第二节 降水特征

降水特征是指降水要素及降水的时空变化，这些特征都会直接影响径流的形成，也是水文学研究的基础资料。

一、降水三要素

通常把一点（或面上）的降水量、降水历时与降水强度，称为降水三要素。降水量是指一场降雨或一定时段内降落在某点或某一面积上的水层深度，以P表示，单位为mm。降水历时是指一场降水从开始到结束持续的时间，以t表示，单位为min、h或d。降水强度是指单位时间的降水量，又称为雨率，以i表示，单位为mm/min或mm/h。某时段内的平均降水强度与降水量、降水历时的关系为

除了降水三要素以外，描述一场降雨还需要知道降水面积和暴雨中心等，降水面积是指降雨笼罩的水平范围，以F表示，km²，暴雨中心是指雨量很集中的局部地区或某点，由等雨量线图可以了解暴雨中心所在位置。

为了便于比较各地的降水量大小，有时还指定一定时段内的降水量作为标准，如最大1d、最大3d降雨量等，这里的1d、3d称为降水时间。在降水时间内，降水不一定连续。

二、降水的时空分布

1.降水过程线与累积降水过程线

降雨的时程分布通常用时段雨量（或时段降雨强度）过程柱状图表示。如图4-2中的a线所示，这种柱状图是以时段雨量为纵坐标、时段顺序为横坐标绘制而成，它显示了一场降雨的时段雨量变化过程。如以日降雨量为纵坐标，可绘制日降雨量过程，因为在一年内并非每天都有降雨，故日降雨过程线是断续的。绘制降雨过程线时，时段并不是固定的，可根据需要确定。绘制一场降雨的过程线，时段可采用h或min为单位。

累积降水过程线就是累积降水量与时间的变化过程线。如图4-2中的b线所示，是以降水开始到某时刻的累积降水量为纵坐标、以时间为横坐标绘成的曲线。该曲线某一时段的坡度就是该时段的平均雨强，即i=ΔP/Δt（式中，ΔP为时段降水量，mm；Δt为时段长，h或min。）根据导数的概念，如果时段取得很小，即当Δt→0时，时段平均雨强就趋于瞬时降水强度，即i=dP/dt。

如果将同一流域上各雨量站的同一次降雨累积曲线绘在一起，可以了解一场降雨在面上的分布情况及各站雨量在时程上的变化情况，并可用来校验观测资料的合理性。

2.等雨量线

对于面积较大的区域或流域，为了表示次、日、月或年降水量的平面分布情况，可绘制等雨量线图。如图4-3所示，其做法与地形等高线图相似，将流域各站雨量标注在相应位置上，然后根据其数值勾绘等值线。等雨量线图能清晰地反映一次降雨量的时空分布，如果按各时段顺序雨量绘制等雨量线图，还能反映暴雨中心的移动路线。

等雨量线图是研究降雨量分布、暴雨中心移动及计算流域平均雨量的有力工具。但在绘制时要有足够、且控制性较好的雨量站点，这样才能真实地反映降雨的空间分布。如果测站稀少，或控制性不好，则不能反映暴雨中心的极大值或暴雨的低值点，这样绘制的等雨量线图真实性很差，并失去意义。在绘制等雨量线图时，一要考虑地形的影响，一般情况下降水量随高程的增加而增加；二要考虑暴雨的走向，迎风坡与背风坡的降雨量不同。

3.降雨综合特性曲线

为了反映一次暴雨量的空间分布特征，有时还需要给出一场暴雨的强度历时曲线、面积雨深曲线（简称面深曲线），以及历时面积雨深曲线（简称时面深曲线）。制作这些曲线时，通常选取降雨量大、强度也大的暴雨进行分析。

（1）强度历时曲线。该曲线的作法是：对于一场暴雨过程，选定不同的历时，分别统计各历时内的最大平均雨强（在降雨过程线上找出各历时的最大平均雨强，一般采用滑动取值的方法），然后以纵坐标为降雨强度、以横坐标为历时在方格纸上点绘成曲线图。如图4-4所示的强度—历时曲线，随着降雨历时的增加，平均雨强逐渐减小，两者呈现负相关关系，可用以下函数描述：

式中：为历时T内的平均暴雨强度，mm/h（或mm/min）；s为经验参数，也称为“雨力”，即当T=1h时的平均雨强，mm/h；T为暴雨历时，h（或min）；n为暴雨衰减指数，随地区而变化。

式（4-2）称为暴雨公式。

（2）面积雨深曲线。该曲线的制作方法是，首先绘出一场暴雨（历时一定）的等雨量线图，其次是求出各等雨量线包围的面积，并算出面积上的平均雨量，再点绘出面积与雨量的关系，如图4-5所示。该曲线的规律是：随面积的增大，平均雨深减小。

（3）历时面积雨深曲线。该曲线的制作方法是：对一场暴雨，首先按降雨时程分配特点，分别不同历时（如最大1h、3h、7h等）绘出多幅等雨量线图，其次是根据某一历时的等雨量线图求出面深曲线，最后再将各种历时的面深曲线绘在同一坐标中，即可得到时面深曲线，如图4-6所示。由图可知，较长历时的面深曲线在上部，较短历时的面深曲线在下部，且不应相交。