2.1 降水資料分析

2.1.1 雨量站的選擇

本次水資源調查對研究區雨量站的降雨資料都進行了收集，同時也對研究區外的南漳縣、遠安縣、當陽縣氣象部門的降雨資料進行收集。在全面收集資料的基礎上，再按面上分布均勻、能反映地形變化影響及高低值區的原則，選擇資料質量好、系列完整的雨量站點進行分析統計。一般在降雨量變化梯度較大的山區盡可能多選取一些站點，在點據稀少的地區，增選一些資料系列較短的雨量站，通過插補延長處理后作為補充。本次共選用18個雨量站，見附表2-1。平均站點密度為每站430.9km²，各水資源分區及行政分區的雨量站分布情況見表2-1。

2.1.2 資料的插補延長

為了減少樣本的抽樣誤差，提高統計參數的精度，對缺測年份的資料應當進行插補，對較短的資料系列應適當延長，但展延的年數不宜過長，最多不超過實測年數的1/3。研究區設立的雨量站較多，其中漳河水庫流域現有雨量站18處，但大多數在20世紀60～70年代設站（薛坪站是在1956年設站），實測系列多數在40（計算至2005年）年左右，且實測年份中有些站點個別月份的降雨資料沒有記錄，因此需對缺測的月份進行插補。漳河水庫灌區的雨量站均來自于氣象部門，系列長度能夠滿足此次水資源評價的要求，因此不需插補延長。

由于研究區的降水資料大多數是1960年以后的資料，因此把1960—2005年作為此次水資源評價的同步期，同步期以外的年份不再進行插補。

資料插補延長的主要途徑如下：

（1）直接移用。當兩站距離較近，具有小氣候、地形的一致性時，將缺測的資料直接移用相鄰站的資料。如板橋站1962年的降雨量直接移用薛坪站同期的降雨量。

（2）相關分析。對需插補延長雨量的年份，一般采用缺測站與參證站相關關系法，即當缺測站與參證站距離較近，成因基本一致，相關關系密切時，通過建立缺測站與參證站同步系列相關曲線，用以插補缺測站的資料，例如利用薛坪站的降水資料插補栗溪站缺失的降雨量資料。據統計在研究區降水資料中實測807年（不包括同步期以外的實測資料及月插補的年份），插補延長21年，平均每站1年，插補延長占總年數的3%。雨量站資料插補延長的詳細情況見表2-2。

2.1.3 系列的代表性分析

1960—2005年降雨量為隨時間而變化的一系列離散型觀測值，即為隨機水文過程中的一個抽樣樣本。通過統計分析，實測水文系列應該具有豐枯結構和統計參數的相對穩定，即在一個隨機系列中，有一個或幾個完整的豐枯周期，其中又包含長系列中的最大值和最小值，統計參數X均值和C_v及C_s/C_v值相對穩定，則一般認為這個系列的代表性比較好。

本次水資源評價計算，降水和徑流均采用1960—2005年46年的系列資料，而降水又是水資源量的主要補給來源，通過論證降雨量系列的代表性，可間接說明水資源量計算成果的可靠性，因此須對46年同步期降水系列的代表性進行分析。

2.1.3.1 豐枯統計分析

根據研究區面積比較小的實際情況，考慮到對研究區進行精細化評價的要求，選擇實測系列較長（大于40年）的薛坪、打鼓臺、東鞏、觀音寺、荊門、當陽、荊州等7個雨量站進行豐、平、枯水年統計分析。

統計標準為：頻率小于37.5%的為豐水年，頻率在37.5%～62.5%的為平水年，頻率大于62.5%的為枯水年，各站豐、平、枯出現的年份詳見表2-3。在同步期1960—2005年系列內，在研究區參加統計的7處雨量站共322站年的資料中，豐水年出現124站年，占38.5%；平水年出現79站年，占24.5%；枯水年出現119站年，占37%。由此可以看出，1960—2005年同步期系列中豐、枯年份出現次數幾乎相同，可以認為研究區各代表雨量站系列代表性較好。

2.1.3.2 統計參數的穩定性分析

統計參數的穩定性分析，是基于長系列統計參數比短系列統計參數的代表性相對較好這一基本假定，即長系列統計參數更接近于總體，故以長系列統計參數為標準來檢驗短系列資料的代表性。由于研究區雨量站資料系列的基本上是自1960年才有記錄，而本書采用的同步期是1960—2005年，長系列的長度基本上與同步期的長度相等，認為同步期系列可以代表總體，因此只需對各站的統計參數進行計算即可。統計參數的計算，全部選用站點的多年資料系列按日歷年進行統計，資料一律統計到2005年，均值采用算術平均值法計算，C_v值用矩法作初步計算，計算公式如下：

式中：x_i為系列變量（i=1，2，…，n）；n為系列年數；K _i為模比系數。

系列中的特大值、特小值不作處理，用上述公式計算出的統計參數作初始值，應用皮爾遜Ⅲ型理論頻率曲線進行適線調整，經驗頻率采用數學期望公式P=m/（n+1）×100%（m為序位，n為系列總年數），適線時固定均值不變調整C_v，照顧大部分點據，盡可能使理論頻率曲線與經驗點據配合好，調整C_v時，一般控制在C_v適=C_v計±δC_v的范圍內，計算結果見表2-4。

通過對研究區雨量站進行統計參數和特征值的分析計算，由單站降雨量的計算結果可知，C_v值在地區分布上的差別不大，變化范圍在0.19～0.27之間，83%雨量站的C_v值介于0.20～0.25之間。

2.1.3.3 模比系數差積曲線分析

年降雨量模比系數差積曲線能較好地反映年降雨量的豐枯變化情況。當一段時間內差積曲線的總趨勢是下降的，說明在此期間逐年降雨量大多小于多年平均值，定為枯水期；當一段時間內差積曲線總的趨勢是上升的，說明在此期間逐年降雨量大于多年平均值，定為豐水期。差積曲線不同的形狀反映了不同的降水周期。

差積曲線的繪制：

（1）計算長系列參證站多年平均年降雨量以及各年降雨量模比系數。

（2）將1960—2005年模比系數差積值從1960年依次累加，直到2005年，得到一系列∑（K_i-1）。

（3）以∑（K_i-1）為縱坐標，以年份為橫坐標，繪制關系曲線，即為年降雨量模比系數差積曲線。

根據薛坪、打鼓臺、東鞏、觀音寺、當陽、荊門、荊州等各站1960—2005年的降雨量，得其年降雨量模比系數差積曲線，如圖2-1～圖2-4所示。

由長系列代表站差積曲線圖2-1～圖2-4可以看出，薛坪、打鼓臺、東鞏、觀音寺、荊門、當陽、荊州站的豐枯交替變化周期大約在40年左右；由此可見，研究區1960—2005年降雨量系列基本包括一個豐枯周期，而且期間有小周期變化，可以認為該系列的代表性相對較好。