南水北调中线水源区与海河受水区丰枯遭遇研究

基于常用的趋势检验方法,对南水北调中线水源区和海河受水区降水序列进行趋势诊断,据此对其变化趋势进行了识别;基于历史实测和未来气候模式降水数据,通过构建边缘分布模型和Copula联合分布模型,来描述降水序列的独立结构,用于定量评估气候变化对水源区和海河受水区降水丰枯遭遇的影响。研究结果表明:过去55 a水源区和海河受水区降水量呈现为不显著的下降趋势;在气候变化RCP4.5和RCP8.5情景下,水源区与海河受水区降水量的丰枯遭遇概率均呈现为增加的趋势,调水有利组合降水量遭遇概率平均分别增加了3.58%和5.80%;同枯遭遇概率均小于30%,说明工程实施调水的可能性。对气候变化影响下的丰枯遭遇开展研究,可为南水北调中线工程的正常运行和水资源调度提供理论参考。     

1958—2017年滇中引水工程受水区降水时空变化

为了对滇中引水工程水资源进行科学调度和合理配置,开展滇中引水工程受水区降水时空分布研究。基于受水区内8个雨量站的60 a降水数据,采用云模型、Mann-Kendall检验、小波分析和协同克里金插值法探究受水区降水序列的时空分布特征。结果表明:年内降水量主要集中在6—8月,12月至次年2月降水量少;夏季降水时间分布不均匀,且8月份稳定性最差,冬季降水量小但降水均匀。年际降水量以9.92 mm/(10 a)减少,年降水量存在突变性和周期性波动,突变点集中在1982—1992年,在研究时段内降水量经历了3个周期的丰-枯变化;降水量在空间上分布不均匀,春、夏和秋季降水量在空间上呈现出“南多北少、西多东少”,而冬季降水空间分布规律较差。 综上所述,滇中引水工程受水区应当注意防汛抗旱、监测区域泥石流以及预防夏季干旱。     

南水北调中线水源与受水区降水丰枯遭遇分析

利用南水北调中线水源区和受水区40余站1954~1998年的降水资料,计算分析了汉江水源区,唐白河、淮河、海河南北受水区降水统计特征及水源区与受水区丰枯遭遇特征。结论为汉江水源区年降水量大于各受水区,水源区降水年内分配较受水区均匀、降水年际变化比受水区小。水源区与各受水区同丰、同枯遭遇概率较小,能正常发挥调水效益的丰枯遭遇概率在67%~82%,从南至北增大,各区连续枯水年时段不多。     

南水北调中线水源区与受水区降水丰枯遭遇分析

利用南水北调中线水源区和受水区40余站1954～1998年的降水资料,计算分析了汉江水源区,唐白河、淮河、海河南北受水区降水统计特征及水源区与受水区丰枯遭遇特征.结论为汉江水源区年降水量大于各受水区,水源区降水年内分配较受水区均匀、降水年际变化比受水区小.水源区与各受水区同丰、同枯遭遇概率较小,能正常发挥调水效益的丰枯遭遇概率在67%～82%,从南至北增大,各区连续枯水年时段不多.     

引江济淮工程水源区和受水区干旱遭遇风险

干旱遭遇会严重影响跨流域调水工程的效益发挥，为科学评估引江济淮工程水源区和受水区的干旱遭遇风 险，采用标准化降水蒸散指数（standardized?precipitation?evapotranspiration?index，SPEI）和 Copula 理论构建水源区和 受水区干旱指数的联合分布，分析历史和未来两个区域干旱演变规律以及干旱遭遇风险变化。结果表明： 1960—2020 年水源区和受水区发生干旱的频率分别为 27.32% 和 29.78%；未来情景下两个区域干旱发生频率均 有明显增加，尤其高排放情景下特旱发生频率增加超过 10%；非汛期水源区和受水区同时发生干旱的概率比汛期 高 5.49%；未来汛期和全年干旱遭遇频率预计有明显增加，非汛期干旱遭遇频率略有降低；在中高排放情景下 （SSP2-4.5 和 SSP5-8.5），远期干旱遭遇频率相对更高。干旱遭遇风险增加对跨流域调水工程效益发挥带来了巨大 挑战，因此迫切需要制定适应性策略，为调水工程正常运行管理和水资源可持续利用提供保障。     

南水北调中线水源区和受水区干旱遭遇风险评估

基于 1961—2019 年气象观测数据和 CMIP6 模式数据,利用标准化降水蒸散指数（standardized?precipitation evapotranspiration?index,SPEI）计算南水北调中线水源区和受水区的干旱指数,并利用经验正交分析法、主成分分 析法和 Copula 函数法,对水源区与受水区的干旱演变规律进行分析,揭示干旱遭遇的联合概率分布,并对未来干 旱遭遇进行预估。研究结果表明：水源区和受水区干旱事件遭遇频繁,1965—1971 年和 1987—2005 年均出现较 为严重的干旱遭遇事件,同时在 1970 年代中后期至 1985 年前后,出现了长期明显的区域差异性;水源区和受水区 中旱和重旱的联合重现期分别约为 18 年一遇（5.51%）和 123 年一遇（0.81%）,两地同时出现极端干旱的重现期约 为 323 年一遇（0.31%）;不同气候情景下以年尺度 SPEI 指数,对南水北调中线水源区和受水区的未来干旱事件预 估表明,未来水源区和受水区在 SSP1-2.6 情景下干旱遭遇次数相对较少,而在 SSP2-4.5 情景下的 2034—2036 年、 2044—2045 年以及在 SSP5-8.5 情景下的 2032—2033 年、2068—2070 年,将有可能发生较严重的干旱遭遇事 件。     

基于贝叶斯网络的南水北调中线工程水源区与受水区丰枯遭遇风险分析

摘要：南水北调中线工程跨越了长江、淮河、黄河、海河四大流域及不同的气候区，水源区和各受水区降水丰枯变化存在差异性和不确定性，不同的丰枯遭遇状态将孕育着南水北调中线工程运行风险。本文基于贝叶斯网络理论对南水北调中线工程水源区和四个受水区的降水丰枯遭遇进行了深入的分析研究，建立了贝叶斯网络丰枯遭遇风险管理模型，定量直观地描述了水源区与四个受水区之间复杂的降水丰枯组合关系，对模型中各结点的参数进行了辨识，计算了水源区与各受水区不同的丰枯组合状态对调水不利的风险概率。通过所建模型的贝叶斯网络推理功能，对南水北调中线工程未来运行中可能发生的丰枯遭遇及其风险进行了仿真研究，研究成果将为南水北调中线水资源调度提供科学的决策依据。     

基于贝叶斯网络理论的南水北调中线工程水源区与受水区降水丰枯遭遇风险分析

基于贝叶斯网络理论对南水北调中线工程水源区和4个受水区的降水丰枯遭遇进行了深入的分析研究,建立了贝叶斯网络丰枯遭遇风险管理模型,定量直观地描述了水源区与4个受水区之间复杂的降水丰枯组合关系,对模型中各结点的参数进行了辨识,计算了水源区与各受水区不同的丰枯组合状态对调水不利的风险概率。通过所建模型的贝叶斯网络推理功能,对南水北调中线工程未来运行中可能发生的丰枯遭遇及其风险进行了仿真研究,该成果将为南水北调中线水资源调度提供科学的决策依据。     

乌江中上游地区极端降水特征及未来预估

选取乌江中上游地区1961-2019年的逐日降水数据,采用趋势分析、EOF、小波分析等方法,研究极端降水在时空上的变化特征,同时为了使研究具有整体性,利用CMIP6中5个GCMs下的3种情景数据（SSP126、SSP245、SSP585),在降尺度处理后预估未来（2020-2100年）极端降水的变化。结果表明：1961-2019年整个流域地区极端降水事件虽然有增有减,但无显著性变化;在变化周期上,信号强烈的周期主要在23~30 a的时间尺度上,且贯穿整个时序;5个极端降水指数的第1模态表明其在空间变化上具有一致性,第2模态则有差异;未来极端降水事件整体上随SSPs情景的升高而愈发显著,且多以正趋势为主。研究结果可为乌江流域地区水安全管控、规划建设、防灾减灾等提供参考。     

南水北调中线水源区与受水区降水丰枯遭遇研究

运用Copula方法理论构造了南水北调中线工程水源区与各受水区汛期、非汛期及全年降雨量的联合分布,并用所建模型对水源区与各受水区的丰枯遭遇进行了研究。结果表明,用Copula方法来描述不同水文区的丰枯遭遇问题是可行的。通过分析得出以下结论:水源区与受水区丰枯同步的频率表现出由南向北递减的规律,且同枯的频率略大于同丰的频率,同平的频率最低,有利于调水的频率却表现出相反的趋势;非汛期调往各受水区的水量有限,需配合其他水利工程进行联合调度才能保证供水区的用水安全。     

引汉济渭工程水源区与受水区丰枯遭遇分析

对于引汉济渭工程来说,其水源区和受水区的丰枯遭遇对工程调度方案的制定有重要影响。利用Copula函数法和统计法对水源区与受水区的降水丰枯遭遇进行统计,为制定调度方案提供参考依据。统计结果的对比分析显示,Copula函数法和统计方法统计结果基本一致,水源区和受水区丰枯组合中对调水有利的概率均大于70%,但在样本序列较短时统计法存在局限性,Copula函数法可以弥补统计方法的不足。计算结果还表明,工程可以保证调水效益的正常发挥。     

南水北调中线工程水源区与海河受水区干旱遭遇研究

基于Copula理论,以标准化降水蒸散指数(SPEI)为干旱指标,建立了南水北调中线工程水源区与海河受水区汛期、非汛期及全年SPEI的联合分布,并结合未来气候模式数据,研究了变化情景下南水北调中线工程水源区与海河受水区各时期干旱遭遇概率变化及其对工程运行风险的影响。研究结果表明:过去几十年,南水北调中线工程水源区与海河受水区总体呈现变旱趋势;在RCP4.5和RCP8.5两种未来气候变化情景下,水源区与海河受水区汛期、非汛期及全年同旱事件发生概率较现状有不同程度的增加,尤其汛期遭遇同旱和非汛期遭遇同重旱的概率明显增大,增加的幅度分别达到2.99%~6.1%和2.67%~3.63%。在未来变化情景下,水源区与海河受水区干旱遭遇变化可能会对工程运行带来风险,因此,有必要研究相应的适应性对策以保证工程的正常安全运行。     

Drought Occurrence Probability Analysis Using Multivariate Standardized Drought Index and Copula Function Under Climate Change

This study aims to investigate the effect of climate change on the probability of drought occurrence in central Iran. To this end, a new drought index called Multivariate Standardized Drought Index (MSDI) was developed, which is composed of the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) and the Standardized Soil Moisture Index (SSI). The required data included precipitation, temperature (from CRU TS), and soil moisture (from the ESA CCA SM product) on a monthly time scale for the 1980–2016 period. Moreover, future climate data were downloaded from CMIP6 models under the latest SSPs-RCPs emission scenarios (SSP1-2.6 and SSP5-8.5) for the 2020–2056 period. Based on the normalized root mean square error (NRMSE), Cramer-von mises statistic (S_n), and Nash Sutcliffe (NS) evaluation criteria, the Galambos and Clayton functions were selected to derive copula-based joint distribution functions in both periods. The results showed that more severe and longer droughts will occur in the future compared to the historical period and in particular under the SSP5-8.5 scenario. From the derived joint return period, a drought event with defined severity or duration will happen in a shorter return period as compared with the historical period. In other words, the joint return period indicated a higher probability of drought occurrence in the future period. Moreover, the joint return period analysis revealed that the return period of mild droughts will remain the same, while it will decrease for extreme droughts in the future.

     

水库径流丰枯遭遇特性分析

文中运用Copula理论构建了碧流河水库、英那河水库全年、汛期、非汛期天然入库径流二维联合分布函数,分析了两座水库三个时间尺度的径流丰枯遭遇特性,结果表明,两库汛期径流丰枯同步频率最大,全年次之,非汛期最小。三个尺度整体上看,两水库天然入库径流丰枯同步频率较高,丰枯补偿特征不十分明显。     

基于区域水平衡理论和SWAT模型的沁河流域水收支平衡演变分析

基于区域水平衡理论和SWAT模型,提出了分布式水收支平衡模型的构建思路及水收支平衡计算方法,对人类活动和未来气候变化情景下的沁河流域水收支平衡状况进行模拟,并通过皮尔逊相关系数和Mann-Kendall检验方法分析了水收支平衡的关键影响要素及其演变规律。结果表明:2010—2016年沁河流域蓄水总量呈下降趋势,降水量及出口径流量为沁河流域水收支平衡相对关键的影响要素；未来多气候情景下蓄水总量呈上升趋势,多年平均降水量及出口径流量两个关键影响要素的总体变化情况与辐射强迫水平呈正相关关系；典型气候情景SSP2-4.5下降水量及出口径流量在2037—2041年、2061—2063年可能存在突变。     

Performance Indexes Analysis of the Reservoir-Hydropower Plant System Affected by Climate Change

Assessing the effects of climate change phenomenon on the natural resources, especially available water resources, considering the existing constraints and planning to reduce its adverse effects, requires continuous monitoring and quantification of the adverse effects, so that policymakers can analyze the performance of any system in different conditions clearly and explicitly. The most important objectives of the present research including: (1) calculating the sustainability index for each demand node based on the characteristics of its water supply individually and also calculating the sustainability index of the whole water supply system, (2) investigation the compatible of changes trend among various reservoir performance indexes and (3) evaluation the changes in performance reservoir indexes in the future time period compared to the baseline tie period under three Concentration Pathway (RCP) RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5 scenarios for all water demand nodes and the entire water supply system. To this end, first, climatic parameters data affecting on the water resources such as temperature and precipitation were gathered in the baseline period (1977–2001) and the climatic scenarios were generated for the future period (2016–2040) using the Fifth Assessment Report (AR5) of the International Panel on Climate Change (IPCC). Then, the irrigation demand changes of the agricultural products with the Cropwat model and the value of inflow to the reservoir with the Artificial Neural Network (ANN) model were calculated under the climate change effects. In the next step, the climate change effects on the water supply and demand were simulated using Water Evaluation and Planning model (WEAP), and its results were extracted so as the water management indexes. The results show that the temperature will increase in the future period under all three RCP scenarios (RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5) compared to the baseline period, while precipitation will decrease under the RCP2.6 scenario but will increases under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. Under the trend of changing in temperature and rainfall, the irrigation demand in the agricultural sector in all scenarios will increase compared to the baseline period. However, the inflow of reservoir will decrease under the RCP2.6 and RCP4.5 scenarios and will increases under RCP8.5 scenario. Evaluation of WEAP modeling results shows that the sustainability index of the entire Marun water-energy system will decrease in the future period compared to the baseline period under the RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5 scenarios by 13, 10 and 8%, respectively. The decrease in the system sustainability index shows that in the absence of early planning, the Marun water-energy supply system will face several challenges for meeting the increasing demand of water in different consumer sectors in the coming years.

     

基于CMIP6的全球及干旱带干旱时空演变

针对全球范围内极端气候事件频繁发生的问题,采用等距离分位数方法,构建CMIP6模式高精度降水、气温数据库,耦合帕默尔干旱指数(PDSI)预估未来情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5)下全球及干旱带干旱特征时空演变趋势。结果表明：经过偏差校正的CMIP6模拟精度明显提高;基准期(1979—2014年)全球干旱频次变化较小,干旱历时较长,干旱烈度较强,干旱带的干旱烈度较弱;预测期(2025—2060年)全球干旱特征在时空分布上差异性显著,干旱频次较高,平均干旱历时增加,平均干旱烈度增强;预测期干旱带干旱频次、干旱历时和干旱烈度均呈现增加趋势,热带/亚热带干旱带和温带干旱带变旱趋势较显著。