第4章　降水

4.1　降水及其要素的表示方法

降水是指液态或固态的水汽凝结物从空中降落到地面的现象，如雨、雪、霰、雹、露、霜等，其中以雨、雪为主。降水是水文循环中最活跃的因子，它是一种水文要素，也是一种气象要素。因此，降水是水文学和气象学共同研究的对象。

4.1.1　降水要素

描述降水特征的概念有降水量、降水历时、降水强度、降水面积、暴雨中心等。其中降水量、降水强度和降水历时称为降水三要素。

1.降水量

降水量是指一定时段内降落在某一点或某一面上、未经蒸发和渗漏损失所形成的水层深度，以mm计。降落在某一点上水量称为点降水量，如雨量站的观测值；降落在某一面积上的水量称为面降水量，又称平均降水量，如区域或流域降水量。根据时段的长短不同，有时段降水量、日降水量、次降水量、月降水量、年降水量以及多年平均降水量之分。日降水量指一日内（北京时间早8时至次日早8时）的降水总量，次降水量指某次降水过程的降水总量。依据气象标准，降水量一般分为7级，见表4.1。

2.降水历时

一次降水过程中从某一时刻到另一时刻经历的降水时间称为降水历时。其中，从降水开始时刻至降水结束时刻称为次降水历时，一般以min、h或d计。

3.降水强度

单位时间内的降水量称为降水强度或雨率、雨强，以mm/min、mm/h或mm/d计。降水强度一般有时段平均降水强度与瞬时降水强度之分。时段平均降水强度定义为

式中：为时段Δt内的平均降水强度，mm/min或mm/h；Δt为时段长，min或h；ΔP为时段Δt内的降水量，mm。

若式（4.1）中的降水时段Δt→0，则其极限称为瞬时降水强度，即

式中：i为瞬时降水强度，mm/min；其余符号意义同前。

4.降水面积

降水笼罩范围的水平投影面积称为降水面积，以km2计。一次降雨笼罩的面积可小于流域面积，也可大于流域面积。

5.暴雨中心

暴雨集中的较小的局部地区，称为暴雨中心。一般，在一次降雨过程中，暴雨中心会移动。

4.1.2　表示方法

为了充分反映降水的空间分布与时间变化规律，常用降水过程线、降水累积曲线、等雨量线以及降水特性综合曲线表示。

1.降水过程线

以一定时段（时、日、月或年）为单位所表示的降水量（或降水强度）在时间上的变化过程称为降水过程线。一般以时段平均雨强或时段降水量为纵坐标，时间为横坐标的柱状图表示，如图4.1所示。当时段很小并趋于零时，柱状图就变为光滑曲线，即为瞬时雨强过程线，如图4.1中的虚线所示。降水过程线是分析流域产流、汇流与洪水的最基本资料。此曲线只包含降水强度、降水时间，而不包含降水面积。此外，如果用较长时间为单位，由于时段内降水量可能时断时续，因此过程线往往不能反映降水的真实过程。

2.降水累积曲线

累积降水量指自降水开始至各时刻降水量的累积值。降水累积曲线是累积降水量随降水历时的变化曲线。该曲线以时间为横坐标，以降水量的累积值为纵坐标，如图4.1中的实线所示。自记雨量计记录纸上的曲线，即是降水量累积曲线。曲线上某一个时段的平均斜率为该时段内的平均降水强度即如取时段很短，即Δt→0，则可得出瞬时雨强i，即

如果将相邻雨量站在同一次降水的累积曲线绘在一起，可以用于分析降水的空间分布与时间上的变化特征。

3.等雨量线

等雨量线是流域内降水量相等点的连线，如图4.2所示。等雨量线图的作法与地形图上的等高线作法类似。等雨量线综合反映了一定时段内降水量在空间上的分布变化规律，按各时段顺序降雨量绘制的等雨量线图还能反映暴雨中心的移动路径。等雨量线是研究降雨分布、暴雨中心移动以及计算流域平均雨量的有力工具。但在绘制等雨量线时，要求有足够的、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，如测点稀少或控制性不好，不能反映暴雨中心的极大值或暴雨的极小植，则所绘制的等雨量线的真实性很差，从而失去意义。地形和降水关系密切，在绘制等雨量线时应考虑其影响。另外，从等雨量线图上可以查取各地的降水量，以及降水的面积，但无法判断出降水强度的变化过程与降水历时。

4.降水特性综合曲线

常用的降水特性综合曲线有以下3种。

（1）雨强-历时曲线。对于一场暴雨，选定不同的历时，分别统计各选定历时内的最大平均雨强，然后在方格纸上以雨强为纵坐标，历时为横坐标，点绘如图4.3所示的雨强-历时曲线。由图4.3可知，同一场降雨过程中的雨强随着历时的增加而减小，不同场降雨因降雨过程不同，因而雨强-历时曲线也不同。雨强-历时曲线可用以下经验关系表示：

式中：t为降水历时，h；s为暴雨参数，又称雨力，相当于t＝1h的雨强；n为暴雨衰减指数，一般为0.5～0.7；it为相应历时t的平均降水强度，mm/h。

（2）降雨深-面积关系。在一定历时降雨量的等雨量线图上，从暴雨中心开始，分别计算每一条等雨量线所包围的面积及该面积的平均降雨深。以降雨深为纵坐标，面积为横坐标，点绘而成的关系曲线，称为降雨深-面积关系曲线。这是反映同一场降水过程中，降雨深与面积之间对应关系的曲线，一般规律是面积越大，降雨深越小，如图4.4所示。

（3）降雨深与面积和历时关系曲线。如果分别对不同历时的等雨量线图点绘降雨深与面积关系曲线，则可以得到一组以历时为参数的降雨深与面积关系曲线，如图4.5所示。该曲线簇称为降雨深与面积和历时关系曲线，简称时-面-深关系曲线。其一般规律是：面积一定时，历时越长，平均雨深越大；历时一定时，则面积越大，平均雨深越小。