1湖北省暴雨等值线图修编说明.docx
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1湖北省暴雨等值线图修编说明
目录
一、《湖北省暴雨统计参数等值线图集》修编工作说明
二、湖北省暴雨参数等值线图、点雨量分布图
图1.《湖北省暴雨统计参数等值线图集》选用雨量站分布图
图2.湖北省年最大10分钟暴雨均值等值线图
图3.湖北省年最大60分钟暴雨均值等值线图
图4.湖北省年最大6小时暴雨均值等值线图
图5.湖北省年最大24小时暴雨均值等值线图
图6.湖北省年最大3天暴雨均值等值线图
图7.湖北省年最大10分钟暴雨参数cv等值线图
图8.湖北省年最大60分钟暴雨参数cv等值线图
图9.湖北省年最大6小时暴雨参数cv等值线图
图10.湖北省年最大24小时暴雨参数cv等值线图
图11.湖北省年最大3天暴雨及cv等值线图
图12.湖北省年最大10分钟点雨量R值分布图
图13.湖北省年最大60分钟点雨量R值分布图
图14.湖北省年最大6小时点雨量R值分布图
图15.湖北省年最大24小时点雨量R值分布图
图16.湖北省年最大3天点雨量R值分布图
图17.湖北省实测和调查最大10分钟点雨量分布图
图18.湖北省实测和调查最大60分钟点雨量分布图
图19.湖北省实测和调查最大6小时点雨量分布图
图20.湖北省实测和调查最大24小时点雨量分布图
图21.湖北省实测和调查最大3天点雨量分布图
三、湖北省暴雨统计参数分析计算成果表
表1.《湖北省暴雨统计参数等值线图集》选用雨量站属性表
表2.湖北省各站年最大10分钟点雨量统计参数表
表3.湖北省各站年最大60分钟点雨量统计参数表
表4.湖北省各站年最大6小时点雨量统计参数表
表5.湖北省各站年最大24小时点雨量统计参数表
表6.湖北省各站年最大3天点雨量统计参数表
表7.湖北省实测和调查最大10分钟点雨量记录表
表8.湖北省实测和调查最大60分钟点雨量记录表
表9.湖北省实测和调查最大6小时点雨量记录表
表10.湖北省实测和调查最大24小时点雨量记录表
表11.湖北省实测和调查最大3天点雨量记录表
水平和科技成果表达手段的进步，为这次修编工作提供了便利的条件。
此次编图充分应用了地理信息系统的新软件及电子地图等新技术。
湖北省的任务，经湖北省水利厅布置，由湖北省水文水资源局承担。
我省组成了编图工作组，从事编图工作。
采用编图技术组提供的技术大纲和编图软件。
于1999年底开始工作，2002年结束，编成《湖北省暴雨统计参数等值线图集》。
图集内容分暴雨参数等值线图和分布图、各站暴雨统计分析计算成果表两类。
成果图有新增资料至九十年代末期（1998年）的年最大五种历时（10分钟、60分钟、6小时、24小时、3天）暴雨统计参数（均值、变差系数）等值线图10幅，各站偏态系数与变差系数变倍比R（即cs/cv）分布图5幅，实测和调查最大各历时点雨量分布图5幅，编图选用雨量站分布图1幅；成果表有各站年最大五种历时暴雨统计参数表5份，内有各站均值计算值、cv准则计算值和目估调整值、R准则计算值和目估调整值，五种历时的实测和调查最大点雨量记录表5份，编图选用雨量站属性表1份。
我省修编工作自1999年11月开始，2000年3月完成初步成果。
经内部审查后，参加了在海南省海口市进行的中南、西南地区暴雨参数图集初步审查和拼图工作，与安徽、江西、湖南、重庆等省市进行等值线拼接。
根据审查意见和拼图后等值线的变动，又重新编绘等值线图（第二稿）。
又于2001年6月参加了在北京进行的华北、东北地区暴雨参数等值线图的拼图工作。
2001年11月编图技术组下发了参数估计的新版软件（gawin2000和p3fit2000）。
我们按照新软件重新估算参数，结合第二次拼图发现的问题，编绘了等值线图（第三稿），经技术组审定，最后定稿。
2002年根据技术组下发的“暴雨统计参数等值线图集地区成果技术细则”和“修编工作技术总结编写大纲”的要求进行了工作总结，完成了收尾工作，形成了《湖北省暴雨统计参数等值线图集》。
通过这次暴雨统计参数等值线图的修编工作，提高了我省暴雨统计分析的技术水平，加深了对本省的暴雨特性及有关自然规律的了解，为我省在水文工作中采用计算机作业和使用地理信息系统和电子地图方面积累了经验。
2、湖北省原编成果概况
我省上次的暴雨参数等值线图编图工作分三个阶段完成。
第一阶段编制的是历时为24小时的暴雨参数等值线图，开始于1976年，由原省水利设计院、省气象局、原省水文总站、原武汉水利电力学院四单位共同编绘。
于1981年在《湖北省可能最大暴雨图集》中刊印发布；第二阶段编制的是10分钟、60分钟、6小时三种历时的等值线图，编制单位是湖北省水利勘测设计院，1985年编成，在《湖北省暴雨径流查算图表》中刊印发布；第三阶段成果是由湖北省水利勘测设计院规划室绘制的“湖北省年最大72小时（三天）等值线图”（未见刊印图表）。
上次编图选用资料以水文部门的资料为主，还收集了部分气象台站的资料。
选用资料截止的年份：
10分钟、60分钟、6小时三种历时的截止1981年，24小时的截止1975年，3天的截止1982年。
上次所用的线型与这次相同，采用皮Ⅲ型频率曲线。
Cs统一采用Cv的3.5倍比。
单站系列经审定后，一般用矩法计算，用经验目估或三点法适线选配均值和变差系数。
上次编图选用站数及资料站年数统计见下表。
上次编图雨量资料利用情况表
历时
10′
60′
6h
24h
3d
用于参数计算的站数
站数
89
90
185
199
199
站年数
1638
1678
3502
5057
用于最大点雨量分布分析的站数
站数
280
147
286
241
275
站年数
3、暴雨数据库的建设
这次暴雨参数等值线图修编全国统一采用的时段是10分钟、60分钟、6小时、24小时、3天共五种历时，编绘这五种历时的暴雨参数等值线图。
统计抽样采用“年最大值法”，选取资料从雨量观测年份开始，截止到1998年。
根据部颁水文资料整编规范规定，各历时最大值采用滑动挑选，10分钟、60分钟滑动单位5分钟，6小时、24小时滑动单位1小时，3天的滑动单位为1天。
本次编图充分利用了现有雨量站的资料。
同时还利用了一部分已撤销但曾出现过大暴雨的站点的资料，选用了“35.7”和“98.7”特大暴雨年份的调查资料。
挑选雨量站的原则：
一是站点要有代表性，能反映我省暴雨分布的基本特征；二是面上分布要均匀，暴雨中心地带的密度高于一般地区的密度，暴雨变化梯度大的地区适当加密；三是资料系列较长，观测年数一般不少于20年；四是五种历时较为齐全制。
缺测中断年份的资料一般不予插补。
如缺测中断发生在大暴雨洪水年，且有地形地貌和气候特征相近的邻近站资料时可就近移用，一般非大水年份缺测值不插补或移用。
对雨量站站址迁移前后资料的处理：
迁移较近（一般经纬度在2分以内）的前后资料予以合并，否则按两站处理。
我省历史上1935年出现了笼罩西部地区大面积的特大暴雨。
水利部在上世纪七十年代组织了“35.7”暴雨调查组，对该年的暴雨发生地进行了实地调查，编印了《长江流域1935年7月上旬特大暴雨调查分析报告》，这次我们采用了报告中的调查资料。
1998年发生的长江流域性大暴雨洪水，武汉市是一个暴雨中心，这次暴雨分布极不均，梯度特别大，暴雨中心在汉阳马沧湖，气象部门的汉口吴家山气象台和水文部门的武昌东湖站观测值都小于汉阳马沧湖。
雨后武汉市水文水资源局进行了暴雨调查，发现汉阳马沧湖城建部门观测到的雨量是这场暴雨的最大值，后经我省98暴雨洪水调查分析组审核确定。
我们这次采用了这一调查值。
我省雨量观测手段分自记和人工两种。
自记站各历时最大值在自记纸上滑动挑选，而人工观测按观测段次在固定的时间观测，最大值的挑选只能按固定时段滑动。
为了做到两种统计样本一致，对人工观测值进行了滑动改正。
这次编图等值线的载体是电子地图，为了确保电子地图上雨量站的位置（经纬度）准确无误，我们进行了多种对照检查，如将雨量站站址的地名与电子地图行政图层上的地名和行政范围对照检查、雨量站高程和电子地图等高线图层对照检查、将经常使用的纸质站网分布图与电子站网分布图对照检查。
经检查，绝大多数雨量站位置准确，对个别站点因经纬度输入错误经确认后进行了改正。
所选站的资料截止1998年（流域机构的资料截止1989~1991年），共选取了643站，站网密度为289km2/站，资料数量20939站年，平均系列长33年（另有56站参加最大点雨量记录统计，未计算参数）。
各历时站数及资料站年数统计见下表。
修编工作雨量资料利用情况表
历时
10′
60′
6h
24h
3d
用于参数计算的站数
总站数
242
345
638
643
643
N≥20年
147
239
592
605
605
N≥30年
45
76
354
376
376
N≥40年
8
15
97
126
126
站年数
5540
8064
19858
20939
20939
用于最大点雨量分布分析的站数
站数
280
381
676
681
683
站年数
5844
8393
20216
21243
21245
暴雨数据库是这次使用计算机编图的基础。
把暴雨数据库建好了，续后的参数计算、等值线勾绘、合理性检查和成果分析、综合统计都十分便捷。
数据库技术平台采用微软的Acces数据库软件，Acces数据库的数据可以方便在被Office其它软件和地理信息系统Mapinfo各种软件调用。
暴雨数据库包括站点属性表和暴雨特征值数据表。
站点属性表包括以下内容：
站码、站名、经度、纬度、高程、所在流域水系，站址所在地地名等字段；暴雨特征值数据库包括以下内容：
站码、站名、年份，五种历时的年最大雨量及发生日期等字段。
由于我省的国家水文数据库还在调整之中，此次暴雨数据库的建库由国家水文数据库派生还比较困难。
因此暴雨数据从我省1989年整编的“湖北省水文特征值统计”中录入。
1989年以后的数据从整编成果中录入。
暴雨数据库建立后，对数据进行了人工校对检查，又用计算机查错软件进行了全面检查。
由于对数据库的数据进行了反复检查，所以数据错误率低，为尔后的参数计算和等值线勾绘打下良好基础。
4、暴雨统计参数的估算
4.1统计参数的选择
本次编图选用10分钟、60分钟、6小时、24小时、3天共五种历时。
频率曲线线型采用皮尔逊Ⅲ型曲线。
每种历时估算三个参数：
均值Ex，变差系数Cv，偏态系数Cs与变差系数Cv的倍比R（R=Cs/Cv）。
R又分固定和变动两种，即固定R=3.5和R在一定范围内变动优选。
4.2统计参数的计算
暴雨统计参数估计是本次编图工作的关键环节。
参数计算采用计算机软件约束准则适线和专家综合协调目估适线两种方法，提供两套成果。
用约束准则适线与目估适线相结合的方法编图。
目估适线直接调用约束准则适线计算的参数，经专家综合协调后形成目估适线的参数成果。
约束准则适线法：
约束准则适线软件的参数优选采用遗传算法。
该法基于自然基因与自然选择机制的迭代优选算法，对一簇随机产生的可行解进行选种、基因杂交和变异，通过繁衍，循环反复，使群体素质不断提高最终收敛得到最优解。
考虑的约束条件包括各历时曲线千年一遇不相交，变差系数和偏态系数设定在一定范围内取值，均值直接采用矩法计算值。
我省采用变差系数的设定范围为0.１~1.4，偏态系数与变差系数之比值的设定范围为1.0~6.0。
多历时目估适线法：
多历时目估适线法软件为专家知识在暴雨参数估计环节的介入提供了条件。
专家可通过该软件直接查看约束准则适线估计的参数所对应的理论频率与经验点据的拟合情况，还可查看千年一遇设计值随历时的变化情况。
专家通过综合协调确定各历时参数，成为参数目估值。
4.3参数计算中遇到的问题及处理办法
由于约束准则适线法软件设计的科学合理，需要目估适线调整参数的站很少，约占总站数的5%，这些站经验点据分布特殊，在软件设计时难于考虑。
一般有两种情况，一是系列中点据分布呈现阶梯状的站，另一种是系列中出现了特大值的站。
后一种情况的参数调整难度较大，关键是特大值重现期的确定，并且参数调整的幅度较大。
特大值是稀遇暴雨，与系列中其它值量级悬殊，频率曲线上的特大值俗称“挂天灯”，对等值线的分布和走向起关键作用，因此我们在目估适线时特别慎重对待，根据经验反复多次调整后确定。
我们在目估适线中处理特大值的主要经验体会有下列几点：
如果系列老大超过系列均值3倍，则考虑按特大值处理。
处理后还检查各历时曲线的间隔是否符合暴雨衰减规律，计算的参数是否与地区分布规律相符，同时参考邻站同量级暴雨参数的重现期。
重现期一般控制在百年以内，特殊的容许超过百年。
5、暴雨参数等值线图的绘制
5.1载体和技术平台
本次暴雨等值线图所有的底图为比例1:
100万的电子地图，国家测绘总局绘制，由编图技术组代购。
电子地图按全国标准分幅（4°×6°）形式存放。
地图分政区、水系、地貌等图层。
本次编图选用的地理信息系统支撑软件为美国Mapinfo公司的产品，包括Mapinfoprofessional（地理信息主产品软件）、Mapbasic（相应主产品的编程工具软件）、Arclink（arc/info与mapinfo格式转换软件）、Verticalmapper（勾绘等值线软件）。
通过Mapbasic地理信息技术平台，这次编图实现了水文信息的动态管理和可视化表达，并且将水文信息与其它空间信息相联系进行综合分析。
5.2机器绘图与专家经验相结合
机器勾图的主要过程为：
导入包含经纬度的各历时的参数表，通过创建点形成各站点参数分布图层，调用Verticalmapper软件勾绘参数等值线，勾绘参数等值线时先通过站点的参数值插补网络点的值，根据网络点的值勾绘等值线。
从机器勾绘出的等值线看，机器勾图仅凭各站点的参数提供的信息，等值线只能反映总的分布情况，无法参照实测和调查最大点雨量的分布、地形地貌条件，暴雨地区特征等因素进行综合分析，尚需人工调整修改。
人工调绘在打印出的机器勾图的纸质地图上进行。
由于存在序列长短不同和雨量记录方式不同造成的点据精度差异，所以人工调绘选用了一批系列长、代表性强的站点（一般是水文站、自记站）为骨干，据此作为确定等值线走向的依据，其它站充实。
防止过分依赖单站数字，各个站点都照顾的倾向。
对个别突出点（一般是系列短、代表性差的站）未予考虑，避免出现过多的闭合小圈。
对于曲率较大，迂回曲折或线条疏密过于不匀又得不到合理解释的地方，则适当加以概化，使曲线趋于均匀平顺。
人工勾绘要以暴雨特征和地形条件结合起来考虑，加入实测和调查最大值提供的信息，弥补机器勾图的不足。
共编绘五种历时的均值和变差系数等值线图共10幅，初绘了偏态系数与变差系数倍比R（R=cs/cv）等值线图，由于是第一次编绘此图，缺乏经验，R的地区分布规律尚未完全弄清，一些等值线的分布走向尚得不到合理解释，故放弃了R等值线图，只编R值分布图。
5.3合理性检查
本次编图过程中的各个环节，都作了合理性分析检查，合理性检查有如下几个方面。
一、等值线图与地形和气候要素对照分析检查。
二、均值等值线图与最大点雨量分布图对照分析检查。
三、Cv等值线图（定比条件下）的检查（主要用特大值重现期N与系列长度n对比分析检查）。
四、设计值与最大点雨量对照检查，用查图值计算的设计暴雨（频率为0.1%，1%）与最大点雨量对照分析检查。
五、同地点多历时参数检查，按网格交点查读等值线参数，并计算设计值（频率为0.1%，1%），检查各参数及设计值随历时的变化趋势是否合理。
六、断面检查，在地形图上选择鄂西与鄂东的南北向两个断面，检查山脉迎、背风坡暴雨参数的变化。
七、新老成果的对比检查，对比检查了新老参数、设计值，等值线的走向及高、低值区分布。
这次对成果的合理性分析检查，充分利用了地理信息系统及相应软件在空间分析和表达的能力，不仅分析工作开展快捷，而且加大了合理性分析检查的深度和范围，使等值线图的质量得到保证。
5.4与相邻省市拼图
在编图技术组专家的指导下，2000年4月在海口市与邻省市安徽、江西、湖南、重庆进行了等值图的拼接，2001年6月在北京与陕西、河南两省进行了等值线图的拼接。
在拼图研讨会上，我省提交了等值线图，参数估算成果和合理性检查成果。
拼图前相互交换了边界地区站点的参数值，各自介绍了边界地区的自然地理特征和站网分布情况。
在拼图过程中，综合考虑了两省市边界地区的参数分布，等值线走向以及地形地貌特征。
拼图在技术组专家指导下顺利完成。
通过拼图，协调了省市际间等值线的走向，使之连续贯通。
邻省市边界资料的加入及双方边界等值线走向的控制作用，使等值线图的精度得到了提高。
5.5湖北省等值线图之特点
从均值等值线图上，可以看出地形对暴雨的影响较为显著。
山地均值高，平原均值低，等值线走向与地形山脉走向大至一致。
湖北省的地形特点是东、西部为山地。
中部为平原。
东部有大别山、幕埠山。
西部有大巴山、巫山及武陵山余脉。
中部江汉平原北与河南南阳平原相连，南与湖南洞庭湖平原相连。
山地面积佔全省面积的76%，平原面积佔全省面积的24%。
湖北省属亚热带季风性湿润气候区，形成湖北暴雨的水汽来源有两个方向，一是来自南部和西南部的低涡切变型入流，二是来自东部的台风热带风暴型入流。
南来和西南来的气流受山地抬升，在鹤峰、五峰等县境内的武陵山脉迎风坡，建始、巴东等县境内的巫山山脉迎风坡形成暴雨中心，东来的水汽在长江两岸的大别山迎风坡的黄梅、英山、罗田等县境内和幕埠山迎风坡的阳新、大冶等县境内迎风坡形成暴雨中心，水汽可沿汉江而上，在大悟、谷城、郧县境内地形成暴雨中心。
相反，在江汉平原以及清江中游河谷、神农架和武当山之间的房县一带，或因缺乏水汽抬升的地形条件，或因四周高山和屏蔽作用，形成暴雨低值区。
cv等值线的高、低值区大致相应，cv等值线受特大值影响明显，发生特大值的地区往往是cv高值区。
上世纪“35.7”、“75.8”、“98.7”特大暴雨光顾的地方，也是等值线值最大的地方。
6、经验与建议
本次编图建成了暴雨资料数据库，暴雨参数的适线成果也以数据库方式保存，便于查询调用。
等值线图以电子出版物形式表达，使用时可方便地调用图形进行浏览和编辑。
本图集将为各地水利水电工程及其它工程的规划设计提供科学、可靠、实用的暴雨统计参数。
上次编图由设计部门牵头完成，这次部水文局决定由水文部门单独完成，决策是正确的。
通过编图，促进了水文资料的开发应用，对水文部门的科技进步和现代化建设起到了一定的带动作用。
实践证明，这次编图由部水文局统一领导，由有实力的科研部门的资深专家（南京水文水资源所）提供技术支持，各省组织相应的工作班子，实行全国大协作的作法，是完成全国性技术专题任务的好办法，也是推动水文事业发展和水文技术现代化的有效方式。
暴雨参数等值线不是实时数据的等值线，是最大值的统计值的等值线，因此随机性很大。
本次编图信息量比上次增加了数倍，但特大值重现期的处理仍是编图难点。
当局部发生了新的特大值时，等值线不得不作修改。
特大值对等值线图影响特大，特大值重现期的处理问题有待进一步研究。
这次修编间隔时间20年，周期太长，由于处理的资料多，修编时间难免拖的很长。
现在编图技术成熟，成图快捷。
建议今后缩短修编周期，新的暴雨记录出现后等值线图能得到及时刷新。
附：
编制组成员名单：
张培华、马正忠、程逊
《湖北省暴雨参数等值线图集》编制组
2002年10月
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