近年降雨數據對《新疆可能最大暴雨圖集》設計值的驗證

姚鵬亮，彭 亮

(1.新疆水利水電勘測設計院研究院，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆農業大學，新疆 烏魯木齊 830052)

在中小流域上修建水利工程、交通道路的橋涵建筑、城市和工礦地區的防洪工程，均須進行設計洪水計算，但中小流域往往缺少流量資料，通常采用暴雨途徑推求洪水的方法[1- 8]。目前規范中推薦使用的方法是推理公式法、經驗公式法和綜合單位線法[9]，而以上方法均需使用設計最大不同歷時降雨資料。設計降雨資料一般采用周圍氣象站或水文站等觀測的降雨資料，在參考暴雨圖集中設計成果后進行配線。《新疆維吾爾自治區可能最大暴雨圖集》[10](以下簡稱《新疆暴雨圖集》)為1983年編制完成的，采用的數據截止到1975年，距今已經40多年了，而從1987年開始，氣候變暖，降水顯著增多[11]，《新疆暴雨圖集》中的設計成果是否能包住近年來的暴雨值，為工程提供安全的設計洪水成果，避免對設計成果產生很大的影響[12]，應該進行驗證。

1 數據來源及篩選

暴雨圖集中采用水文站、氣象站的降雨資料年限為自建站以來至1975年。本次收集到新疆境內19個國際氣象站的自建站以來至2017年的降雨資料，數據主要來源于中國氣象數據網[14]。該19個氣象站(見圖1和表1)分布在阿勒泰山南坡、塔城盆地、博爾塔拉河流域、伊犁河流域、天山南北坡、開都河流域、阿爾金山北坡、昆侖山北坡、帕米爾高原、東疆，基本每個區域都有一個氣象站。

2 計算方法及成果對比

最大24h降雨值仍用暴雨圖集中方法，采用最大1d降雨乘以轉換系數K求得：

H24=KH日=1.13H日

實測值的分析方法參考暴雨圖集中方法，即采用PⅢ型曲線，參數中計算的均值基本不動，用最小二乘法計算出的變差系數CV基礎上，進行了協調處理，一般CV都大于計算值0.1～0.2，CV采用固定倍比，北疆和開都河流域采用CS/CV=3.5，南疆及東疆采用CS/CV=2.5。成果對比見表1。

一般在小流域修建的為中小工程，設計洪水標準為50～100年，以下主要對50年一遇和100年一遇的設計暴雨進行分析。表1中主要對比分析了19個氣象站的根據新疆暴雨圖集中參數采用PⅢ型曲線設計的50年一遇、100年一遇最大24h降雨值(以下簡稱暴雨圖集設計值)和根據實測數據采用PⅢ型曲線設計的50年一遇、100年一遇最大24h降雨值(以下簡稱實測數據設計值)。

表1 新疆境內國際氣象站信息一覽表

圖1 新疆境內國際氣象站分布圖

表1中差值為(暴雨圖集設計值-實測數據設計值)/暴雨圖集設計值，對50年一遇最大24h降雨值，實測數據設計值比暴雨圖集設計值小10%以上的氣象有6個，占32%、實測數據設計值比暴雨圖集設計值相差±10%以內的為5個，占26%,實測數據設計值比暴雨圖集設計值大10%以上的有8個，占42%。

3 成果分析及建議

對暴雨圖集設計值小于、等于、大于實測數據設計值的3種情況分別進行分析。

(1)暴雨圖集設計值比實測數據設計值偏小，以若羌氣象站為例，如圖 2所示，系列1采用實測的1954—2017年共64年的實測最大1d降雨量配線成果，系列2為暴雨圖集中給出該區域的參數配線成果。從圖中可看出系列1的10年一遇以上的降雨值大于暴雨圖集中參數配線成果。分析該類氣象站，發現該區域測站較少，若羌氣象站在周圍192km以內無降雨觀測站。編制暴雨圖集時采用的暴雨系列有限，僅從1956—1975年，調查的洪水資料較少。近幾年該氣象站的觀測資料突破了歷史的極值，如在若羌氣象站實測系列中1981年7月4—5日發生了一次特大暴雨為73.5mm，該量是若羌氣象站多年平均降雨量的2倍。這些實測極值明顯改變配線成果，顯著增大設計降雨成果。

若在該區域進行工程設計時，應在工程區域進行歷史暴雨、洪水調查與歷史文獻的搜集整理，或者對設計洪水成果進行加大處理，以確保設計洪水成果安全性。

表2 暴圖集中設計與實測數據設計的最大24h降雨成果對比表

圖2 若羌氣象站的最大24h降雨頻率曲線圖

(2)暴雨圖集設計值與實測數據設計值接近的，以喀什氣象站為例，如圖 3所示，系列1采用1952—2017年共66年的實測最大1d降雨量的配線成果，系列2為暴雨圖集中給出該區域的參數配線成果，從圖中可見系列1與系列2成果相近。分析該類氣象站區域，該區域有3～5個氣象、水文觀測站，且該區域的觀測站高差較小，可以相互佐證，暴雨圖集中配線參數綜合了該區域各氣象站降雨觀測資料，另外近幾年的該站的降雨資料的最大值，沒有突破暴雨圖集中在該區域觀測站點的歷史極大值。如在近幾年的氣象數據中，喀什市氣象站2004年5月發生一場39.9mm的降雨，雖然大于暴雨圖集中喀什市氣象站1964年5月25.1mm的降雨，但是仍小于距喀什市70km處岳普湖氣象站1972年7月41.0mm的降雨。

圖3 喀什氣象站的最大24h降雨頻率曲線圖

圖4 烏魯木齊氣象站的最大24h降雨頻率曲線圖

若在該區域進行工程設計時，根據實測數據設計值與暴雨圖集設計值相近，相互佐證后可以采用兩者中較大的設計成果進行工程設計洪水計算。

(3)暴雨圖集設計值高于實測數據設計值的情況，以烏魯木齊為例，如圖 4所示，系列1采用1951—2017年共67年實測最大1d降雨數據的配線成果，系列2為新疆暴雨圖集中給出該區域的參數配線成果，從圖中可見系列1成果明顯低于系列2成果。分析該類氣象站的區域，該區域一般降雨測站較多，且分布在山區、丘陵、山前平原不同的地帶，暴雨圖集中設計時綜合了該區域各氣象站降雨觀測資料，受同區域里高海拔測站降雨較大的影響，平原區的測站很難突破暴雨圖集中該區域的歷史極值。

如在近幾年的氣象數據中，烏魯木齊氣象站1978年6月發生一場57.7mm的降雨，雖然大于新疆暴雨圖集中烏魯木齊氣象站1963年6月29.1mm的降雨，但是仍小于距烏魯木齊氣象站約52km處英雄橋水文站1953年8月100mm的降雨，也小于距烏魯木齊氣象站約35km天池氣象站1942年9月80mm的降雨，而在暴雨圖集中以上3個降雨測站幾乎均被劃分在同一區域里。

建議采用該區域降雨資料時進行設計時，應該分析該區域氣候及降雨特性，分析工程的海拔高程，確定采用與建設工程高程相近的氣象站降雨數據。如烏魯木齊河流域若在上游大西溝修建水利工程等，則應該選用英雄橋水文站觀測的降雨數據并參考暴雨圖集中的參數，雖然僅相距50km，但與烏魯木齊氣象站的高差為1000m，已經遠超過了暴雨移置的高差為300m的限制[15]。

4 結語

本文通過增加氣象站近期的降雨量資料系列的設計成果與資料僅到1975年降雨系列成果對比，發現若羌、吐魯番、巴里坤等參數偏小，和田、烏魯木齊、阿勒泰地區等參數偏大。建議在這些地區參考使用《新疆暴雨圖集》時應采用搜集最新觀測或調查到的雨量資料對圖集中的等值線圖進行檢驗后使用，應參考地勢相似地區后嚴格遵守暴雨移置的高差的限制等。以上僅是部分資料根據筆者經驗進行的驗證成果，愿能引起廣大水文專業技術人員對該問題引起重視。