水文学第 5 章 降水资料的收集与整理

5.2
降水分布 流域平均降水量（面平均雨量）
5.2.1
雨量站观测的降水量只代表点的降水，工程设计
需要整个流域面上降水量的空间分布和时间分布。 空间分布一般用流域面平均雨量（或称面雨量）来
表示，时间分布用降水强度过程线表示。
（1） 算术平均法（arithmetic mean method ）
流域内各站同时段的实测雨量算术平均：
n ' n 1 T T S S P' n 1 ' P S T
5min 10min
it ,T
15min 20min 30min 45min 60min 90min 120min
P’(%) P’
§5.4 暴雨强度公式的推求
5.4.1 暴雨强度公式
用曲线形式表示应用时不很方便，所以工程中一 般将 i ~ t ~ T 曲线族配一个函数形式。 将频率分析成果，表5-4中雨强~历时~重现期数 据做成图 i ~ t ~ T 。暴雨强度随历时增加而减小，这 种曲线一般属幂函数（power function）。
15 20 30 45 60 90 120
12.1 13.7 16.0 19.1 20.4 22.4 23.1
0.81 0.68 0.53 0.42 0.34 0.25 0.19
i
i1
i2
规律：平均雨
强随历时增长
而减小。
t1 t2 t3 历时
i3
排水工程：每 年统计6~8场最 大降雨，n ≥
20a.
第 5 章 降水资料的收集与整理
5.1
降
水
大气中各种形式的水汽凝结物降落到地面统称降 水。降水的形式有：雨（rain）、雪（snow）、露 （dew）、霜（frost）、雹（hail）等等。我国降水以
降雨为主，因此，也常把降水混称为降雨。
降水是水文循环（）的重要环节，也是人类用水 的主要来源。在排水工程设计中，如城市和工矿企业 的排水系统和防洪工程的设计中，需要收集降水（暴 雨）资料，推算设计雨水流量和设计洪水。
（2） 降水量的年内、年际变化
降水量的年内分配很不均匀，主要集中在春夏
季，例如长江以南地区，3～6月或4～7月雨量约占
全年的50～60%；华北、东北地区，6～9月雨量约
占全年的70～80%。
降水量的年际变化很大。年降水量越小的地方 往往年际间变化越大。
（3）我国大暴雨时空分布 4～6月，大暴雨主要出现在长江以南地区，其量级明 显自南向北递减，山区往往高于丘陵区与平原区。 7～8月，大暴雨分布很广，全国许多地方都出现过历
5.3 点雨量资料的整理
雨水排除系统所要排除的雨水，绝大部分属短历时暴 雨形成的，雨水径流量大。排水部门根据自记雨量计 自记雨量资料，选出每场暴雨进行分析，推算暴雨强
度~历时关系曲线，作为排水工程设计的依据。
规定的降雨历时：5、10、15、20、30、45、60、90、
120min共九种历时（当集水面积较小时，可以不统
（1）年降水量地理分布 根据多年平均雨量 、雨日（日降水量大于等于 0.1mm的日子）等，全国大体上可分为5个带： 1、十分湿润带（very humid zone） P ＞1600mm、T ＞160天，分布在广东、海南、 福建、台湾、浙江大部、广西东部、云南西南部、西 藏东南部、江西和湖南山区、四川西部山区。 2、湿润带（humid zone） P = 800～1600mm、T = 120～160天，分布在秦岭淮河以南的长江中下游地区、云、贵、川和广西的大 部分地区。
史上罕见的特大暴雨。
【例5.1】1975年8月5～7日，台风深入河南南部，滞 留、徘徊20多小时，林庄站24h雨量达1060.3mm，其 中6h达830.1mm是我国大陆强度最大的雨量记录.
【例5.2】1963年8月2～8日，海河受多次西南涡影响，
在太行山东侧山丘区连降7天7夜大暴雨，獐吆站雨量
2051mm，其中最大24h达950mm.
就是其中的雨量站代表的面积。设第i站代表的面积为
fi , 雨量为Pi , 则该法计算流域平均雨量的公式为:
Pi
fi
fi P F Pi i 1 F
n
(5.4)
fi /F ： 第i 站代表面积
占流域面积的比
值，称权重。
（3） 等雨量线法（isohyetal method）
根据流域及附近的雨量站观测的同一时段的雨量 值，参考地形影响，类似绘制地形等高线那样，画出 如图5.5的雨量等值线（isohyet）图，然后量出相邻等 值线间的流域面积 ，即可按下式计算流域平均雨量
计90、120min ）。按这一标准摘录和统计雨量资料。
一次降雨的中途，强度小于0.1mm/min的持续时间超
过120mm时，应作为两场降雨来统计。
【例5.4】图5.9是某雨量站记录到的一场历时102min
降雨量23.1mm的暴雨。由自记雨量计记录到的累积降
雨量曲线，根据上述的规定历时，摘录最大雨量，计
5.1.1
降水的观测
（Observation of precipitation）
为了掌握各地降水的变化，水文气象部门设立了
大量的雨量站、气象站、水文站观测降水。
（1）器测法
1）雨量器（rain gauge receiver）
如图5.1 ，是最简单的测雨器，分时段人工观测.
可把一天24h平均 分成几个时段进行， 并按北京标准时间 以8时为日分界点。
1 n P F Pi n i 1
(5.3)
P F ：某一指定时段的流域平均雨量，mm；
n ： 流域内的雨量站数；
Pi ：流域内第 i 站指定时段的雨量，mm. 该法简单，但是精度较差。在流域内地形起伏不 大，且雨量站分布较均匀时可获得良好效果。
（2） 加权平均法（Thiessen polygon method）
1977年8月1日，内蒙、陕西交界的乌审召出现强
雷暴雨，据调查，8～10h内4处雨量超1000mm，最大
一处超过1400mm，强度之大为世界所罕见。
9～11月，东南沿海、海南、台湾一带，受台风和南 下冷空气影响而出现大暴雨。
【例5.3】1975台湾新潦1967年10月17～19日曾出现 24h降雨1672mm，3日总雨量达2749mm的特大暴雨， 为全国最大记录。
'
m=50 次频率： m=50 次重现期： m=50 年重现期：
1 1 T ' 2 P 0.5
'
(次 )
T <1
n ' 20 T T 2 0.4 S 100
(a )
T 0.25 , 0.33 , 0.5 , 1 , 2 , 3 , 5 , 10
i (mm/min)
(a )
1 n Pi Pi 1 PF fi F i 1 2
fi ：相邻2条等雨量线间包围的面积。
(5.5)
5.2.2
多年平均最大24h降水量
多年平均最大24h降水量一般用等值线图表示， 各省水文手册中的水文图集都附有 等值线图，供工程设计用。
P 24 , CV
5.2.3
我国年降水量的分布
算各种历时最大雨强。 统计时一定要保证在规定的历时内的雨量要“连 续最大”，且要“长包短”，最后作雨强~历时关系曲 线。
历时 雨量 雨强 min mm mm/min 5 10 7.0 9.8 1.40 0.98
起讫时间 起 迄
16：43 16：43 16：43 16：43 16：43 16：43 16：37 16：37 16：37 16：48 16：53 16：58 17：03 17：13 17：28 17：37 18：07 18：19
2） 虹吸式自记雨量计（siphon rainfall recorder）
如图5.2，承雨器
将雨量导入浮子室，浮
子随注入的雨水增加而
上升，带动自记笔在附
有时钟的转筒上的记录 纸上连续记录随时间累 积增加的雨量。
当累积雨量达10mm时，
自行进行虹吸，使自记
笔立即垂直下落到记录
纸上纵坐标的零点，以 后又开始记录。
该法假定流域上各点的雨量以其最近的雨量站的 雨量为代表，因此需要采用一定的方法推求各站代表 的在流域中距其最近的点的面积，这些站代表的面积 图称泰森多边形，如图5.3所示。 其作法是：先用直线（图中的虚线）就近连接各站为 许多三角形，然后作各连线的垂直平分线，它们与流
域分水线一起组成n个多边形，每个多边形的面积，
暴雨（storm）：50~100mm
大暴雨（heavy storm）：100~200mm
Βιβλιοθήκη Baidu
特大暴雨（extraordinary storm）：>200mm
② 降雨历时（duration of rainfall）：
凡降水量都须指明历时，一般以min、h、d、a
等计. 如：次（过程）降水量、日降水量、月降水量、 年降水量；还有各种短历时的降雨量，如：10min、 30min、60min、3h、6h、12h降雨量、日降雨量、 24h降雨量等等。
频率分析（设计暴雨量推求）：年多个样本法 1、九种降雨历时，将统计出的每种历时暴雨强度资
料，不论年序从大到小排列，选择相当于年数3~5倍
[ S=（3~5）n ]的最大数值（S应大于40）组成一个样
本，计算每个雨强数据的经验频率（次频率），然后
频率分析，计算重现期为 0.25、0.33、0.50、1、2、3、
3、半湿润带（semi-humid zone） P = 400～800mm、 T = 80～100天，分布在华北平 原、东北、山西、陕西大部、甘肃、青海东南部、新 疆北部、四川西北和西藏东部。
4、半干旱带（semi-arid zone） P = 200～400mm、 T = 60～80天，分布在东北西 部、内蒙、宁夏、甘肃大部、新疆西部。 5、干旱带（arid zone） P ＜ 200mm、 T ＜60天，分布在内蒙、宁夏、甘 肃沙漠区、青海柴达木盆地、新疆塔里木盆地和准噶 尔盆地藏北羌塘地区。
5、10 a 的相应暴雨强度，作
4
5i ~ t ~关系表。表 T
2、九种降雨历时，每种历时每年从大到小选择3~5个 最大数值，组成一个样本，样本容量 S=（3~5）n（S 应大于40），计算每个雨强数据的经验频率（次频 率），然后频率分析，计算重现期为 0.25、0.33、
0.50、1、2、3、5、10 a 的相应暴雨强度，作 i ~ t ~ T
云图资料有两种：
可见光云图（visible cloud atlas）
红外云图（infrared cloud atlas）
根据云的反照率或红外辐射的强弱，对降雨
等进行预测。
5.1.2
降水的特征
表示降水特征的指标：
① 降雨量（amount of rain）：
降落到地面单位面积上的水层深度，以mm计 降雨量等级：凡日降雨量大于50mm称为暴雨
关系表。表5-4
排水过程中一般是两种方法的结合。
i
(mm/min)
5min 10min
it ,T
15min 20min 30min 45min 60min 90min 120min
P’(%)
T
次频率和重现期：
设有n年实测雨强资料，每年选择6~8场暴雨数据，
样本容量S=(3~5)n，次频率S’ 和次重现期 T’ 为：
③ 降雨强度或雨率（intensity of rainfall）： 单位时间内的降水量，以 mm/min、mm/h计
平均降水强度：
P i t
(5.1)
瞬时降水强度：
dP P i lim t 0 dt t
(5.2)
10
P
t
0 8:00
8:00
上述三项称为降雨的三要素。
④ 降雨面积（rainfall area）：以km2 计 ⑤ 暴雨中心（storm center）
'
S 5n 100
m 2 P 2% S 100
m=2 次频率：
m=2 次重现期： m=2 年重现期：
1 1 T ' 50 P 0.02
'
(次 ) (a )
T >1
n ' 20 T T 50 10 S 100 m 50 P 50% S 100
次频率：
m P S
'
m 1,2, S
次重现期：
1 T ' P
'
(次 )
次重现期和年重现期的换算关系：
n ' T T S
(a )
T 1 (a )
【例5.5】设有20年实测雨强资料，共取得100个最
大雨强数据组成一个样本，求m=2 和 m=50雨强的
频率和重现期。 解：
n 20 ,
（2）雷达探测
（radar observation of precipitation）
气象雷达利用云、雨、雪等对无线电波的反射现
象，随时探测降水的位置、移动速度、方向和变化情 况，进行降水预报。
（3） 气象卫星云图（satellite cloud picture）
利用气象卫星随时发回探测到的云图资料，