1. 引言
楚雄州地处滇中干旱区，州内没有湖泊，水系大多数为山区性中小河流，具有立体气候特征及单点暴雨较突出的特点。境内仅有10余处水文站，大部分地区无水文站控制，小河代表站也仅有凤屯(二)水文站，对小流域的暴雨洪水特性尚无直接观测成果。武剑 [1] 等对楚雄州区域洪水洪峰流量变化特征进行了研究，依据区域内水文站网，从基本统计特征、趋势、突变和周期性等方面对年最大洪峰流量历史系列进行分析；文忠宇 [2] 依据楚雄州10个站逐日雨量资料及历史天气图，分析了楚雄暴雨的时空分布特征，结果表明楚雄州暴雨几乎全部出现在5~10月，流域普通暴雨占比最大。现有研究主要集中在暴雨洪水统计分析上，对暴雨洪水特性研究较少，武剑 [3] 等基于分形理论的楚雄州近700年水旱灾害分析表明，20世纪后期楚雄州水旱灾害事件发生频率明显高于其他时段，在未来一段时期还会延续这种增长趋势，因此，采用现有水文、雨量代表站资料对楚雄州水资源四级分区进行暴雨洪水特性 [4] 分析具有重要意义，可以结合云南省暴雨手册为水旱灾害防治提供支撑、同时也为在建和拟建水利工程洪水计算提供参考。
2. 概述
2.1. 自然地理及水系河流情况
楚雄彝族自治州地处云南省腹地，位于100˚43'E~102˚32'E、24˚13'N~26˚30'N之间，东西最大纵距175 km，南北最大纵距247.5 km，共辖8县2市，103个乡(镇)，1098个村(社区)委会，总国土面积28,448.2 km2。为金沙江与元江的分水岭地带，形成二水分流之态；境内山区、半山区占总面积的90%以上，俗有“九分山水一分坝”之称。
州内共有100 km2以上河流101条，分属金沙江及红河水系。州境分水岭以北为金沙江水系，流域面积为17,060.8 km2，范围涉及7县2市，占全州总面积的60%，流域主要支流自西向东有渔泡江、多底河、湾碧河、万马河、蜻蛉河、龙川江、勐果河、黑鲁拉河等，流向均由南向北，呈树枝状和平行状水系。州境南部为红河水系，流域涉及双柏全县及南华、禄丰、楚雄3县市的部分地区，流域面积11,387.4 km2，占全州面积的40%；流域主要有礼社江、马龙河、绿汁江等，均系从北向南流。根据云南省和楚雄州水资源分区图，全州共有七个水资源四级区，分别为：渔泡江、龙川江、潽渡河、金沙江石鼓以下干流、红河上段、绿汁江、李仙江，见图1 [5]。(摘自《楚雄州水资源保护规划(报批稿)》)
Figure 1. Level IV zoning map of river water system and water resources in Chuxiong Prefecture
图1. 楚雄州河流水系和水资源四级分区图
2.2. 水文气候特征
楚雄州属亚热带高原季风气候，夏秋季受来自印度洋面、孟加拉湾气流影响，湿润深厚，水气充沛，冬春季受流经北非、中东以及印度次大陆的气流影响，温暖干燥，降水量偏少。受地形影响，气候的区域差异和垂直变化明显，州内寒、温、热3种气候类型俱全，具有立体气候特点。降水量的地区分布随高程、地形变化差异及年内、年际变化较大，多年平均降水量879.1 mm，集中在6~10月。州内大部份地区日照值大。全州总的气候特征是冬夏短、春秋季长，季节变化不明显；年温差小，日温差大；干湿季分明，雨热同季；日照充足，霜期较短；由于地形海拔的差异，形成的气象、水文要素时空分布复杂，小气候特征明显。(摘自《楚雄州水资源保护规划(报批稿)》)
3. 基本资料
楚雄州有七个水资源四级区。根据全州自然地理状况和水系河流情况，结合水文、雨量站点的分布，在各水资源四级区内选择资料观测年限较长、代表性较好、精度较高的站点(见表1)，用于分析全州水资源四级区暴雨洪水特性。
Table 1. Statistics of hydrological and rainfall representative stations
表1. 水文和雨量代表站点情况统计表
4. 暴雨特性分析
州境位于云南东西部之间一条重要气候分界线哀牢山的东北部，哀牢山挡住了由北方南下的冷空气，使冷空气流越山后产生焚风效应而变干变暖；另一方面又挡住由印度洋吹来的暖湿气流，致使流域内降雨量相对全省偏少；但州境内地貌类型复杂，海拔高差悬殊较大，中小尺度的天气系统活动频繁，当水汽丰沛的暖湿气团受到中小尺度的天气系统影响时，常产生强度大、总量大、历时短、范围大小不一的暴雨。
4.1. 暴雨的年际变化
对全州水资源四级区内各代表站历年年降水量资料进行统计，并采用P-III曲线 [6] 对各站点年最大一日降水量进行频率计算。计算成果(见下表2)表明，州内的最大一日暴雨均值变化范围在58.6~79.1 mm之间，其中李仙江的最大一日降水量最大为79.1 mm，其次为绿汁江中上游地区、龙川江内干流及其主要支流的中上游地区(地形主要为山区和半山区)和红河上段的迎风坡哀牢山一带，这些地区为全州降水量最多的地区；最小的为地处红河上段背风坡的马龙河流域、龙川江的元谋县一带河谷地区和普渡河，这些地区为全州降水量最少的地区。全州暴雨年变差Cv值变化范围在0.25~0.57之间，其中渔泡江和普渡河四级区的暴雨年际变化较大，Cv值分别为0.48、0.57；而暴雨年际变化最小的为金沙江石鼓以下干流、龙川江、李仙江和红河上段四级区的马龙河流域，Cv值在0.25~0.33之间，其他地区的暴雨年际变化在0.34~0.47之间。
Table 2. Statistical parameters of annual precipitation and maximum daily precipitation of representative stations
表2. 各代表站年降水量和最大一日降水量统计参数统计表
4.2. 暴雨的时空分布
将各代表站历年实测资料中最大日降水量大于等于50.0 mm的场次统计分析可知：楚雄州暴雨主要发生于汛期5~10月，占全年暴雨的98.2%，枯季11月~次年4月仅占1.8%；暴雨主要集中于6~9月，其各月分别占全年暴雨的21.4%、21.7%、20.0%、16.6%，10月~次年5月仅占20.3%。在金沙江水系的四个水资源分区和红河上段四级区的马龙河流域1、2、4月份未发生暴雨；3月份仅普渡河四级区发生了一次暴雨，其他地区未发生暴雨；绿汁江四级区2、3、12月份未发生暴雨，4、11月份偶有发生；红河上段的礼社江干流(哀牢山) 5~10月暴雨发生的频次较均匀，且11月至次年1月暴雨均有发生，而州内其他地区11月至次年4月暴雨只是偶有发生。全州单点暴雨和区域性暴雨较突出，平均0.4~0.8年发生一次，其中龙川江四级区内龙川江干流及其主要支流的中下游的平坝、河谷地区、普渡河四级区和红河上段四级区内的马龙河流域暴雨发生的机率相对较大，为0.7~0.8年发生一次，而暴雨发生的机率较小的地区为龙川江四级内龙川江干流及其主要支流的上游山区，平均0.4年发生一次，州内其他地区暴雨为0.5~0.6年发生一次。
4.3. 暴雨的集中程度
由四级区各代表站一、三、五、七日和1、6、12、24小时最大降水量进行统计分析可知：各站年最大一日降水量占七日降水量的45.4%~56.9%，三日降水量占七日降水量的62.4%~76.5%，五日降水量占七日降水量的84.6%~89.2%，暴雨主要集中在一日，且普渡河和红河上段四级区最大一日降水量占七日降水量的比重相对较小，渔泡江四级区相对较大；三~五日降水量占七日降水量比重各水资源四级区基本一致。各水资源四级区1小时到6小时雨量增加幅度较大，6小时以后雨量增加幅度减小，这说明暴雨主要集中在6小时以内，6小时雨量占24小时雨量的63.0%~81.2%，其中龙川江四级区的元谋干热河谷一带所占比重最大，即单次暴雨雨量比较集中，且在6小时以内；红河上段和李仙江四级区的哀牢山一带所占比重相对较小，即单次暴雨雨量较均匀。
5. 洪水特性分析
本区域洪水主要是暴雨形成，洪水过程的基本特点为：陡涨陡落、峰型以单峰为主。
5.1. 洪水的年内变化
将四级区内各代表水文站的历年洪水资料中常遇洪水以上量级月发生次数统计(见表3)分析可知：由于本区域暴雨是形成洪水的主体，因此暴雨特性基本上决定了洪水特性；各四级区洪水在年内的时间分布与暴雨在年内的时间分布基本相对应，暴雨频发的月份也是洪水频发的月份，洪水的发生主要集中在6~9月；暴雨频发的地区也是洪水频发地区。
Table 3. Statistical of annual flood frequency of representative hydrological stations
表3. 各代表水文站年洪水频次统计表
5.2. 洪水变差系数
将四级区内各代表水文站的历年洪水资料中洪峰流量和最大一、三、五、七日洪量进行频率计算，Cs/Cv取值2.0。由计算成果可知：各四级区内代表水文站洪峰流量的Cv值变化在0.37~0.90之间，该成果与周边已审批水利工程成果基本一致，最大的为龙川江四级区的凤屯站和普渡河四级区的沙龙站分别为0.90、0.80，最小的为红河上段四级区鱼庄河站0.37和金沙江石鼓以下干流四级区高桥站0.39。各四级区代表站一日洪量的Cv值变化在0.32~0.90之间、三日洪量的Cv值变化在0.30~0.91之间、五日洪量的Cv值变化在0.28~0.92之间、七日洪量的Cv值变化在0.26~0.94之间。其中，渔泡江、龙川江、普渡河、绿汁江四级区洪量的Cv值变化比洪峰流量的Cv值变化稍大，并随着时段的增长洪量Cv值有增大的趋势，这说明以上四个水资源分区的主洪峰过程前后伴随次洪发生，洪水过程以多峰为主；金沙江石鼓以下干流和红河上段四级区洪量的Cv值变化比洪峰流量的Cv值变化稍小，并随着时段的增长洪量Cv值有减小的趋势,这说明以上两个水资源分区的河槽调蓄作用大，洪水汇集历时相对较长。最大一日降水量Cv值大的地区，一日洪量的Cv值也大，其两者对应关系较好，这充分说明在本区域洪水主要是由暴雨产生。
5.3. 峰量关系
根据各水资源四级分区代表站的洪峰流量和时段洪量资料分析可知：各代表站峰量关系较好，其中洪峰流量与一日洪量相关最好，与三日洪量的关系次之，与五日、七日洪量关系较差，即随着时段的增长，峰量关系相关程度相对减弱。控制径流面积大的水文站其峰量关系较好，如小黄瓜园水文站峰量关系最好；控制径流面积小的水文站其峰量关系相对较差，如凤屯站峰量关系没有小黄瓜园站的好。各代表站峰量关系线型均呈上凹型。峰量关系特点说明州内降水量较集中，主要集中在一日，由单次暴雨形成的洪水过程较单一。
6. 结论
综上所述，对该州水资源四级分区内的暴雨洪水特性有了明确认识，有以下特点：一是州内具有单点暴雨较突出的特点。二是暴雨主要发生于6~9月，主要集中在一日；龙川江四级区内龙川江干流及其主要支流的中下游的平坝、河谷地区、普渡河四级区和红河上段四级区内的马龙河流域暴雨发生的机率相对较小，而暴雨发生的机率较大的地区为龙川江四级区内龙川江干流及其主要支流的上游山区；暴雨Cv值在0.29~0.52之间，其中渔泡江和普渡河四级区的暴雨年际变化较大，而金沙江石鼓以下干流和红河上段四级区的马龙河流域的暴雨年际变化最小。三是洪水主要由暴雨产生，洪水频发的时间、地区与暴雨相对应，暴雨特性基本上决定了洪水特性；洪水过程的基本特点为陡涨陡落、较尖瘦、峰型单一；洪峰流量的Cv值变化在0.37~0.90之间，一、三、五、七日洪量的Cv值变化在0.26~0.94之间。四是峰量关系较好，线型均呈上凹型。