山东省点暴雨极值的地域分布及影响因素分析.doc

山东省点暴雨极值地域分布及影响因素分析 陈干琴（山东省水文水资源勘测局，山东 济南 250014）摘要: 根据山东省业已发生的实测和调查暴雨资料，编制了五种标准历时的暴雨极值分布图，分析了山东省各历时暴雨极值的分布规律和特点，并简要分析了其影响因素，对山东省设计暴雨洪水分析计算、有关工程规划设计、防洪减灾等工作具有重要意义。关键词: 暴雨；极值；地域分布；山东省1.前言暴雨极值为某个地点或地区内历年实际发生暴雨的极端记录，一般指全年或规定季节内某一标准历时的最大雨深。暴雨极值的分析研究是稀遇设计暴雨和可能最大暴雨估算的关键，具有十分重要的实用价值。SL442006水利水电工程设计洪水计算规范1要求注意收集本地区及邻近地区的特大暴雨资料，设计成果要与特大暴雨记录作比较，以检查设计数据是否安全可靠。系统整理业已发生的实测和调查暴雨资料，制作暴雨极值分布的综合性图表，分析其分布规律，对水利水电工程的规划、设计和运行等具有重要作用。19771988年全国第一次暴雨参数图编制期间，山东省水文总站制作了全省10min3d五种标准历时的最大点雨量分布图；19972002年组织全国第二次暴雨参数图修编，山东省水文局对全省五种历时最大点雨量图进行了修编，但由于种种原因，未进行刊印。近十年来，山东省又发生了数场特大暴雨，鉴于当前病险水库设计暴雨洪水复核、有关工程规划设计、流域排涝规划等工作需要，山东省水文局于20082009年对暴雨参数图进行了重新修编，同时对各历时最大点雨量分布图进行了再次更新。王家祁等曾分析了中国点暴雨量极值的分布及其影响因素2 3。本文根据已经发生的实测和调查暴雨资料，借鉴以往有关分析工作的经验，制作了山东省10min3d五种标准历时的暴雨极值分布图，并探讨了不同历时暴雨极值的分布规律及其影响因素。2.采用资料本次分析选用了水文系统所有（包括现有和已撤消的）雨量站（包括有雨量观测项目的水文站、水位站等，下同）和部分气象站暴雨资料（主要是上个世纪80年代以前的资料），资料年限海河流域内测站截止2006年，黄河流域和淮河片截止2007年。五种历时10min、60min、6h、24h和3d依次选用雨量站数为500、752、1099、1170和1166站，雨量资料站年数为9669、18679、38602、41904和41120站年，站网密度分别为313、208、143、134和134 km2/站。总的来说，本次山东省暴雨极值分析所选雨量站具有如下特性：（1）全省雨量站网平均密度较大，达134km2/站，远远高于全国水文系统的雨量站网平均密度510 km2/站；（2）选用雨量站区域代表性较好，各历时所选雨量站的分布基本上都能反映暴雨分布的基本特征和地形对暴雨分布的影响，在暴雨多发地区和暴雨变化梯度较大的地区站网密度也比较大；（3）选用雨量站与以往暴雨分析选用站具有较好的一致性，以往分析的选用站都尽量采用；同时五种历时暴雨站网也尽可能的保持一致。根据各站历年最大点雨量，选出各单站暴雨极值，作为本次暴雨极值分析的基础依据。据统计，发现自第二次暴雨参数图修编以来，五种历时暴雨极值都发生了不同程度的更新。10min历时更新最多，近十年更新了所有站点的51.4%；其次60min更新了29.9%；6h更新了19.7%；24h和3d分别更新了12.4%和13.3%。因此，对暴雨参数图（特别是短历时参数图）进行重新修编是很有必要的。3.最大24h点暴雨量最大24h雨量一般包括了一次暴雨量的全部或主要部分，是点暴雨极值研究的基础。最大24h点雨量分布图的制作方法:根据各雨量站历年最大点雨量，选出所有选用站的暴雨极值；在小范围地区的地图上，仅标绘雨量突出的站点雨量极值。其它各历时暴雨极值分布图的制作方法与此相同。3.1暴雨极值地域分布概况山东省最大24h点雨量极值变幅为300600mm。其中，湖西平原区和泰沂山北区一般在330mm以下；鲁北平原区暴雨极值一般在330420mm之间，最高记录为480.7mm；泰沂山脉及以南一般在380mm以上；胶东半岛一般也在350mm以上。最大24h点雨量分布呈现以下几个高值区和低值区。（一） 高值区（1）沂山东南至五莲山。暴雨中心雨量在450mm以上，最大为597.7mm。（2）崂山地区。暴雨中心雨量在400mm以上，最大为576.7mm。（3）烟台中西部大沽河上游河谷地区。暴雨中心雨量达到400mm，最大调查雨量达740mm。（4）胶东半岛昆嵛山东部。暴雨中心雨量在400mm以上，最大为459mm。 （5）枣庄南部。暴雨中心雨量在400mm以上，最大为576mm。（6）沿泰山、禹城、临邑至宁津一带。暴雨中心雨量在400mm以上，最大为480.7mm。（二）低值区（1）泰沂山以北至东营。暴雨记录明显偏低，暴雨中心雨量一般在330mm以下。（2）湖西平原区。暴雨记录也偏低，暴雨中心雨量也在330mm以下。3.2暴雨极值地域分布特点 通过对暴雨极值分布图的研究，可以发现其地域分布具有如下特点：（1）表1和表2列出了山东省各纬带和各经带最大24h雨量记录。总的来说，暴雨极值的南北向变化和东西向变化都不太明显。如沿泰沂山脉将全省分为南北两部分，则北部的总体趋势是鲁北平原中西部偏高、鲁北平原东部至泰沂山北部偏低、胶东半岛偏高，即西高中低东高的趋势；南部的总体趋势是湖西平原偏低、泰沂山南区偏高，即西低东高的趋势。如沿南四湖泰山西济南商河庆云约东经117线将全省（胶东半岛除外）分为东西两部分，则西部的总体趋势是南低北高；东部的总体趋势则是南高北低。表1 山东省各纬带最大24h点雨量记录纬度()实测最大雨量接近最大雨量调查最大雨量雨深(mm)站名(所属县、市、区名)雨深(mm)站名(所属县、市、区名)雨深(mm)站名(所属县、市、区名)35.0576.0 夏镇(微山县)438.8峄城(峄城县)35.035.5394.1 刘庄(费县)379.0日照(日照市)35.536.0597.7 三里庄(诸城市)432.2长城岭(五莲县)36.036.5576.7 后汪涧(崂山区)497.1石埠子(安丘市)36.537.0434.6 即墨王村(即墨市)418.0禹城(禹城市)740.0 石河头(莱阳市)37.037.5480.7 夏口(临邑县)459.0成山头(荣城市)37.5415.5 宁津(宁津县)315.8王屋水库(龙口市)（2）暴雨极值的分布规律与年降水量4明显不同。从全省来看，暴雨极值的总体分布趋势不明显，高值区和低值区分散出现；而年降水量总体变化趋势非常明显，多年平均年降水量等值线总体上呈现西南东北走向，沿东南向西北递减，变化于550850mm之间。（3）地形对暴雨的影响明显。大多数暴雨高值带是山脉的迎风坡，如泰沂山脉及其南侧、胶东半岛低山丘陵及其南侧和崂山的迎风坡；泰沂山脉北侧则是明显的暴雨极值低值区。（4）鲁北平原德州范围的点雨量记录很大。中心雨量在400mm以上的暴雨发生多次，最高达480mm，是该地区的多年平均年降水量563mm的85%。表2 山东省各经带最大24h点雨量记录经度()实测最大雨量接近最大雨量调查最大雨量雨深(mm)站名(所属县、市、区名)雨深(mm)站名(所属县、市、区名)雨深(mm)站名(所属县、市、区名)116336.8 薛王刘闸(临清市)328.9中沙海(定陶县)116117480.7 夏口(临邑县)418.0禹城(禹城市)117118576.0 夏镇(微山县)438.8峄城(峄城县)118119396.0 九山(临朐县)394.1 刘庄(费县)119120597.7 三里庄(诸城市)497.1石埠子(安丘市)120121576.7 后汪涧(崂山区)434.6 即墨王村(即墨市)740.0 石河头(莱阳市)121122375.3 汪疃(文登市)316.3龙角山水库(乳山市)122459.0 成山头(荣城市)402.7 鲍村(荣城市)4.各历时最大点雨量不同历时最大点雨量记录的地区分布具有明显的差异。根据对不同历时暴雨极值记录的分析，分成如下三种历时区段讨论。4.1特短历时最大点雨量小尺度天气系统产生的降水范围小、历时短，但强度很大。最大10min和60min点雨量记录是代表。4.1.1雨量极值地域分布概况山东省最大10min点雨量极值一般在3545mm之间。胶东半岛中东部是个高值区，数次记录超过50mm，最高达63mm（为全省极大值）；湖西平原南部的极值记录也超过了50mm。山东省最大60min点雨量极值一般在110160mm之间。其中，泰沂山北部沿海至东营、滨州的大片地区为暴雨低值区，极值记录在110mm以下；湖西平原区和鲁北西部在120mm左右，泰沂山脉及其南部一般在120140mm 之间，其中，德州西部、泰山附近和泰沂山以南地区都出现了150mm以上的极值记录，全省最高记录163.9mm出现在苍山县的卞庄雨量站；胶东半岛在110150mm之间，其中，崂山地区和大沽河上游地区出现了140mm以上的暴雨记录。4.1.2雨量极值地域分布特点山东省10min和60min暴雨极值分布规律有所不同。现分别叙述。（一）10min暴雨极值地域分布特点（1）暴雨极值的地区差异较小。全省大多地区在40mm左右或以下，仅胶东半岛中东部和湖西平原南部出现了超过50mm的记录。（2）平原区的暴雨极值较大。湖西平原最高记录53.5mm，比泰沂山脉、崂山等迎风区的最高记录都要大。（3）暴雨极值受地形影响不明显。湖西平原最高记录53.5mm，泰沂山脉迎风区最高记录46.8mm，胶东低山丘陵区最高记录63.0mm。因此，10min暴雨极值基本不受地形影响。（4）10min暴雨极值与长历时创记录暴雨往往由不同场次暴雨形成。特短历时暴雨一般为局地雷阵雨，长历时特大暴雨一般为锋面雨、热带气旋雨、低涡切变暴雨等。（二）60min暴雨极值地域分布特点（1）60min暴雨极值的地区差异比10min明显加大。高值区极值记录超过160mm，低值区尚不及100mm。（2）平原区的极值记录比较大。鲁北平原区极值记录154.8mm，其量级已经可以和全省最高值区泰沂山脉南部相媲美。（3）已经显示出地形对暴雨极值的影响。泰沂山脉及以南、崂山地区和大沽河上游是明显的高值区。4.2短历时最大点雨量历时为124h之间的雨量为短历时雨量。6h点雨量是短历时雨量的代表。6h最大雨量一般为一次降水过程中雨强较大的部分，其雨量可占一次降水总量的大部分。6h降水极值一般由中尺度天气系统所致。4.2.1雨量极值地域分布概况 6h雨量极值比60min明显加大。湖西平原区和泰沂山以北的部分范围暴雨极值在250mm以下；鲁北平原区在300mm左右；泰沂山区在260mm左右；沿滕县、尼山、蒙山、沂山、五莲山迎风区，至大沽河上游、崂山地区暴雨极值在300mm以上， 其中沂山至五莲山之间、崂山北部沿海、胶东东端出现了400mm以上的记录，但都不超过430mm，全省极大值为莱阳市石河头调查暴雨740mm。4.2.2雨量极值地域分布特点 短历时雨量是从特短历时到中长历时过渡阶段的雨量，其雨量极值既有局地强对流降水的特征，又出现了一些具有明显天气尺度天气系统影响下连续性降水的特征。因此，短历时暴雨极值的分布特点具有特短历时和中长历时暴雨过渡和兼备的特征。 （1）天气尺度天气系统对暴雨极值的影响开始加大。（2）地形对暴雨影响明显。地形对10min暴雨基本没有影响，对60min暴雨开始产生影响，对6h暴雨影响明显。如尼山、蒙山、沂山、五莲山、崂山等的迎风区都是暴雨高值区。（3）鲁北平原的暴雨比较大。鲁北平原暴雨极值记录多在280mm以上，远远大于湖西平原的极值记录230mm左右，同时也超过了泰沂山区的暴雨记录260mm左右。（4）地区差异更为明显，在各山体的迎风区形成多个高值区。4.3长历时最大点雨量历时在1d以上的暴雨称为长历时暴雨。3d暴雨一般由一次天气过程形成，包括一次完整的暴雨过程，对洪水研究具有实用意义。4.3.1雨量极值地域分布概况最大3d和最大24h雨量极值分布比较一致。全省暴雨极值一般在330600mm之间。其中，湖西平原区在330mm左右；泰沂山北部沿海至鲁北滨海小河一般在330mm以下；鲁北平原区暴雨极值大多在330420mm之间，最高记录为480.7mm；泰沂山脉及以南地区一般在380450mm之间，枣庄西部平原出现了575.8mm的记录；沂山和五莲山之间是高值区，最高记录为681.3mm；胶东半岛一般在500mm以上,崂山地区出现了650.3mm的最高记录。4.3.2雨量极值地域分布特点3d历时暴雨记录分布特点一般和24h雨量分布相似，但有些特点表现得更为强烈。（1）除胶东半岛外，其它地区3d和24h暴雨的地区差异比较类似。胶东半岛3d暴雨极值比24h增加了近七成，导致3d历时全省地区差异扩大，即东西差异相对较大（西低东高），而南北差异相对偏小。（2）天气系统影响更为突出。长历时暴雨明显地取决于高降水强度的长时间持续，而不单纯依靠降水强度的进一步加大。长历时雨量特大暴雨都有比较稳定的环流形势，使天气系统得以较长时间的维持或有多个系统的通过。5.结语（1）暴雨极值的地域分布与年降水量明显不同。山东省多年平均年降水量的总体趋势是由东南沿海向鲁西北内陆递减；而全省暴雨极值的地区差异相对较小，且随着历时的增长，地区差异也有所不同。（2）全省10min历时暴雨极值地区差异非常小，基本不受地形影响；对于60min3d，暴雨极值的地区差异随着历时的增长变得略微复杂，且地形对极值地域分布的影响愈来愈明显。（3）对于中长历时而言，沿德州、禹城、济南、至泰山附近，沂山、五莲山、蒙山、尼山等的迎风区，崂山地区及其北部沿海，以及胶东半岛是山东省主要的暴雨极值高值区。（4）对于全省大部分地区（胶东半岛除外）而言，暴雨强度和暴雨总量在24h左右达到高峰，随着历时的延长，雨强减弱，暴雨量也增加有限；但胶东半岛区3d历时暴雨极值比24h仍增加了七成左右，说明胶东半岛长历时暴雨仍很突出