看出，典型场次暴雨12h降雨量占总雨量的72%。

2.4 暴雨极值

从实测资料中分析各时段10min、30min、60min、1h、3h、6h、12h、24h、3d最大值出现时间、地点统计情况见表4。

表4 时段雨量极值统计

从表中可看出，不同时段暴雨极值主要分布在辽宁东部区域。辽宁东部属于暴雨多发地区，其10min暴雨量可达63.9mm，最大3d暴雨值可达到806.3mm，且从其发生的时间可看出，除1971年外，主要发生在7月下旬和8月上旬。

2.5 暴雨中心分布

有283个雨量站24h雨量大于200mm，在各分区的分布情况见表5。

表5 24h雨量大于200mm的雨量站分布

对辽宁省场次暴雨中心及大暴雨日数的空间分布进行了分析，结果如图2所示。

从表5中可看出，辽宁东部地区(III、IV区)、中部地区(I区)和西部地区(II、V、VI区)雨量大于200mm的站点数占全省站点数分别为64%、16%和20%，由此可知辽宁东部属于全省暴雨中心较为集中的区域。从图2中可看出，发生暴雨次数在35次以上的区域基本集中在辽宁东部及南部区域，主要覆盖的城市为本溪、丹东地区，与暴雨中心空间分布较为一致。

2.6 设计暴雨雨型分布结果

对辽宁东部、中部以及西部地区的设计暴雨雨型进行了分配，结果见表6—8。

图2 暴雨特征空间分析结果

表6 辽宁东部地区设计暴雨雨型分配结果

表8 辽宁西部地区设计暴雨雨型分配结果

从设计雨型来看，不同区域设计雨型不同，辽宁东区域主要雨量分布在前21h，21h雨量占总场次雨量的60%，场次降水主要分布在48h以内。辽宁中部地区主要分布前30h以内，场次降水主要分布在56h以内。辽宁西部地区属于暴雨历时较短的区域，从表8中可看出，其70%的降水分布在前15以内，95%以上的降水在24h之内结束。表明不同地区、不同雨型下的雨量分配，对于辽宁省无资料地区设计暴雨洪水计算具有重要应用价值。

3 主要结论

(1)相比于辽宁省早期设计雨型，新的雨型综合考虑了气候变化影响，并按不同分区设计雨型。与早期采用一种雨型进行暴雨分配相比，新雨型更为合理，可用于在无资料中等流域(流域面积1000km2以上)。

(2)受气候变化影响，辽宁省东部区域暴雨次数及频率都明显增加。应重点考虑这部分区域防洪安全，对于暴雨中心较为集中的区域加大防洪治理的力度，提高其防洪标准。

(3)本文未分析暴雨雨型变化的主因，在以后研究中还应重点针对气候变化对暴雨特征影响的主因进行探讨和分析。