考虑地表-土壤-作物水分联合亏缺的综合旱情指数研究

区域干旱发生发展受地表水、土壤水、作物水等多种缺水过程的共同影响，以往基于单一缺水过程构建的干旱指数难以反映实际旱情，综合考虑多种缺水过程构建综合旱情指数，对有效开展区域旱情监测具有重要的意义。基于水文作物耦合模型(VIC-EPIC)模拟数据，通过线性加权集成标准化径流指数(SRI)、土壤含水量距平指数(SMAPI)和作物缺水指数(CWDI),构建了反映地表-土壤-作物水分联合亏缺的综合旱情指数(CDSI),并采用1981—2020年数据在湘江流域开展了应用研究。结果表明，基于CDSI提取的旱情特征序列与流域内35个县1990—2007年受旱率相关性在0.4～0.8之间，82.9%通过5%显著性水平检验，与反映单一水分亏缺的SRI、SMAPI和CWDI相比，相关性整体上有较大提升。CDSI能够较好地反映区域实际旱情发生发展，可为大范围旱情准确识别和评估提供有效支撑。     

应对干旱的黄河梯级水库群水量调度规则研究

梯级水库群联合优化调度是复杂流域应对干旱的重要手段。根据黄河流域干旱年份来水和用水的特点,构建应对干旱的黄河梯级水库群优化调度模型,以节点供水权重和水库蓄泄过程为决策变量,通过长序列模拟与优化相结合计算,分析典型干旱年份水库群调度与缺水变化的响应关系,提出不同来水、旱情需水条件下应对干旱的黄河梯级水库群水量调度规则,为流域抗旱减灾体系建设和水量调度工作提供技术支撑。     

我国旱情旱灾情势变化及分布特征

在对1949—2008年县区以上的旱情旱灾数据和资料进行统计和分析的基础上,对我国近60年来旱情旱灾情现状及变化情势从特大干旱、农村饮水、农业干旱、城市缺水、生态环境和旱灾损失等不同的角度,对干旱灾害发生频率、影响程度、发生范围等几个方面进行了讨论。得出了干旱灾害在发生频次、严重程度和发生范围方面都呈现增加的态势,干旱不仅对农业,而且对工业生产以及江河、湖泊、湿地等生态环境造成严重影响,干旱灾害的影响已经波及经济社会发展的诸多领域,未来发生特大干旱的概率增加的结论。     

应对干旱的黄河干流骨干水库群联合调度研究

黄河流域水资源贫乏,干旱枯水年份水资源供需矛盾尖锐,农田灌溉缺水问题突出,科学调度黄河干流梯级水库群对于有序应对黄河干旱、提高水库群抗旱减灾效果具有重要作用。针对黄河流域农业旱情形势及旱情分布,分析干旱枯水年份黄河来水与农业旱情需水间的响应关系,构建了以流域综合缺水量最小为目标的黄河干流骨干水库群联合调度模型。选取黄河流域发生重旱的1994年作为典型年进行调度分析,提出了汛期(7—10月)、凌汛期(12月—次年2月)、用水高峰期(3—6月)黄河干流骨干水库群的蓄补水量方案,全年黄河干流骨干水库群联合补水量为37.8亿m~3,通过判别供水重要性,保证了农业用水户作物灌溉关键期供水,减轻了农业缺水程度,控制上中下游农业缺水率基本在25%左右,减轻了流域旱情。结果表明:通过黄河干流骨干水库群联合调度,减轻了黄河上中下游不同地区的缺水程度,实现了黄河上中下游地区缺水均衡,提高了流域抗旱能力。     

基于干旱过程模拟的旱情综合评估方法应用研究

在对国内外干旱评估方法研究进行综述的基础上,指出干旱起因是降水偏少,但发展成灾,则有一个缓慢渐进过程,它不仅取决于降水、气温等气象条件,还与地形、土壤、作物等因素密切相关。考虑到旱灾的成因是多条件的,旱灾的影响和体现也是多方面的,只有结合干旱发展的各阶段,才能全面地认识和评估旱情。利用基于分布式水文模拟的干旱模型,在完整模拟干旱发生发展和结束过程的基础上,整合多种旱情指标,提出能反映干旱发展过程主要特征的旱情综合评估方法体系,并以长江上游川渝地区2006年严重干旱事件为例,开展了应用示例研究。     

缺水率法预测雷州半岛农业旱情设想

雷州半岛的干旱主要表现为灌区干旱,选择了以灌区水量平衡原理为基础的缺水率法来作为评估农业旱情的指标,并设想通过预测中型灌区的缺水率来预测雷州半岛的农业旱情,以便能准确、及时地掌握旱情发生、发展,采取相应措施,减少旱灾。     

基于供水水源的干旱指数及在昆明干旱频率分析中应用

在分析昆明需水量主要供水水源的基础上,以土壤含水量和径流量分别表示作物蒸散和各用途取水的供水水源,参照综合气象干旱指数的构造方式,构建了基于标准化土壤含水量指数和标准化径流指数的综合水文干旱指数。采用阈值法识别基于综合水文干旱指数的干旱过程,通过区域旱情频次确定干旱发生阈值,并分别以干旱过程中指标值小于干旱发生阈值的时段数和时段内干旱发生阈值与指标值之差的累积和为干旱历时和干旱烈度。在采用适线法确定干旱历时、干旱烈度边缘分布的基础上,利用GH Copula函数构建了两者的联合分布,计算了昆明1956—2011年干旱事件的重现期。与昆明实际旱情及由标准化土壤含水量指数、标准化径流指数识别干旱过程比较,综合水文干旱指数适用于昆明干旱过程识别及其重现期计算,相比于气象干旱指标能更直接地反映区域旱情,而相比于土壤含水量或径流量单水文干旱指标能更全面地反映区域干旱的驱动因素。     

作物受旱分析方法探讨

对作物旱情从气象、土壤、作物三方面进行了分析与探讨,结合2003年太谷小灌区实测作物旱情资料进行了分析.结果表明:作物旱情的发生、发展,不仅与作物生长期的气象要素有关,而且与作物的田间管理(主要指灌水)有着密切的联系,作物生长是气象条件与田间管理的综合反映.只有对气象干旱、土壤干旱、作物受旱等进行综合分析才能对作物旱情作出合理的评价.     

基于用水效益函数的城市干旱损失评估方法

为定量评价干旱对城镇地区缺水和产业损失的影响,选取以地表径流为供水水源的湘江干流株洲段为研究区,基于水量平衡原理构建城市干旱指标(CWSI),以月为尺度,计算不同来水频率下区域可供水量、不同产业类型需水量。分别从水量短缺、水位取水困难两种角度,计算湘江株洲段1960—2018年历史来水情景下月尺度区域缺水量和干旱指数(CWSI)。采用经济学领域HARA函数反映经济效益随用水量的变化关系,进而得到缺水量-干旱损失响应关系。在此基础上,构建基于效益最优的缺水量配置动态优化模型,计算不同干旱程度下不同类型产业缺水配置规模,并采用抗旱定额法对配置成果进行验证,进而计算缺水量对应的干旱损失。依据CWSI指数变化,计算不同干旱等级下不同类型产业缺水损失;在多年平均缺水损失曲线基础上,依据当前月来水变化和前期来水亏缺,绘制典型年干旱动态损失变化曲线。研究结果表明:城市干旱具有边际损失高、发生频率低的特点,符合基于HARA用水效益函数构建的缺水损失变化规律,研究成果可为城市干旱风险评价、预警及抗旱定额管理提供理论依据。     

基于多源信息挖掘的干旱预警分析模式探讨

从信息挖掘角度,探讨利用多源信息准确判断干旱预警等级及信号的方法,构建了基于多源信息挖掘的干旱预警模式,利用旱情监测信息建立干旱预警指标体系。从当前旱情严重程度、干旱发展趋势和潜在旱灾损失三个方面,采用逐层递进组合方法分析干旱预警指标,由此来确定干旱预警等级及信息。根据科学性、全面性和可操作性原则建立的干旱预警模式,综合考虑了旱情情势和变化,以及可能面临的旱灾损失,为干旱预警等级和信号的准确确定提供了有效的工具和手段。     

基于水文-作物耦合模型和CWAPI指数的农业干旱评估

基于模拟土壤含水量构建的干旱指数可反映农业干旱的时空发展过程,已被广泛用于大范围农业干旱评估中。当前模拟用于干旱评估的土壤含水量时,常采用水文模型进行模拟。然而,水文模型常过于简化作物模块甚至缺少作物模拟方案,无法模拟作物需水量,因此仅基于土壤含水量构建的土壤干旱指数因忽略作物需水而难以准确评估实际的农业干旱情况。研究构建了考虑灌溉过程影响的水文-作物耦合模型VIC-EPIC（Variable Infiltration Capacity-Environmental Policy Integrated Climate）,提出了基于VIC-EPIC模拟作物需耗水过程的作物缺水距平指数CWAPI（Crop Water Anomaly Percentage Index）,在青口河流域开展了区域农业干旱评估方法研究。验证分析表明,构建的CWAPI因考虑作物需水影响可直接反映作物的缺水状态和缺水对作物生长的累积影响;由于在干旱评估中引入了作物种植比例、轮作类型和灌溉的影响,CWAPI能够较SMAPI（Soil Moisture Anomaly Percentage Index）更客观地反映区域作物旱情。因此评估农业干旱时,需要考虑作物种植比例、轮作和灌溉过程的影响。     

水稻的干旱指标与干旱预报

从作物的干旱机理和水稻节水栽培模式变化的角度,提出并论证了以土壤墒情作为水稻干旱指标的合理性和可行性,并建立了稻田的水分平衡方程与土壤水分消退模型,确定了研究区域以土壤墒情作为水稻干旱指标的指标取值和对应的干旱等级划分;同时,提出了以断水天数为指标的水稻干旱预报新方法。应用表明,该方法适合于安徽江淮丘陵区的自然环境条件和作物生长习性。     

Linking Drought Indicators to Policy Actions in the Tagus Basin Drought Management Plan

One crucial aspect of drought management plans is to establish a link between basin drought state and management actions. Basin state is described by a drought indicator system that includes variables like precipitation, streamflow, reservoir inflow, reservoir storage and groundwater piezometric levels. Basin policy consists on a catalogue of management actions, ranging from enforcing demand reduction strategies to establishing priority of users to allocate scarce water or approving emergency works. In this paper, the methodology applied in the Tagus Basin Drought Management Plan to link operational drought indicators to policy actions in regulated water supply systems is presented. The methodology is based on the evaluation of the probability of not being able to satisfy system demands for a given time horizon. A simplified model of every water resources system in the basin was built to evaluate the threshold of reservoir volume that is required to overcome the drought situation without deficit. For each reservoir level, a set of policy actions is proposed with the goal of guaranteeing essential demands during drought conditions. The methodology was validated with a simulation of system behavior for 60 years of historic streamflow series, finding acceptable results in most systems.     

基于动态权重系数法的区域综合干旱指标研究

为揭示区域总体干旱程度及其变化特征,以长株潭地区为研究区,在标准化降水指数(SPI)、标准化水位指数(SZI)、标准化区域水资源短缺指数(SSDI)基础上,利用动态权重系数法构建区域干旱综合指标MIDI,结合历史受旱面积率、因旱减少供水量等旱情统计资料,对MIDI的适用性进行分析验证。以长株潭地区11个气象站、12个水文站近几十年实测资料为例,分别采用游程理论和Copula函数法识别干旱事件,并计算其发生频率,采用多尺度统计分析法,对区域综合干旱的演变特征进行分析。研究结果表明:SPI、SZI、SSDI对于不同水源、行业类型干旱评价各具优势,SPI、SSDI年干旱累积烈度与长株潭地区农业受旱面积率相关性相对较高;SZI年干旱累积烈度与城镇因旱减少供水量相关性较高,更适用于依靠地表径流为主要供水水源的城镇干旱地区评价。本研究提出的动态权重系数法,综合考虑了区域产业结构的年际变化、产业需水规律的季节性变化等因素,可反映不同阶段各单项指标干旱对于旱情的主导作用,适用于多种水源和产业类型的区域旱情综合评价;从月、季和年3种时间尺度,分析了长株潭地区MIDI综合干旱的变化特征,结果表明长株潭地区近20 a来极端干旱发生频次呈现波动增加趋势。     

干旱类型转化机理及预警体系框架研究

为了明晰不同干旱类型之间的转化机理以构建科学系统化的干旱预警体系框架,在系统化分析气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱的产生过程及其相互关系的同时,探讨了干旱监测指标内涵及干旱事件识别,在此基础上,基于大尺度水循环过程分析了水循环过程的干旱产生,进而深入分析了不同类型干旱之间转化的机理,确定了不同类型干旱转化的关键指标和条件因素,最后,以基于多源遥感数据和地面数据库为基础,利用多源数据融合的方法,通过构建综合干旱指数,建立了干旱预警体系框架。研究表明:从系统角度全面研究干旱类型之间的演进过程、干旱指标内涵及干旱事件的识别,建立干旱动态监测与评估综合分析模型或指标,明晰不同类型干旱转化机理,开展定量监测与评估干旱事件的动态演进过程及其影响,构建干旱预警体系框架,是开展干旱监测、预测、预警、评估和进一步开展旱灾研究的基础。     

旱涝胁迫对作物根系吸水影响研究进展

为了量化各种潜在水源对作物的贡献比例、定量研究农田水分利用特征和水分转换规律，分析与总结了国内外作物水分来源解析、旱涝胁迫条件下作物根系吸水等方面研究现状及发展动态，提出下一步可开展旱涝胁迫条件下作物根系对不同水源利用量研究。从理论层面剖析了旱涝胁迫环境下作物根系吸水机理，对于理解不同水源对植物根系吸水量的贡献，以及农业节水灌溉和生态系统水文过程具有重要意义和实用价值。     

云南南盘江上游旱灾风险定量评估研究

以农业干旱灾害风险为研究对象,采用主成分分析法构造干旱综合表征指数来计算干旱频率,利用AquaCrop模型定量评估一定抗旱能力下的因旱作物损失,据此构建干旱频率-抗旱能力-旱灾损失之间的关系,用于定量评估旱灾风险。对南盘江上游西桥水文站以上区域进行实证研究的结果表明,在现状抗旱能力水平下,区内陆良县属于干旱易发区;当遭遇相同程度干旱时,陆良县与沾益县、麒麟区相比,其因旱作物损失率相对较大,这与实际情况相符;在现状抗旱能力水平下,研究区域遭遇百年一遇大旱时,其因旱作物损失率在15²0%之间。     

旱地农业高效用水技术的应用研究

旱地农业面积约占全国耕地面积的59％，对国民经济具有举足轻重的作用。旱地农业没有灌溉条件，必须在提高降水利用率上做文章。旱地农业高效用水技术主要包括：适水种植、选育抗旱节水高产品种、搞好农田基本建设、耕作保墒、化学调控节水和抗旱灌溉。     

European Union policy for improving drought preparedness and mitigation

The European Water Framework Directive 2000/60 (WFD), does not appear fully adequate to address drought risk. A Group on Drought and Water Scarcity has developed some proposals to improve the strategy for coping with drought and water scarcity issues. The main proposal consists in supplementing the River Basin Management indicated by the WFD with a specific Drought Management (sub)Plan aimed at minimizing the negative drought impacts on the economy, society and the environment. Also a list of indicators to identify prolonged droughts which permit a temporary suspension of the requirements of good ecological status in water bodies has been proposed. Some specific recommendations that the EU should issue to national governments, are discussed. Several criteria are suggested to achieve an effective drought management strategy.