暴雨移置法在水文分析与水资源评价中的应用

将实测的特大暴雨，由其实际的落区移用到可能发生的设计流域，然后加以必要的改正和放大，以推求可能最大暴雨。这种方法称为暴雨移置法。

当设计流域缺乏时空分布较恶劣的特大暴雨资料，而气候一致区内具有可供移置的实测特大暴雨资料时，一般都选择采用暴雨移置法；再则设计流域虽有特大暴雨资料，其暴雨中心位置或轴向对形成流域洪水并非最有利时，则可将暴雨等值线图作适当的调整（移动或转轴），使其形成洪水最为有利以推求可能最大洪水，也属暴雨移置范畴。

暴雨移置法的关键是移置可能性分析。大气运动有其内在规律，暴雨移置应有一定范围（移置界限），不能任意移置。暴雨移置法要求设计流域和移置区具有相似的天气条件和地形特点，移置后的暴雨及其结构不致发生较大的改变。暴雨经过移置后，因其地理位置及下垫面发生了变化，给暴雨带来一定影响，所以还需要进行必要的改正。

暴雨移置主要包括：移置暴雨选定、移置可能性分析、暴雨雨图安置、移置改正及放大5个步骤，现分述如下。

10.2.4.1　移置暴雨选定

搜集流域及气候一致区内的大暴雨资料，经分析比较，选定其中一场或几场特大暴雨作为移置对象。在编制全国可能最大24小时点暴雨等值图时，各省份已建立了大暴雨档案，可从中选定。

10.2.4.2　移置可能性分析

（1）首先分析被移置暴雨发生的地理位置、环流形势、影响系统、暴雨特性、雨量分布及地形对暴雨的影响等。

（2）地理位置及气象背景分析：设计流域与被移置暴雨区两地地理位置是否相近，是否属同一气候一致区，两地不应相差太远，因为不同的地理位置，同类型的天气系统的动力、热力条件都会不同，影响系统的成员的配置也不同，难以证明两地的天气条件是一致的。

（3）天气条件分析：对设计流域和被移置暴雨区天气条件进行对比，应从环流形势、影响系统，特别要分析被移置暴雨的一些特征因子，如两个或两个以上系统的遭遇，触发强烈上升运动的中小尺度系统等，对暴雨移置的可能性作出判断。

（4）地形影响分析：地形条件是影响暴雨的重要因素，尤其是山丘区，在相同的天气条件下地形对暴雨的空间分布甚至在量级上起一定的作用，所以应对设计流域和被移置暴雨区地形的形态、高程、走向、坡度及对气流有辐合、辐散作用的小地形等进行分析。若两地地形各方面条件都比较相似，只需移置雨图即可；若两地地形有一定的差别，除考虑暴雨中心位置的安放及转轴等外，有的还须对原雨图进行修正；两地地形差异很大，移置高差即设计流域与被移置暴雨区高程之差，或两地障碍高程之差不宜超过1000m，超过1000m时，需进行专门论证。强烈的地方性雷暴雨或台风雨移置高差可以根据分析确定，高大山岭可以作沿山脊线方向的移置。

10.2.4.3　暴雨雨图安置

（1）暴雨中心应放置在流域经常出现暴雨中心的地带，并注意与小尺度地形（如喇叭口）的配置，如流域有多个中心，则放在主要的暴雨中心位置或对工程安全最不利的位置。当暴雨中心是与某种特定天气系统相联系时，移置时应结合天气系统类型进行分析。

（2）雨轴方位应与流域经常出现同类型特大暴雨的雨轴方位一致，应使降雨等值线与设计流域大尺度地形相适应。对于中纬度锋面雨，雨轴转动角不宜超过20°；对于低涡雨、台风雨，雨轴转动角度需结合地形影响分析，确定其放宽程度。

10.2.4.4　移置改正

定量估算设计流域和被移置暴雨区两地由于区域形状、地理位置、地形等条件差异而造成的降雨量的改变，称为移置改正。

（1）流域形状改正。若被移置区与设计流域暴雨的天气形势很相似，两地的地理、地形条件基本相同，其间又无明显的水汽障碍，一般可直接将移置的暴雨等值线搬移到设计区，再按设计流域的边界量计算面平均雨量，即为流域形状改正。

若两地区的地理、地形条件存在差异，则必须进行水汽或高程等改正。

（2）水汽改正。

1）位移水汽改正：指两地高差不大，但位移距离较远，以致水汽条件不同所作的改正。暴雨由A地移到B地，移置后的暴雨量RB用下式表示

式中：K1为位移水汽改正系数；RA为移置前暴雨量；WAm，WBm为移置区和设计流域的最大可降水；下标ZA为移置区地面高程，即计算移置区可降水时的气柱底面（地面）高程。

热带地区水汽改正主要是进行海表水温的调整。

图10.8　移置暴雨示意图

（虚线为露点等值线）

2）代表性露点与参考露点选取。代表性露点在典型暴雨雨区边缘入流方向选取，代表性露点的地点可以远离暴雨中心数百公里。放大水汽时所用的最大露点应取同一位置的最大露点。移置时也应如图10.8所示，在移置地区取用相当于同样距离及方位角的地点作为参考地点，然后用该地点的最大露点作放大及移置调整计算。

（3）高程或入流障碍高程改正。高程改正是指移置前后两地区地面平均高程不同而使水汽增减的改正；入流障碍高程改正是指由于移置前后水汽入流方向障碍高程差异而使入流水汽增减的改正。流域入流边界的高程若接近流域平均高程，则采用高程改正；若高于流域平均高程，则用障碍高程改正。其计算式如下

式中：K2为高程或入流障碍高程水汽改正系数；ZB为设计区地面或障碍高程；其余符号同前。

观测资料表明，在山脉迎风坡的一定高度范围内雨量随高度的增加而增加，说明如果只考虑基底抬高后可降水量减少而使雨量减小的削减效应是不够的，还须同时考虑因地形抬升动力作用加强而使雨量增加的强化效应。有时以上两效应可以相互抵消，所以在移置改正时，需进行设计流域附近区域主要大暴雨与移置暴雨实际发生地附近的主要大暴雨的比较，如上述两种地点实测暴雨大小上的差别仅仅是由于水汽差别，而不包含高程差别影响，则可不计算高程调整。强烈的地方性雷暴雨在高差小于1500m时也可不作高程水汽改正。

实际进行暴雨移置时，往往兼有位移和高程的差异，此时，可同时考虑两种改正，即

（4）综合改正。当两地地形等条件差异较大，对暴雨机制特别是对低层的结构有一定的影响时，移置暴雨必须考虑地形、地理条件对水汽因子和动力因子的影响，进行综合改正，其方法如下。

1）等百分数法。大量统计资料表明，地形对短历时降雨的影响不明显，但从1小时到24小时或更长的时段，地形对暴雨的增幅作用逐渐增强，因此，必须按较长时段考虑地形对暴雨的影响。根据观测资料分析，山区的地形等高线与多年平均主汛期（或汛期某月、最大3天）雨量的等雨量线之间有些相似，特别是主要暴雨来自同一风向时，更为明显。因此，可以用这种等雨量线作为地形影响的一种指标，等百分数线法，就是在此基础上提出来的。其具体作法如下。

①首先分析原典型暴雨落区各站的多年平均主汛期（或汛期某月、最大3天）雨量的等雨量线图，看其与地形等高线是否具有相似性，如有相似性，将典型暴雨在各站点的雨量除以各站的平均主汛期（或汛期某月、最大3天）雨量，并以百分数表示，填在各站点上，勾绘等百分数线图。

②移置等百分数线于设计流域。

③将设计流域各站点相应主汛期（或汛期某月、最大3天）平均雨量乘以移置而来的百分数，得各站点雨量。根据各站点雨量勾绘等雨量线图，即为移置改正后的等雨量线图。

均值时段的选取：由于地形对不同天气系统和入流风向有着不同的影响，原则上从历年资料中，选择与移置暴雨的天气系统和入流风向基本一致的同类型暴雨进行统计。均值的时段应力求选用与移置暴雨时段相一致（12小时、1天、3天或移置暴雨发生月份），当经常出现的暴雨天气系统、水汽入流方向与移置暴雨基本一致时，可直接应用各省已统计的多年平均最大12小时、1天、3天或月平均雨量进行改正。

3）以当地暴雨为模式进行改正。经过改正的移置后暴雨中心雨量，按设计流域定点定面关系求设计流域的面雨量，然后以点、面两种不同的倍比为控制，将典型雨图以变倍比的办法放大成可能最大暴雨图形。

4）雨量分割法。该方法认为暴雨由天气系统辐合分量与地形辐合分量两部分形成。假定天气系统所引起的辐合分量在移置前后不变，移置后效率增量为地形辐合分量之差，则移置后的雨量等于原暴雨天气系统辐合分量形成的降水进行水汽改正加上设计区地形雨，即

式中：WB，WA分别为设计区和移置区的可降水；RAd，RBd分别为移置区和设计区的地形雨。

RAd，RBd可用同一天气系统笼罩平原与山区群站平均雨量之差求得，也可以用地形廓线与雨量廓线对比，或理论计算途径求得。

10.2.4.5　极大化

移置的暴雨如果是高效的，可只作水汽放大。

只作水汽改正的移置暴雨，其改正和极大化可以同时进行，即按下列公式推求设计流域的可能最大暴雨

对于作了综合改正后的移置暴雨RB，放大公式采用如下形式

【例10.5】　鸭河口枢纽位于河南省白河上游伏牛山脉东南坡，集水面积为3035km2。拟移置1975年8月5～7日淮河上游特大暴雨（简称“75.8”暴雨），估算该流域的可能最大暴雨。设计流域与“75.8”暴雨区纬度相近，在暴雨区西部100km处。

（1）“75.8”暴雨及其成因。“75.8”暴雨中心总降水量达1631mm，3日最大降水量达1605mm，24小时最大雨量为1060mm，1日最大雨量为1005mm，6小时和1小时雨强创我国历史上最高记录，降水量分别为685mm和189.5mm。

“75.8”特大暴雨主要是由1975年第3号台风登陆后变成的低气压造成的。3号台风登陆后，中心气压很快上升，并向西北方向移动，减弱成为低气压，在湖南洞庭湖附近折向北移，移速减慢，到河南南部趋于停滞，然后又折向西南，移至奉节附近消失。特大暴雨就是在该低气压停滞期间出现的。由于河套西部小高压东移并入西太平洋副高，使副高北抬西伸形成的一个楔形高压坝阻挡了低压的东北行进而被迫停滞后折向西南。在形势演变过程中，低压曾受四周高压的包围停滞少动达36小时之久，这是形成此次特大暴雨的重要环流背景。8月7日除了系统最强外还有冷空气从中低层入侵，抬升暖湿空气，使不稳定能量释放，因而雨强特大。

（2）移置可能性分析。

1）气候背景分析：白河流域和“75.8”暴雨发生地区均处于同一纬度，属北亚热带季风气候区。年雨量、年降水日数、暴雨日数都很接近。暴雨发生的季节都出现在7月、8月，其最大绝对湿度（e）相近，同属高湿区。因此，两地气候背景一致。

2）天气系统分析：“75.8”暴雨主要是由7503号台风转成的稳定热低压造成的。普查1884年以来的台风路径图发现，1943年、1944年曾有两次台风路径通过河南，比“7503”号台风路径更西，说明台风可以到达白河流域。白河流域和“75.8”暴雨区纬度相同，环流在该纬度地带稳定，已是实际发生了的情况。问题是能否向西移100km，根据天气分析经验，“75.8”暴雨环流向西退100km是完全可能的。即若白河流域出现特大暴雨时，其环流也可以稳定维持。

3）地形条件比较：“75.8”暴雨区地处平原和山丘区的交界处，林庄暴雨中心处在三面环浅山向东北偏东开口的地形带中，对于东北偏东气流起抬升作用。而白河上游地形抬升作用对“75.8”台风系统来说，不如对“75.8”暴雨区有利。但是，两地区中间并无高于1000m的大地形障碍，移置也是可能的，地形条件有差异可以进行地形改正。

（3）暴雨雨图安置：将林庄暴雨中心放在流域经常出现暴雨地带，并考虑暴雨等值线图与白河流域地形相吻合，将暴雨轴向顺时针方向转动20°，量取的设计流域面平均雨深24小时为560mm。

（4）移置改正：因两地在同一地理位置，水汽条件相同，不需进行位置改正，但需进行障碍高程改正。暴雨区与设计流域间有平均高程为800m的障碍，暴雨区平均高程为200m。追踪暴雨发生地上空空气质点轨迹，发现水汽主要来自东南方，代表性露点取暴雨区东南边缘的多站平均海平面持续12小时露点值为25.8℃。历史最大露点两地相同，均为28℃，障碍高程改正系数用下式计算

（5）极大化计算：“75.8”暴雨为罕见特大暴雨，可视为高效暴雨，所以只需进行水汽放大。其放大系数

设计流域经过障碍改正和放大后的综合改正系数为

将此系数乘以“75.8”暴雨移置于设计流域并转轴后量取的面雨量，即为所求的可能最大暴雨。

10.2.4.6　讨论

暴雨移置法是以实际出现的特大暴雨为对象，从天气学条件、地理、地形等方面论证其移入设计流域的可能性，然后加以必要的改正和放大，以推求可能最大暴雨。尽管是半经验性的，但方法直观，简单易行，且移置的是实际暴雨，故容易被人们接受，相当于增加了设计流域的暴雨样本，提高了成果的可靠性。目前在有移置对象的地区，广为运用。长江委用此法推算了汉江丹江口、清江隔河岩、唐白河鸭河口、陆水蒲圻等枢纽的可能最大暴雨。暴雨移置的关键是移置可能性论证和移置改正，经过实践，有如下认识。

（1）移置可能性分析：暴雨天气系统范围较大，如台风雨，在台风路径经过的地区，即我国东南沿海均可出现；西南涡不仅影响四川地区，也影响到陕、鄂、湘等地，范围都较大，但此范围内，并非各地均可出现高强度的暴雨，这与大、小地形有很大的关系，如“35.7”暴雨是紧相连接的两个低涡引起，而低涡的发展，受湘鄂西部的大地形影响，在地区上持续少动，暴雨中心位置则与小地形有关，所以“35.7”暴雨的移置，以湘鄂西山地附近为宜。即使在暴雨发生地（清江地区），经过论证，仅能西移0.25°，且中心应放在向东南开口的喇叭口地形处。所以在论证移置可能性分析时，地形因素是很重要的。

（2）障碍改正：应在分析障碍山地的迎、背风面暴雨特性的基础上确定改正与否，在入流风较强（往往有低空急流时）而山峰又多为非连续的多峰，此时入流水汽经过山地减少甚微，可不进行障碍改正。

（3）高程改正：应根据设计流域所在山脉位置而定。在山脉的迎风坡，由于地形的动力抬升作用，降水是随高程的增加而增加，此时不能只考虑基底抬高、降水量减少的这一方面，而应两方面综合考虑。如目前考虑有困难，则可暂不考虑高程水汽改正；设计流域在背风坡，山脉又为不连续的多峰形，如前所述，水汽减少甚微，此时可不考虑障碍改正，需考虑高程水汽改正。

（4）暴雨等值线图形移置改正：等百分数线法是一种简单易行的方法，但用月或平均汛期雨量来改正，只能代表山区地形与各种天气系统的综合影响，若要考虑移置暴雨天气系统下入流风相似的雨量来改正，往往缺少资料。目前计算机普遍应用的情况下，可考虑计算移置暴雨低层风向、各地的地形雨来对等值线进行调整。若地面风速资料多时，可直接计算地形雨进行改正。