降水資料系列代表性分析方法

劉英學

(河北省邢臺水文水資源勘測局，河北 邢臺054000)

1 資料系列代表性分析目的

資料的代表性，指樣本資料的統(tǒng)計特性(如參數)能否很好地反映總體的統(tǒng)計特性，若樣本的代表性好，則抽樣誤差就小，年降水成果精度就高［1］。

如果實測年降水樣本系列是總體中的一個平均樣本，那么這個實測樣本系列對總體來說有較好的代表性，根據這個系列計算的統(tǒng)計參數接近總體實際情況。

如果實測樣本系列處特殊時期，即處于偏豐時間段或偏枯時間段，那么這個實測樣本系列就缺乏對總體的代表性，用這樣的樣本系列進行計算會產生較大的誤差。

因降水系列總體的分布是未知的，若僅有幾年樣本系列，是無法由樣本自身來評定其代表性的。通過統(tǒng)計學的理論可以知道，樣本的容量越大，抽樣的誤差越小，但也不完全排除短時期樣本的代表性高于長時期樣本代表性的可能，只不過這種可能性較小而已。

因此，樣本資料的代表性好壞，通常通過其他長系列的參證資料來分析推斷。那么，對于要研究的區(qū)域而言，年降水量樣本系列究竟取多長的年限才能代表研究的區(qū)域總體情況、抽取樣本和總體樣本統(tǒng)計參數的差別如何，這些實際問題就要求通過分析系列代表性來解決。

2 資料的豐平枯統(tǒng)計法

對雨量站自建站以來的年降水量系列資料分不同的長短系列進行頻率計算，再對每年的降水量進行豐枯統(tǒng)計，各站系列豐平枯分布情況基本接近，而且各系列都包括較好的豐平枯分布情況，就說明資料系列具有較好的代表性［2］。

3 系列代表性分析方法

系列代表性分析方法主要有3個:

3.1 長短系列參數對比

在鄰近地區(qū)選擇與設計站實測降水系列成因上一致，且具有長系列N年的統(tǒng)計參數以及短系列n年(與設計站資料同期)的統(tǒng)計參數Cvn。

假如兩者統(tǒng)計參數設計站n年這一段短系列在長系列N年中具有較好的代表性，從而推斷設計站n年的年降水量系列也具有較好的代表性。如果兩者統(tǒng)計參數相差較大(一般相對時間差超過5% ～10%)，則認為設計站n年的降水系列代表性也較差，例如水量偏豐或偏枯，這時就應當盡量應用相關法插補展延系列，以提高系列的代表性［3－4］。

3.2年降水量模比系數累積平均過程線分析

逐年降水量記為P1、P2、……Pi……Pn

多年平均降水量記為P

逐年模比系數記為K1、K2……Ki……Kn

年降水量模比系數隨著當年降水量的多少而變動，豐水年K ＞1，枯水年K ＜1，但是它的多年平均值趨近于1，根據它的這一特點，可以從參證站的長系列終點向前依次計算模比系數累積平均值K’n，當K’n 值穩(wěn)定趨近于1 的年份，即為參證站具有代表性的短系列起始年。

如果短系列的資料是由K’n 值穩(wěn)定趨近于1 的年份開始的，則認為設計站相應的短系列也具有一定的代表性。

參證站年降水量模比系列累積平均值K’n 的計算公式為:

邢臺站年降水量模比系數累積平均過程線見圖1，所選系列盡可能要長，所以1952—1963年這一時間段累積平均過程線穩(wěn)定趨近于1，可做為代表性的短系列起始年。

圖1 邢臺站年降水量模比系數累積平均過程線

3.3年降水量模比系數差積曲線分析

差積曲線的繪制:

1)計算長系列參證站多年平均降水量P 以及各年降水量模比系數

2)將逐年的(Ki －1)從資料開始年份依次累積，直到終止年，得到一系列∑(Ki －1)。

3)以∑(Ki －1)為縱坐標，以年份為橫坐標，繪制逐年的與對應年份的關系曲線，即為年降水量模比系數差積曲線［5］。如圖2 所示。

差積曲線反應了降水量的豐、枯變化，差積曲線的形狀不同，表明年降水的周期不同［6］。

圖2 邢臺站降水量模比差積曲線圖

由圖2 可見，該站年降水量模比系數差積曲線在1956—1964年是多水期，1965—1976年是平水期，1977—1994年是枯水期，這就說明參證站年降水量大體40 a左右為一周期，說明降雨資料系列具有很好的代表性。

4 結 語

通過對邢臺站降雨資料系列代表性分析可知:邢臺站的降雨資源有豐枯交替變化規(guī)律，包括較好的豐平枯分布情況，代表性較好，采用該降水量系列資料進行調查評價水資源量時，能夠較為客觀真實地反映研究區(qū)域的水資源情況。

需要注意的是:在進行降雨資料的分析時，不是所采用的水文資料系列越接近代表性越好，對于城市飲用水供給、農業(yè)灌溉等供水的工程，為了提高供水保證率，降水系列分析應充分考慮連枯系列的影響。

對于水庫、河道等防洪工程，為了保證工程安全，降水系列分析應充分考慮連豐系列對工程的考驗。

［1］丁炳坤. 工程水文學［M］. 北京:中國水利水電出版社，1994.

［2］王燕，衣學軍，等.煙臺市降水系列代表性分析［J］. 山東水利，2002(02):54 －55.

［3］石代軍.降水資料系列代表性分析［J］. 吉林水利，2004(12):1 －3.

［4］黃若行.新疆博爾塔拉河流域近50年來降水變化趨勢分析［J］. 黑龍江水利科技，2013，41(08):42 －44.

［5］徐沛林，王曙光.降水資料系列代表性及其它問題的處理方法［J］. 吉林水利，2009(01):33 －35.

［6］占文圭.南平市降水特性分析［J］. 水利科技，2005(03):10 －11.