盛茂剛 鄭志國(guó) 王 霞

一、前言

青島市地處山東半島南部，地形特點(diǎn)是東高西低，南北兩側(cè)隆起、中間低陷。全市多年平均降水量688.2mm，降水量年內(nèi)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月的幾次暴雨中。因此，暴雨是青島市降水的主要來(lái)源，同時(shí)也是洪水形成的主要原因。

青島市多年來(lái)的防汛、流域規(guī)劃和水利工程設(shè)計(jì)運(yùn)行一直采用的是1975年版《山東省水文圖集》中的有關(guān)暴雨圖表和參數(shù)。隨著時(shí)間推移，其中的圖表和參數(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的需要。當(dāng)時(shí)分析所采用的資料是截止到1970年，這40多年中，水文規(guī)律發(fā)生了很大變化。青島市出現(xiàn)了1981～1984年的連續(xù)枯水年，也出現(xiàn)了1997年有水文記錄以來(lái)平均降雨量最大的一場(chǎng)暴雨，還有2001年8月1日嶗山地區(qū)的特大暴雨洪水等雨情、水情。為滿足青島市防汛、流域規(guī)劃和水利工程設(shè)計(jì)運(yùn)行的需要，對(duì)區(qū)域內(nèi)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)特征及規(guī)律進(jìn)行分析研究十分必要。

二、資料與分析方法

1.資料

全面搜集青島地區(qū)曾有過(guò)的全部87個(gè)雨量站及鄰區(qū)14個(gè)雨量站的雨量資料，時(shí)間系列為1952～2006年，進(jìn)行資料系列的三性分析，并對(duì)部分雨量站中個(gè)別年份缺失資料的情況進(jìn)行了差補(bǔ)延長(zhǎng)。全部暴雨統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為22768站年。與此同時(shí)，在全面搜集雨量資料的基礎(chǔ)上，為了確保繪制等值線圖的資料一致性，雨量站觀測(cè)年數(shù)不應(yīng)小于30年。對(duì)于大于20年小于30年的特征量一般不予采用，若該站觀測(cè)年限處于本地區(qū)降水量偏豐時(shí)期（20世紀(jì)50年代、60年代豐水期或1997年、1999年、2001年、2006年有較集中暴雨期），則實(shí)測(cè)最大點(diǎn)雨量可以采用。本次研究中參加統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算的測(cè)站共89站（青島地區(qū)76站，鄰區(qū)13站），占全部101站的88%，參加統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算的資料量共計(jì)21754站年，占全部統(tǒng)計(jì)資料的95.5%。

2.分析方法

本次分析各歷時(shí)點(diǎn)雨量均采用“年最大值法”獨(dú)立選樣。共選用最大10min～3d時(shí)段7種歷時(shí)暴雨，站網(wǎng)密度分別為 426、180、133、118、118、118、118km2/站；暴雨資料分別為 870、2255、3156、3852、3836、3908、3877站年?？偟膩?lái)說(shuō)，本次分析所選雨量站具有較好的空間代表性，暴雨資料具有較好的系列代表性。通過(guò)對(duì)歷時(shí)不同統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果繪制于地形圖上，形成了一套完整的青島市暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖表成果。該套成果包含7種歷時(shí)、3種參數(shù)類型圖表，具體內(nèi)容如下：

（1）7種歷時(shí)：10min、60min、2h、6h、12h、24h、3d。

（2）3種參數(shù)類型成果：均值等值線圖、均值變差系數(shù)等值線圖、百年一遇點(diǎn)雨量等值線圖。

暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)的估算，采用皮爾遜Ⅲ型頻率曲線程序統(tǒng)一計(jì)算，均值采用算術(shù)平均值，Cs/Cv值按山東省統(tǒng)一規(guī)定取3.5，Cv值以皮爾遜Ⅲ頻率曲線程序目估適線可得；等值線的繪制利用地理信息系統(tǒng)軟件Arcgis9.3中空間差值分析功能其中的一種反距離權(quán)重插值法（Inverse DistanceWeighting）為依據(jù)，做出降水量、變差系數(shù)等值線圖。

三、研究成果

1.各歷時(shí)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)特征表

在充分研究和選取雨量站及雨量資料的基礎(chǔ)上，對(duì)各歷時(shí)暴雨的最大點(diǎn)雨量、均值、均值變差系數(shù)和百年一遇點(diǎn)雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，結(jié)果見表1。

通過(guò)表1看出，隨著歷時(shí)的增加，最大點(diǎn)雨量值、均值、百年一遇點(diǎn)雨量值也在增加，而且均值和百年一遇點(diǎn)雨量值的變化幅度也在增加；變差系數(shù)的變化不是特別明顯，變化幅度較小。

2.各歷時(shí)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)特征圖

將各歷時(shí)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果繪制于地形圖上，形成了不同歷時(shí)點(diǎn)雨量均值等值線圖、均值變差系數(shù)等值線圖和百年一遇點(diǎn)雨量等值線圖。從各歷時(shí)最大點(diǎn)雨量均值等值線分布看，短歷時(shí)雨量的地理分布變化較緩，地形影響較?。婚L(zhǎng)歷時(shí)暴雨受地形影響明顯，東南向西北變化逐步顯現(xiàn)。均值變差系數(shù)隨歷時(shí)的變化幅度較小，符合地理分布的基本特征。實(shí)測(cè)最大點(diǎn)雨量大體上與均值具有相似的空間分布趨勢(shì)，均值變差系數(shù)大的地區(qū)極值一般也比較大。百年一遇點(diǎn)雨量的分布與實(shí)測(cè)最大點(diǎn)雨量地理分布相似，總體特點(diǎn)是均值較大和均值變差系數(shù)較大的地區(qū)百年一遇雨量也比較高。從區(qū)域分布看，嶗山地區(qū)不僅是各種歷時(shí)暴雨的高值中心，變差系數(shù)也是較大區(qū)域，這與其特殊的地理位置相符。

表1 各歷時(shí)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)特征表

3.暴雨時(shí)空變化規(guī)律分析

（1）暴雨時(shí)間變化規(guī)律

本次研究對(duì)最大 6h、12h、24h、3d降雨量年際變化做了分析。這4種歷時(shí)降雨資料系列比較長(zhǎng)，可靠性和代表性比較好，而且能夠反映短歷時(shí)降雨和次降雨的變化規(guī)律。

在分析過(guò)程中，選用小荊蘭莊、北昌村、南墅、嵐西頭、紅旗、膠南、即墨、嶗山水庫(kù)、青島9個(gè)雨量站453站年資料，這幾個(gè)站所處地理位置也能夠很好地反應(yīng)青島市不同地區(qū)的降雨量特點(diǎn)。此外，在分析過(guò)程中，將降雨時(shí)段劃分為20世紀(jì)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，由于青島市大部分雨量站建站時(shí)期為20世紀(jì)50或60年代，降水資料不充分，由于這兩個(gè)時(shí)期都處于豐水期，因此合為一個(gè)時(shí)段。

從圖1可以看出，20世紀(jì)60、70、90年代以及近幾年各歷時(shí)最大降雨量維持在平均值附近，80年代各歷時(shí)最大降雨量低于其他幾個(gè)時(shí)段，這也與實(shí)際情況符合，80年代為青島市的枯水年代。雖然90年代及近幾年各歷時(shí)最大降雨量沒有很大變化，但是每年發(fā)生災(zāi)害性暴雨的可能性增大，從各歷時(shí)最大點(diǎn)雨量發(fā)生的時(shí)間看（見表1），除最大60min點(diǎn)雨量發(fā)生在60年代外，其他歷時(shí)的最大點(diǎn)雨量均發(fā)生在近二十年，特別是近幾年，如2006年8月26日，在即墨王村出現(xiàn)了有記錄以來(lái)最大的6h特大暴雨，降雨量達(dá)到434mm。

（2）暴雨空間變化規(guī)律

青島市地處沿海，地形復(fù)雜，而地形對(duì)暴雨有重要影響。根據(jù)地形和地理位置的不同，把青島市劃分為以下幾個(gè)區(qū)：膠北低山、丘陵區(qū)，包括青島市北部的平度、萊西兩市的北部低山丘陵區(qū)，該區(qū)地勢(shì)復(fù)雜，有比較著名的大澤山，海拔相對(duì)高度100～200m。中部膠萊平原區(qū)，位于萊西、平度、即墨、膠州四市之間的平原、洼地，包括在青島市的整個(gè)膠萊平原，含膠萊河谷平原、姜山大洼和即墨西北平原等。東南沿海中低山丘陵區(qū)，處于青島東南部，面臨黃海，全區(qū)地貌以低山丘陵為主，北部以嶗山為主峰，南部以小珠山、鐵橛山、靈山為低山，其他為丘陵和山前平原。

總體上看，膠北低山、丘陵區(qū)由于位于內(nèi)陸地區(qū)，降水量相對(duì)較少，但是受大澤山和萊西北部山地影響，會(huì)出現(xiàn)暴雨中心；而東南沿海中低山丘陵區(qū)由于水汽充足，再加上受山地地形影響，是降水量相對(duì)較高的區(qū)域，嶗山地區(qū)更是各種歷時(shí)暴雨的高值區(qū)。中部平原區(qū)地勢(shì)比較低、平緩，很難形成暴雨中心，降水量相對(duì)也比較少。青島市各歷時(shí)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線從總體上看，為由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減。分地區(qū)看為膠北低山、丘陵區(qū)從北向南遞減；東南沿海中低山丘陵區(qū)的嶗山區(qū)從東向西遞減，而西南鐵橛山、珠山區(qū)則從南向北遞減。暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線走向、梯度、數(shù)值與地形變化相符合。

四、結(jié)語(yǔ)

青島市雨量資料翔實(shí)，流量資料較少，而暴雨是形成青島市洪水的主要原因，因此本研究成果在有流量資料、無(wú)流量資料和流量資料短缺條件下均可應(yīng)用，特別是在無(wú)資料和資料缺乏地區(qū)的工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

研究成果可以作為水利、鐵路、公路、廠礦、電站、機(jī)場(chǎng)、城市防洪與排澇等工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、審查的重要水文依據(jù)，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益