基于PPCC检验的径流指数对汾河上游水文干旱演变分析

水文干旱处于气象与农业干旱之间,影响着社会经济干旱。根据概率点据相关系数法检验汾河上游年径流对P-Ⅲ、对数P-Ⅲ及二参数对数正态分布的拟合情况,采用最佳分布计算径流干旱指数,分析汾河上游水文干旱变化趋势。结果表明,汾河上游年径流最佳拟合分布为二参数对数正态分布。随着时间的推移,汾河上游无旱持续时间变短,干旱持续时间延长,且发生干旱的趋势性显著。其中,不同程度干旱发生的可能性最大为轻旱,其次为中旱、重旱及特旱发生可能性较小且概率相当。     

基于最大熵原理的水文干旱指标计算方法研究

确定水文变量的概率分布,是计算各类标准化干旱指标的关键。提出了基于最大熵原理(POME)的月径流分布构建方法,采用多阶矩作为求解最大熵的约束条件,以拉格朗日乘子法估计分布参数,计算了不同时间尺度的标准化径流干旱指数SDI,评估了汉江30个子流域历史水文干旱情势。结果表明:与Normal、Gamma、Weibull、Pearson TypeⅢ等常用概率分布相比,POME分布模型可以最大程度地利用实测水文数据中的信息,有效拟合不同时间尺度的累积月径流量,表现出良好的适用性;随着时间尺度的增大,采用不同分布拟合同一尺度的月径流量,差别逐渐减小,月径流量概率分布特征趋于正态化。成果可为推求干旱指标,研究干旱特征的统计规律,进行干旱频率分析等提供新的手段。     

变化环境下时变标准化径流指数的构建与应用

变化环境下,干旱指数可能表现出非一致性特征。本文假设径流序列为二阶非平稳序列,建立以时间为协变量的时变矩GAMLSS模型,该模型采用非一致性Gamma分布拟合实测径流序列,并基于该模型计算出的时变标准化径流指数SRIt,与传统指数SRI进行对比分析,以验证其合理性与必要性。结果表明:基于时变矩模型的时变标准化径流指数SRIt更适应于潘家口水库流域变化环境下水文干旱的评价。时变标准化径流指数SRIt的值整体上比基于一致性模型的指数SRI偏小,即所表示的干旱程度更加严重,主要是因为时变矩GAMLSS模型能够反映出变化环境下径流序列的变化趋势,该趋势是影响径流的一系列因素共同导致的,如气候变化,人类活动等。而在受这些因素的影响下,潘家口水库流域的水文干旱事件频率增加,严重程度增强。     

东江流域气象干旱向水文干旱传递阈值研究

对不同干旱类型之间传递阈值研究可有效分析干旱传递的发生规律和机理,特别是对气象干旱向水文干旱传递阈值的研究。以东江流域为研究对象,计算月尺度的标准化降水指数SPI和标准化径流指数SRI,并基于游程理论识别干旱事件,提取干旱事件及其特征,包括干旱历时和干旱烈度。对发生时间全部或部分重叠的气象干旱事件和水文干旱事件进行匹配。对匹配后的干旱特征属性进行边缘分布拟合,验证气象干旱和水文干旱的历时或烈度之间的相关性,基于二变量Copula函数分别建立气象干旱与水文干旱特征的联合分布模型,计算不同气象干旱条件下不同等级水文干旱(中旱、重旱、极旱)发生的条件概率,取条件概率为0.95时对应的气象干旱历时或烈度值,作为气象干旱向该等级水文干旱传递的干旱历时(烈度)阈值。结果表明:东江流域气象干旱历时和烈度的最优拟合函数均为伽玛分布,水文干旱历时的最优拟合函数为伽玛分布,水文干旱烈度的边缘分布函数为广义正态分布。Gumbel-copula函数拟合干旱历时和烈度的效果较好。东江流域中旱、重旱、极旱等级的干旱历时传递阈值分别为6.9、8.3、9.4个月;干旱烈度的传递阈值分别为4.6、5.7、6.6。干旱传递阈值可以为水文干旱的预测以及防旱减灾的决策提供参考。     

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。     

基于Bootstrap抽样的水文干旱不确定性分析——以北洛河为例

为了定量的讨论分布线型、抽样方法及样本容量对水文干旱影响的不确定性,分别采用伽马分布、对数正态分布、正态分布对Bootstrap样本进行拟合。运用标准Bootstrap方法、百分位数Bootstrap方法、t百分位数Bootstrap方法分别在样本容量n分别为65、75、85时进行对比分析。结果显示:伽马分布和对数正态分布计算出来的SFI一致性较好,文章优先选用伽马分布。同一抽样方法,样本容量越大,抽样不确定性越小。在样本容量相同的条件下,百分位数Bootstrap方法估计参数值的精度最高。合理地表明在流量影响下水文干旱的不确定性。     

基于时变参数和阈值的非平稳水文干旱评估方法构建

变化环境下，气候变化和人类活动的双重影响导致径流过程出现非平稳特征，需构建非平稳水文干旱评估方法。选取渭河流域为研究区，基于平稳性、突变性和趋势性分析方法，分析径流过程非平稳特征;分别采用基于位置、尺度和形状参数的广义可加模型和完全自适应噪声集合经验模态分解法，构建考虑径流过程非平稳变化的时变参数标准化径流指数和时变阈值法，开展非平稳水文干旱事件评估;结合标准化降水指数和历史记载干旱事件验证两种非平稳干旱评估方法的合理性。结果表明：渭河流域年径流序列突变点出现在1990年前后，且径流序列在突变点后(1991—2020年)呈显著(α < 0.05)上升趋势;不同设计方案间的对比结果表明，时变参数标准化径流指数和时变阈值法具备更强的稳健性，可合理刻画出径流过程的旱涝动态变化;构建的两类非平稳评估方法与标准化降水指数及历史记载干旱事件表征的旱涝过程有较高的一致性，更适应于变化环境下的水文干旱评估。     

基于标准化帕尔默干旱指数的西江流域干旱评估

采用西江流域武宣站集水区68个气象站点1961-2014年的逐日气象观测资料和12个水文站点1961-1989年日径流资料以及植被、土壤数据,驱动VIC水文模型计算水文要素的时空分布,构建网格尺度的标准化帕尔默干旱指数(SPDI),结合游程理论识别历史干旱事件,分析了SPDI在西江流域干旱评估的适用性以及历史干旱事件的...     

赣江流域气象干旱与水文干旱特征及其概率关系

为探明赣江流域气象干旱与水文干旱之间的关系,基于赣江流域1960～2018年降水和径流量资料,分别计算标准化降水指数(SPI)和径流指数(SSI),基于游程理论识别气象干旱和水文干旱事件并分析干旱特征变化过程,同时利用Copula函数和条件概率分布分析干旱重现期以及气象干旱与水文干旱概率关系。结果表明:(1) 6个月时间尺度下SPI和SSI相关性最好,水文干旱对气象干旱无滞后,水文干旱严重于气象干旱,2000年以后水文干旱呈加重趋势;(2)相同单变量重现期下,气象干旱联合重现期大于水文干旱,同现重现期小于水文干旱;(3)随着气象干旱加重,不同等级的水文干旱发生概率增加,发生气象干旱情况下引发水文干旱的概率为0.892。研究结果可为赣江流域抗旱预警提供参考。     

抚河流域气象干旱向水文干旱传播的影响机制研究

气象干旱是水文干旱发生的前兆,探究影响气象干旱向水文干旱传播的主要因素对建立有效的基于气象干旱的水文干旱监测预警具有重要意义。以抚河流域为例,采用标准化降水指数和标准化径流指数分别评估气象干旱和水文干旱,并构建基于流域分布式二元水循环模型的干旱传播评估方法,采用多因素综合影响贡献量分解法量化气候变化和人类活动对干旱传播变化的贡献。结果表明：建立的抚河流域分布式二元水循环模型模拟流域出口断面流量的纳什效率系数大于0.85,相对误差在5%之内;气象干旱向水文干旱传播关系变化的时间是1980s—1990s。相对于1956—1990年,1991—2019年气象干旱向水文干旱的传播率降低了8.3%;在气象干旱向水文干旱传播的影响中,气候变化的减缓作用占主导地位,贡献量为-9.9%;其次是人类活动的加剧作用,贡献量为1.6%;降水作为干旱的主要致灾因子,变化期增加了144.3 mm,这对于减弱气象干旱向水文干旱传播的敏感性起到主要作用。     

西南地区气象干旱向水文干旱传播的特征

为了解西南地区气象干旱向水文干旱传播的特征,采用西南地区1968—2017年101个气象站观测资料和8个水文站月径流资料,计算了标准化降雨蒸散发指数(SPEI)和标椎化径流指数(SRI),基于皮尔逊相关系数(PCC)确定了干旱响应时间并结合游程理论识别、融合和剔除干旱事件,构建了线性干旱传播模型并确定了西南地区部分流域气象干旱向水文干旱传播的触发阈值。结果表明：西南地区干旱响应时间为2～7月;水文干旱敏感度分布与气象干旱传播率分布较为一致;干旱烈度传播阈值较小的流域,水文干旱事件历时更长。     

人类用水活动对中国水文干旱特征的影响评估

【目的】在全球气候变化的背景下，人类用水活动对水文干旱造成了剧烈影响。评估人类用水活动对水文干旱特征的影响，揭示基于单一模型评估的不确定性，对提升干旱风险应对能力有着重要意义。【方法】基于跨部门影响模型比较计划第二阶段(ISIMIP2a)项目提供的1971—2010年径流模拟结果，采用多模型集合方法评估气候变化背景下人类用水活动对我国区域水文干旱特征的影响，并揭示其空间差异及长期变化。【结果】结果显示：人类用水活动加剧了我国北方流域的水文干旱的频次、历时和强度，其中导致水文干旱强度增幅超过40%;同时人类用水活动对南方流域中上游地区水文干旱强度起到缓解作用；另外，相较于1971—1990年，1991—2010年间人类用水活动对我国区域水文干旱频次和历时的影响分别减少7.4%和10.2%,但对于水文干旱强度的影响增加43.1%,尤其是在辽河、西南诸河和珠江流域。【结论】人类用水活动对我国区域的水文干旱特征(频次、历时和强度)的影响表现出明显的时空差异性，基于多模型集合评估方法能够有效降低基于单一模型模拟结果的不确定性。研究深化了干旱演变机制理解，为应对变化环境下干旱风险提供科学支持。     

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。     

人类活动影响的辽宁省大凌河流域水文干旱演变特征

为了揭示人类活动干扰对不同时空尺度水文干旱的影响,本文以辽西北大凌河流域为例,利用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型重建天然状态下的历史水文序列,基于多时间尺度的标准化径流指数(SSI),对比评估天然状态和人类活动影响下的流域水文干旱演变特征.结果表明,人类活动干扰是流域径流序...     

不同季节气象干旱向水文干旱的传播及其动态变化

研究变化环境下气象干旱向水文干旱的传播与影响机制,有利于揭示水文干旱的形成过程与机理,从而建立基于气象干旱的水文干旱预警.为揭示不同季节气象干旱向水文干旱的传播动态变化及其驱动因素,本研究以无定河、窟野河和沁河流域为研究区域,采用标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI)分别表征气象干旱和水文干旱,分析气象、水...     

典型气候过渡区的水文干旱特征研究

水文干旱是流域水资源丰枯状态的重要表现形式之一。本文以半干旱、半湿润区的泾河流域为研究对象,分别采用多元回归、Mann-Kendall方法对流域控制站张家山水文站年径流序列进行趋势性和突变性分析。在此基础上,还采用游程理论方法,探究了泾河流域干旱的多变量属性在时程上的演变特征,并定量评估了干旱阈值不确定性对干旱评估的影响。结果表明:泾河流域年径流量以每10年7.70m~3/s的速率减少,且年径流序列于1993年发生了突变,突变前后流域干湿程度存在显著差异;流域多以轻旱及以上干旱为主,干旱历时约为2～3个月;随着阈值的降低,干旱次数和干旱历时均减小,而干旱重现期显著增加。     

黄河中游干旱指数计算方法探讨

利用近50年水文、气象资料，通过统计分析气温、降水变化对径流影响及气温、降水相互关系，发现近50年黄河中游呈“干暖型”；据此定义流域干旱及其指数计算思路，建立了干旱指数的计算公式，计算给出了1955～2002年黄河中游夏半年及初夏、盛夏、秋季的干旱指数系列。     

辽宁省干旱分析与抗旱对策

本文从大气环流、气候、降水、径流、水资源量等方面,分析了影响干旱各因素的特点及物理成因。采用降水指标、径流指标、受旱率等计算方法,进行干旱程度分析,提出了抗旱减灾的对策。     

南盘江流域水文干旱对气象干旱的响应特征研究

选取南盘江流域3个站点40年(1970年-2009年)的逐月径流资料和20个站点同期逐月降水资料,计算标准化径流指数(SSFI)和不同时间尺度的标准化降水指数(SPI),从中选取水文干旱样本和同期的SPI进行统计分析,研究水文干旱对气象干旱的响应特征。结果表明:南盘江流域SSFI对SPI具有良好的响应关系;SSFI对SPI的响应关系随时间尺度的不同相关性不同;总体来看,流域内水文干旱对气象干旱的响应时间约为6个月。     

标准化径流指数在阿克苏河水文干旱特征识别中的应用

阿克苏河位于丝绸之路经济带重要通道,是典型的中亚跨境河流,阿克苏丰富的水资源成为沿岸各国争夺的焦点。针对阿克苏河未来水资源评估和管理的迫切需要,以阿克苏河干流月径流为数据基础,结合径流距平百分比,采用标准化径流指数(Standardized Runoff Index,SRI)辨识阿克苏河水文干旱事件,并验证了水文干旱识别的合理性。结果表明:SRI丰枯等级划分临界值在阿克苏河能够有效地识别水文干旱事件及其干旱等级,SRI趋势分析发现未来阿克苏河春、夏季洪水和冬旱现象的可能性在逐渐增大,水资源季节差异将越来越明显,这将是未来水资源合理利用和管理的一个新挑战。