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。     

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。     

气候变化背景下滇中引水工程水源区与受水区 降水丰枯遭遇分析

基于历史实测降水数据与全球气候模型预估数据，使用 Morlet 小波方法分析滇中引水工程水源区与受水区 降水序列的周期变化和未来的降水趋势。同时，采用 Copula 函数计算历史时期（1960—2021 年）与未来时期 （2022—2100 年）水源区与受水区降水丰枯异步或丰枯同步的概率。结果表明：1960—2021 年降水序列存在 26~39?a、18~25?a、4~7?a 的 3 类时间尺度的周期变化，2022—2100 年降水序列存在 38~55?a、18~30?a、5~12?a 的 3 类时间尺度的周期变化，降水量呈现“多—少—多”的循环交替，预计未来 10~20?a 将持续处于降水较多的时期； 过去 62?a，水源区和受水区降水丰枯异步频率 36.4%，同期丰水年频率为 25.3%，同期枯水年频率小于 30%，水源区 和受水区具有水量互补的引水条件，两区域之间存在着水量补偿特征；与历史丰枯遭遇对比，未来降水量丰枯同 步频率均呈现减小的趋势，丰枯异步呈现增加的趋势，同枯和源枯受丰的频率减少，未来有利于调水的降水丰枯 组合概率平均增加 3.75%；在近、中、远期预估中，从 SSP1-2.6 情景过渡到 SSP5-8.5 情景，SSP5-8.5 情景下降水量 丰枯异步频率比 SSP1-2.6 情景大，说明水源区与受水区的降水区域差异变大，降水时空差异更加显著。通过对滇 中引水工程水源区与受水区降水量丰枯遭遇的综合分析、定量评估和模拟预测，为滇中引水工程水资源调度协同 一体化提供数据支撑及参考依据。     

黔中调水工程降雨丰枯遭遇分析

对于黔中调水工程来说,其水源区和受水区的降雨丰枯遭遇问题对工程调水方案的制定有重要的影响。以概率统计分析方法为基础,采用统计法和G-H copula函数对水源区和受水区的降雨进行丰枯遭遇分析。研究结果表明,Copula函数法和统计法计算结果基本一致,水源区和各受水区调水有利概率均在68.7%以上,并且在汛期最大,非汛期最小,为调度方案的制定有一定的参考价值;较高的调水有利概率,有利于保证工程效益的发挥。同时,应充分利用不同受水区之间的丰枯异步性,进行协调相机补水,提高黔中工程的调水效率。     

基于大系统分解协调理论的引汉济渭调水工程受水区水资源优化配置研究

陕西省引汉济渭调水工程是近中期解决关中地区严重缺水的跨流域调水工程,如何对调水工程水资源系统进行合理运行、科学调度是急待解决的问题。本文结合引汉济渭调水工程和受水区的实际情况,在分析研究受水区供用水现状的基础上,对受水区进行供需水平衡分析,提出不同水平年引汉济渭调水工程需调水量。并以区域可持续发展为导向,采用系统分析方法,在确定的调水规模基础上,充分考虑区域的经济、社会和生态环境等因素,以供水综合效益最大为全局最优解,基于系统分析方法建立了大系统分解协调模型,对调水工程所调水量进行优化配置。     

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。     

跨流域调水生态环境影响评价指标体系研究

目前对跨流域调水工程生态环境影响评价,尚未构建一套普遍适用的指标体系。在对工程实例进行充分调研的基础上,从跨流域调水对水源区、输水区和受水区的生态环境影响特征出发,遵循系统性、代表性、科学性、定性定量相结合、独立性和客观性等原则,从物理化学系统、生物系统、社会经济系统三方面分别构建跨流域调水的生态环境影响评价指标体系。并针对解决城市供水、农业灌溉、生态环境保护和综合开发利用等不同目标的跨流域调水工程在环境影响评价指标权重分配上所体现的差异进行了分析总结,可供跨流域调水对生态环境影响评价时参考选用。     

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。     

基于多模式情景的长江中下游未来气象干旱时空演变特征分析

为了分析未来时期(2020—2099年)长江中下游区域气象干旱演变特征,选取跨行业影响模式比较计划(ISIMIP)的4个全球气候模式,基于不同代表性浓度路径(RCP)的排放情景(RCP-2.6、RCP-6.0和RCP-8.5),分别计算了标准化降水指数(SPI)和标准化蒸散发指数(SPEI),探讨了两种指数对研究区气象干旱的刻画能力,分析了研究区未来气象干旱变化规律。研究结果表明:未来时期SPI整体呈增加趋势,汉江流域和洞庭湖水系西北区域增加幅度较大,说明该区域干旱减缓趋势明显;SPEI呈显著减小趋势,且随着排放浓度的增加,减小幅度逐渐增加,洞庭湖水系和鄱阳湖水系东南区域减小趋势较大,说明该区域未来时期干旱增加趋势明显;不同情景下SPI减小的区域SPEI也呈减小趋势且减小幅度更大;研究区SPI与SPEI的相关性从北到南、从西到东逐渐增强;SPI与SPEI的整体相关性随着排放浓度的增加逐渐减弱。研究成果有助于预估未来长江中下游区域干旱发生演变规律。     

基尼系数在调水水资源分配中的应用研究

跨流域调水是调整水资源空间分布,提高水资源与人口、土地、生产力布局匹配程度的有效途径。借鉴经济学中洛伦兹曲线和基尼系数的概念,提出采用水资源与耕地、GDP和人口3项匹配基尼系数指标来分析跨流域调水工程水源区与受水区的水资源空间匹配程度,并以南水北调中线工程为例进行实例计算和分析。计算结果说明了方法的有效性,研究成果可供跨流域调水决策参考。     

长江流域1961~2015年不同等级干旱时空变化分析

分析长江流域历史时期的干旱时空变化特征,对于目前和未来的干旱应对具有重要参考价值。采用12月尺度标准化降水指数（SPI_12）对长江流域134个气象站1961~2015年逐日降水数据进行统计分析,探究了流域内不同等级干旱的时间变化特征和空间分布格局。结果表明：长江流域每年发生干旱的平均次数和站点数均没有明显变化趋势,但特旱发生次数和站点数均呈升高趋势;流域内各站点发生干旱的频率主要介于30%~35%之间,四川盆地、云南省北部、贵州省北部发生干旱的频率大多呈增加趋势,其他地区干旱发生频率以降低趋势为主。上述结果表明,长江流域不同等级干旱呈现不一致的时间变化特征,发生特旱的风险呈增加趋势,不同区域的干旱变化趋势也存在显著差异,因此需要分区制定针对性的应对措施。     

引汉济渭调水工程受水区水资源优化配置研究

陕西省引汉济渭调水工程是解决关中地区严重缺水的跨流域调水工程,在充分考虑受水区的经济、社会和生态环境等因素以及水资源供需平衡分析基础上,基于系统分析方法建立了大系统分解协调模型,以供水区综合效益最大、缺水量最小为全局最优解,得到了2020年和2030年调水工程所调水量的优化配置方案。     

基于新型综合干旱指数的珠江流域未来干旱变化特征研究

综合干旱指数构建及评估未来综合干旱特征变化具有重要的理论价值和现实意义。本文基于Copula函数,联合降水及VIC模型模拟的蒸散发、径流和土壤水等水文气象要素,构建了一种能综合表征气象-水文-农业干旱特征的新型综合干旱指数(CSDI),并以珠江流域为例进行应用,分析了未来气候变化情景下研究区综合干旱的变化特征。结果表明:(1)CSDI指数综合考虑了与干旱发生、演变密切相关的水文气象要素,能很好地监测到干旱的发生、发展过程,可综合从气象、水文与农业等角度刻画干旱特征。(2)RCP2.6情景下,流域下游综合干旱严重性降低且历时减少,而RCP4.5和RCP8.5情景下,全流域则均增加,严重性和历时分别至少平均增加14.8%和11.5%。(3)RCP2.6情景下,流域上下游超阈联合重现期100年的同频设计严重性和历时值均大幅降低,而RCP4.5、RCP8.5情景下,流域大部分地区则均呈升高。本研究可为研究区防旱抗旱提供新的参考。     

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。     

南水北调中线水源区供水水文风险因子分析

以南水北调中线水源区丹江口水库为研究区域,分析了水源区供水水文风险因子,并利用SWAT模型模拟不同气候变化以及土地利用变化情景下丹江口水库入库径流,同时结合上游区人工取用水和其他调水工程资料,分析了中线水源区的供水水文风险。结果表明,气候变化是导致供水水文风险最主要因子;其次,上游人工取用水及其他调水工程对中线供水水文风险的影响也很明显,但能够实现人为控制;土地利用导致的下垫面变化对中线供水水文风险影响很小。     

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。     

调水工程管理适应水资源区域配置实践与探索——以牛栏江—滇池补水工程为例

"十二五"以来,大型河湖水系连通项目及跨区域引调水工程成为统筹区域水资源配置的重要措施。我国处于跨区域调水管理初期,研究制定统一法令,建立有效管理机制,统一区域调度,充分发挥调水工程在区域水资源配置和区域经济可持续发展中的保障作用,起步较晚且迫在眉睫。以牛栏江—滇池补水工程联合调度管理成效为依托,分析了在建立科学的联合调度机制、确保工程安全稳定运行基础上,合理调配有限水资源,适应滇池流域水资源总体配置要求,可实现外调水"一水多用,有效利用"的综合效益。针对目前机制保障下调出区水环境保护及受水区多目标效益优化所面临的问题,提出流域协同地方政府统一监管,深入研究区域水资源总体配置,能积极促进水资源可持续利用,并支撑区域经济可持续健康发展。     

跨流域调水工程供水调度运行初探

跨流域调水工程是我国的大型基础设施建设，其供水调度是一个极其复杂的问题，涉及运行机制、技术运用、市场运作等多种问题。结合对跨流域调水工程调度特点和我国跨流域调水工程存在问题的分析，提出了跨流域调水工程应实行政府管理与市场运作双重运行机制．应在遵循利益最大化原则的同时，兼顾区域和谐原则、国家利益和个体利益相结合的原则和公益性与经营性的统一．并据此提出了跨流域调水工程供水调度的研究思路。     

基于SPEI的南水北调中线水源区干旱时空特征

利用多种统计方法对南水北调中线水源区降水和气温序列进行趋势诊断,识别了不同气象站点序列的时空变化趋势;以标准化降水蒸散指数(SPEI)为干旱指标,建立考虑降水和气温共同对干旱过程影响的评价模型,研究分析了水源区不同时间尺度和分期(汛期、非汛期和全年期)干旱过程动态变化特征。分析表明:降水量呈现不显著的下降趋势,气温总体呈现显著性上升趋势;短时间尺度SPEI对降水和气温变化更加敏感,随着时间尺度增大,SPEI值变化更加平缓;非汛期和全年期水源区发生严重干旱的概率增大,不同气象站点3个不同时期发生特旱或重旱的年份与历史发生干旱的资料相一致;干旱严重程度从上游到下游逐渐衰减,整个汉江上游和西北部地区干旱发生频次略高于下游和南部地区;对比标准化降水指标(SPI)计算结果,SPEI指数较SPI指数补充考虑了降水和气温对干旱过程的综合影响,可作为SPI指数的一个重要补充分析手段,可应用于描述南水北调中线水源区不同时间尺度的干旱特征。     

2022年鄱阳湖流域干旱综合评估及成因分析

2022年鄱阳湖流域发生了极端的干旱事件,综合评估其干旱程度对于探究流域旱情变化规律、开展抗旱保供水工作具有重要意义。基于鄱阳湖“五河”和湖区1960～2022年逐月降水、径流数据,采用标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI)指标评估鄱阳湖各分区干旱程度,分析了干旱时空演变特征,结合大气环流指数初探了旱情成因。结果表明：2022年7～10月鄱阳湖流域降水和径流相比历史同期明显减少,不同分区累计降水量偏少63%～78%、径流量偏少29%～70%;2022年7～10月鄱阳湖流域气象干旱和水文干旱程度均较高,且表现为全流域干旱;从8月起绝大部分区域表现为中旱以上,部分区域表现为重旱和特旱。根据大气环流资料分析,在2020～2021年La Nina事件影响下,2022年夏秋季西太平洋副热带高压偏北,致使流域内降水偏少、高温频发,发生持续高温干旱事件,出现“汛期反枯”现象。研究成果可为鄱阳湖流域抗旱保水工作提供技术支撑。