水資源公報編制有關降水量分析計算及降雨等值線繪制

李 莉

(陜西省水文水資源勘測中心，陜西 西安 710100)

發布水資源公報是推動水資源有效利用和綜合規劃與水資源生態保護強化水資源管理的一項重要性工作。所提供的信息，是各級政府決策和有關部門工作的重要依據；降雨量分析計算與等值線繪制是編制水資源綜合規劃和水中長期供求規劃的基礎。

1 降水量分析基本要求

1)根據《水資源公報編制規程》(GB/T 23598-2009)的統一要求，并結合《水資源評價導則》(SL/T 238-1999)編制。

2)水資源分析應按照統一的分區進行，全國一般按照水資源三級區套行政區，陜西省一般按水資源四級區套地級行政區為計算分區(以下簡稱“計算分區”)，計算降水量。

3)降水量分析工作底圖應采用適當比例尺的國家正式出版的地形圖。應選擇明確、清楚、有經緯度且能有平地、坡地、平原等的地形圖作為工作底圖為參考圖層。

4)涉及的降水量多年平均值統一采用1956年～2000年系列的平均值。

2 資料收集、插補及可行性審查

1)在降水量的分析計算中，主要收集了以下資料：

①雨量站：分析區域及周邊雨量站基本情況和年月降水量資料。收集陜西、黃河委、長江委及鄰近周邊省區水文部門的雨量站年降水量資料。

②氣象站：區域氣象站基本情況和年月降水量資料。

③自然地理及水資源評價資料：主要有《陜西省自然地理》以及有關地質、地貌、氣候、植被和土壤等研究報告，陜西省水資源評價資料等。

2)有關資料的插補

插補是對年月降水量中缺測的月值應作出估算，使其達到年統計要求。水文部門現有雨量觀測站、雨量站點，其中少部分站的個別月份由于種種原因，缺測或觀測質量存在問題。因此，需要對其作插補，插補方法為：

①測枯季月雨量的站，一般采用自然地理和氣候條件相近的附近一站或者數站的同月降水量及月降水量的均值代替。一年中，缺測月份在半年以下的，先插補月雨量，再計算年雨量；缺測月份在半年以上的只插補年雨量。

②降水地域性分布規律比較明顯的秦嶺北麓，采用繪制降水量等值線圖內插法插補缺測站的年降水量。

3)降雨量資料的可行性審查

認真校對選用降雨量數據資料，對數據的來源、數據質量及數據相關情況應詳細標注。與鄰近站的資料進行對比，由于大多數為委托雨量站點，有些站觀測質量存在問題；或由于雨量站點雨量計(筒)位置設置存在問題，如不在空曠地點，降水有房屋或樹木遮擋；雨量站點設置在窄狹的山谷，比周圍的地形高程低等。這些雨量站點年降水量大多小于臨近雨量站的年降水量，歷年降水量系統偏小。因此，需要對區域雨量站的基本情況有充分的了解，從而掌握每個站點的代表性。對于這些雨量站點只能作為繪制年降水量等值線的輔助點據。

3 降水量分析計算

1)降水量分析計算的主要內容

水資源公報涉及降水量數據分析計算工作主要包括年降水量計算、降雨等值線圖的繪制及年度降水量距平等值線圖的繪制、水資源分區降水量的分析計算、降水量區域分布情況分析等。與上年和多年平均降水量數據比較計算分析，表示降水量的地區分布特征及其與正常的差別，從而可以反映各地區降水量的動態變化情況；可以選擇幾許雨量為代表站統計年代降水量，并可以與多年平均月分配降水量數據情況比較分析。

2)降水量的計算方法

通常雨量站觀測的降水量是一個點上單位降水量，代表測點周圍一個小區域的平均降水量。而對區域汛情豐枯的評估就需要掌握區域降水量。區域降水量需要由區域各點的降水量推算區域的平均降水量—面降雨量。面雨量是指某一特定的區域或流域平均降水的狀況。定義為單位面積上的降水量。

目前區域面降水量分析的計算方法主要有算術平均法、泰森多邊形法、等雨量線法(等值線法)、三角網坐標法、高程加權法等。

(1)算術平均法：本方法可以忽略了各雨量站所能代表的流域范圍，為各站具有相同的面積權重和高程權重，因而取其算術平均值的計算結果分析。此方法能粗略代表區域平均降水量，計算簡潔，工作量小。

(2)泰森多邊形法：又稱加權平均法或垂直平分法。本法的要點是求得流域各雨量站點的面積權重系數，用各站點的權重系數乘以降水量即為流域平均降水量。公式為：

式中：Xi為雨量站i的時段降雨量，mm；fi為雨量站i的多邊形面積，km2；F為各多邊形面積之和，km2。

圖1 泰森多邊形(流域垂直平分多邊形)

各站面積權重系數采用將流域內各相鄰測站用直線相連，作各連線的垂直平分線，把流域分為若干個多邊形，每個多邊形內都有一個雨量站，因此我們可以計算求得每個多邊形的面積，流域總面積為A，則每個雨量站的權重fi為：

fi=ΔAi/Ai=1，2，3，……

此方法比算術平均法考慮了降水量在地區上的不均勻性，但雨量站設置密度將直接影響計算成果的精度，適應于流域面積較小，雨量站設置密度大的區域計算分析。

(3)等雨量線法：表示雨量在地域上的分布情況。就是來繪制流域內雨量相同站點的連線，從而反映雨量在地域中的分布情況及降雨變化特征。在繪制等雨量曲線時應充分考慮當地的氣候條件以及自然界的地理條件特征對降水量的影響，也是本方法的明顯優勢，從而適宜于雨量站點密集的大中型流域。

(4)高程加權法：降水量的多少與高程的變化是有一定的關系，有的地區表現為雨量隨高度的增加而增大，有的地區反映出雨量隨高度的增加而增大是有一定限度，降雨超過一定高度時又隨高度的增加而減少，降雨量遞增梯度的大小與地域、和水汽來源遠近、緯度、山脈走向等多種因素都有關。所以本法適用于在于不同的高程設置足夠多雨量站區域。

(5)計算方法的選擇：以上各種方法對區域雨量站的布置有一定的要求，可以根據計算要求精度和雨量站布設情況來選擇計算方法。目前在全國水資源公報編制中絕大多數采用等雨量線量算法分析計算區域面降水量。

4 分區降水量的分析計算

4.1 計算分區

按照中華人民共和國《水資源公報編制規程》(GB/T 23598-2009)結合以往陜西省水資源開發利用規劃及水資源分區要求，按照水資源三級區套市級行政區對本省地市進行分區，將全省分為最小單元分區。各地市最小單元分區可根據地市水管理部門要求確定。

4.2 分區降水量的分析計算及匯總

對繪制的某一年降水量等值線圖，以最小單元為分區采用降水量等值線法進行降水量分析計算，然后按照各三級區所包含的最小單元作統計匯總，得到不同水資源分區和行政區的面降水量。

目前分區降水量的分析計算主要采用國家地理信息開發分析軟件和年降水量等值線量算等方法。陜西省一直采用年降水量等值線量算分析計算最小單元分區面降水量。

5 年降水量等值線(等雨量線)的繪制方法

(1)選擇資料質量好、系列完整、地區上分布均勻且能反映地形或高程有變化的雨量站作為繪制等值線的主要點據繪制。一般在降水量變化梯度較大的山區應盡多選取一些與兩個雨量站點，在降水量變化梯度較小的平原區應注意考慮站點的均勻分布和代表性；在雨量點據稀疏的地區，可選用一些報汛雨量站或中小河流站點數據參考，通過插補處理后作為繪制雨量等值線的輔助點據繪制。

(2)勾繪等值線時，一方面根據統計數據的可靠性程度及代表性為主要參考依據，另一方面可以根據地理位置和地形、景象等因素綜合分析等值線的合理分布情況為參考依據，既要考慮各站的統計數據，又要避免造成等值線過于蜿蜒或產生許多個小中心，為地輿、氣候規律所不能解釋的不合理現象。

(3)年降水量受緯度、距水汽來源以及地形地貌特征的綜合影響，年降水量在面上的變化比較復雜，山區等值線的勾繪，應要考慮降水量隨地面高程變化的對應關系，但也不應將等值線完全按等高線的走向勾繪；等值線必須與大尺度地形分水嶺走向大體相同，切忌橫穿山嶺。

(4)根據地理位置、地形、景象等自然因素，對降水量等值線的分布、走向、盤曲情況及高值區、低值區的位置應該進行合理性檢查。一般地理因素對年降水量影響的一般規律為：靠攏水汽來源的地方降水量要大于離開水汽來源的地方，山地要大于平原，迎風坡要大于背風坡。

(5)將繪制的等值線圖與以往編制的有關圖件進行相比，對有明顯差異的地區要進行分析產生的原因或做必要的修改。以反映降水量在地區上的分布變化規律和降雨趨勢。

(6)重點審查圖中比周圍降水量明顯偏小的站點降水量，凡點線差大于100 mm的雨量選用點據，應從氣候和下墊面條件等方面的合理與否分析，合理者，繪制等值線時要予以考慮，否則舍棄不予考慮。

(7)從等值線圖上量算的面平均降水量與根據區域各雨量數據資料(雨量站點舍棄的除外)計算的面平均降水量誤差宜控制在±5%之內，最大不能超過±10%。

6 計算降雨量成果的合理性分析

根據降雨量計算分析進行不同計算方法的比較、等值線圖的比較、同時與徑流深的比較、與相鄰多年值比較，進一步能反映降雨分布情況及水資源量變化趨勢情況。

7 結語

陜西省降雨量計算分析情況及數據給陜西省水資源公報生態保護提供了重要的有力數據支撐，為各級政府對水資源高質量發展提供重要的依據，提高全民的節水、惜水、保護水資源意識，是發布水資源公報的主要宗旨。