滦河流域气象干旱向水文干旱传播特征及风险分析

干旱是一种复杂的自然灾害,气象干旱可能导致水文干旱等灾害,严重影响社会经济发展。探明气象干旱向水文干旱传播的特征及规律,可为减小干旱损失、保障流域供水用水安全提供技术支持。本文基于滦河山区1960—2017年的气象水文数据,应用游程原理识别气象水文干旱事件,甄别二者间的传播特征,并借助Copula模型评估气象干旱向水文干旱的风险和干旱传播的临界关系。结果表明：（1）在1960—2017年期间,与气象干旱事件相比,水文干旱事件具有频率低、历时长、峰值低的特点;（2）滦河地区气象干旱和水文干旱传播关系以单场气象干旱向单场水文干旱传播为主;（3）气象干旱向水文干旱的传播存在明显的滞后效应,从上游至下游地区干旱滞后时间依次增长;（4）Gumbel Copula函数能够更准确地评估该流域干旱传播风险,结果显示上游地区发生干旱传播的风险低于下游地区,上、下游地区气象干旱发展成水文干旱的临界历时分别为0.93个月和1.26个月,临界峰值强度分别为0.66和0.44。本研究可为评价不同干旱事件间的传播与演变关系,构建流域干旱风险评价模型提供新思路。     

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:①6个月时间尺度...     

嘉陵江流域气象干旱向水文干旱传播特征研究

基于标准化降水指数和标准化径流指数,利用游程理论、皮尔逊相关分析、Copula函数等方法,探究了嘉陵江流域季节尺度和年尺度的气象干旱、水文干旱的演变以及气象干旱向水文干旱传播的特征。结果表明：与气象干旱相比,1960—2018年嘉陵江流域水文干旱加剧趋势更加显著,流域内气象干旱发生的频率高于水文干旱,但水文干旱平均干旱历时和干旱烈度高于气象干旱;气象干旱向水文干旱传播存在滞后性,夏季、秋季比春季、冬季的干旱传播时间短,多年平均降水量大的地区比多年平均降水量小的地区干旱传播时间短;植被季节性耗水使夏季和秋季气象干旱向水文干旱传播概率更大,由于农业灌溉和水库调蓄的影响,嘉陵江流域灌区的气象干旱更容易引发水文干旱。     

两类阈值法识别的东江流域水文干旱形成与演化过程差异

基于东江流域上、下游控制断面龙川站和博罗站1956—2010年逐月流量及流域内枫树坝、新丰江和白盆珠水库逐月入库和出库流量数据,采用水库调控流量还原法,结合动态阈值法和固定阈值法识别水文干旱,系统分析了两类阈值法识别的水文干旱形成与演化过程的差异及其对大型水库调控的响应规律。结果表明：两类阈值法针对的干旱本底概念不同,识别的水文干旱年内分布和干旱开始、峰值和终止月份差异显著;动态阈值法识别的水文干旱在年内各月均匀分布,固定阈值法识别的水文干旱集中分布在枯水季(10月至次年3月),干旱峰值多出现在11月至次年2月,干旱终止月份以汛前期3、4月为主,干旱开始、峰值和终止月份与研究区水文丰枯转换月份较吻合;两类阈值法均能较好地表征水文干旱的发展和恢复过程及其对大型水库调控的响应特征,即水库调控在缩短干旱历时、降低干旱烈度、延后水文干旱开始和峰值月份以及提前干旱终止月份等方面发挥重要作用。     

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。     

黄河流域气象干旱与水文干旱时空特征及其传递关系

基于标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化径流指数(SRI),比较了黄河流域气象干旱和水文干旱的时空分布差异,分析了二者时间尺度上的关联性,并选取典型干旱事件进一步探讨了两种干旱类型的传递关系。结果表明:两种干旱类型空间上有相似的趋势和频次,但在黄河源区和黄河中南部(渭河流域)差异显著,其干旱历时均有随年代延长的趋势,水文干旱历时增长尤为明显;在时间尺度上,SPEI与SRI在大部分区域基本一致,但在黄河源区和渭河流域差异较大,尤其是短时间尺度上差异更显著;气象干旱与水文干旱并非一一对应,多场短历时间断气象干旱受时滞效应、异常气象波动等影响,可能引发一场长历时连续水文干旱或多场短历时间断水文干旱,一场长历时连续气象干旱强度衰减可能引发多场短历时间断水文干旱。     

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。     

鄱阳湖流域气象干旱向水文干旱滞后传播的时空模式分析

研究气象干旱向水文干旱滞后传播的时空模式,对于认识在变化环境下干旱传播的规律和机制、建立水文干旱预警系统具有重要意义。干旱传播研究尚处于探索阶段,其传播机制及其驱动过程仍然不清晰。本研究采用12个月尺度的标准化降水指数与标准化径流指数,结合交叉小波分析,量化分析了鄱阳湖流域气象干旱向水文干旱的传播时间。结果表明：鄱阳湖流域气象-水文干旱传播时间约为1～5个月,各子流域传播时滞趋势存在差异;干旱传播时滞在赣江流域延长,在抚河、饶河与修水流域缩短;传播时滞的差异受气候、大气环流与大型水库等驱动因素综合影响。     

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。     

汉江上游干旱恢复期间气象-水文干旱特征响应概率研究

探究干旱恢复期的气象-水文干旱特征响应规律,对干旱恢复及水资源管理具有重要的参考意义。选用标准化降水蒸散发指数（Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index,SPEI）、标准化径流指数（Standardized Runoff Index,SRI）分别表征1961—2019年汉江上游流域气象、水文干旱,首先利用Pearson相关系数法计算气象-水文干旱响应时间,采用时间重叠法对气象、水文干旱事件进行匹配,进一步得出干旱恢复期气象-水文干旱特征,最后建立基于Copula函数耦合贝叶斯网络的气象-水文干旱恢复响应概率模型,探究干旱恢复期气象-水文干旱特征之间的联系。结果表明：①在6—11月期间,流域水文干旱对气象干旱的响应时间最短,仅为2个月,1月份的响应时间最长,达到了8个月,4、5、12月份的响应时间大约为5个月左右;②干旱恢复期气象、水文干旱历时的响应概率最优边缘分布均为LogL分布,烈度则分别为Kernel和LogL分布,且历时和烈度的最优联合分布函数均为Gumbel Copula函数;③随着气象干旱恢复特征值的增加,水文干旱恢复特征的响应概率也随之增加,如,当气象干旱恢复历时分别大于2、3、4、5、6个月的时候,水文干旱恢复历时大于4个月水文干旱的概率分别为34.8%、38.5%、42.8%、47.0%、50.7%。同时,水文干旱恢复特征的响应概率变化速率随着气象干旱恢复特征的增大而加快。研究成果可为深入理解汉江上游干旱恢复机制及干旱防治预警提供重要参考。     

汉江上游气象水文干旱特征变量响应概率研究

为揭示汉江上游气象-水文干旱特征变量响应关系,分别选用标准化降水指数、标准化径流指数表征气象干旱和水文干旱,采用线性、非线性函数模型构建气象-水文干旱特征变量响应模型,进而构建了基于Copula函数耦合贝叶斯网络概率模型的气象-水文干旱特征变量响应概率曲线。结果表明:气象-水文干旱历时和烈度的最优响应模型分别为线性函数模型和基于Gumbel Copula函数的非线性模型;干旱历时和烈度的最优联合分布函数分别为Frank Copula函数和Gumbel Copula函数;水文干旱历时、烈度的响应概率随对应的气象干旱特征变量的增加而增加,水文干旱历时响应概率变化速率逐渐减小,最后趋于平缓,水文干旱烈度响应概率变化速率较小。     

大清河流域气象干旱时空演化和联合概率分析

为了评估大清河流域整体气象干旱状况,采用该流域1961—2015年逐日气象数据,基于CI干旱指数和面积阈值法识别区域气象干旱事件,提取历时、干旱面积等指标,分析研究区域气象干旱时空变化特征,并基于Copula函数进行多维干旱特征变量的联合概率分析和重现期计算.结果表明:研究区各地干旱频率相差不大;区域气象干旱程度总体有...     

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...     

东江流域土地覆被变化的水文响应模拟研究

采用近年来快速发展的水文模型模拟手段,应用HSPF模型模拟东江流域不同下垫面条件下的径流影响变化情况,定量地评估了东江流域土地覆被变化对径流深、年内径流分配的影响.结果表明,随着流域内城镇化进程的加快,流域调蓄能力下降,因而产流能力增强;从年内分配的情况来看,汛期影响最为明显,这显然与土地利用变化影响到流域调蓄能力有关.     

呼伦湖流域水文干旱评价

以呼伦湖流域2个水文站阿拉坦额莫勒站和坤都冷站1971—2010年的月径流量资料为基础,计算了流域的径流干旱指数,同时运用游程理论对径流干旱指数进行了分析,进而得到呼伦湖流域的干旱历时和干旱烈度。结果表明:呼伦湖流域干旱主要发生在秋季和冬季;随着年代的变化,阿拉坦额莫勒站和坤都冷站平均干旱历时和平均干旱烈度均呈增长状态;进入21世纪以后,呼伦湖流域干旱频发,且持续时间长、干旱烈度大。     

气象、水文干旱指数计算方法研究概述

概述了气象干旱和水文干旱的指标种类，并对各指标进行初步评述，同时详细介绍了几种常用干旱指数的计算方法。鉴于以往干旱指标大多比较单一，描述气象干旱和水文干旱的指标彼此独立，因此，今后在针对流域干旱的研究中应加强对于水文干旱和气象干旱的指标耦合，力求建立综合性的干旱指标。     

东江流域汛期旱涝急转的时空演变特征

基于东江流域32个雨量站1956-2009年的月降雨量资料,通过定义长周期降雨旱涝急转指数LDFAI(Long-cycle Drought-Flood Abrupt Alternation Index)和短周期的降雨旱涝急转指数SDFAI(Short-cycle Drought-Flood Abrupt Alternation Index),分析了东江流域汛期长周期和短周期降雨旱涝急转现象的趋势变化和时空分布特征,结果表明:①高LDFAI和高SDFAI对应着降雨的旱转涝,低LDFAI和低SDFAI对应着降雨的涝转旱,SDFAI在反映旱转涝优于LDFAI.②长周期降雨旱涝急转主要以全涝为主,短周期降雨旱涝急转发生频率最高的是全旱,其次是旱转涝和涝转旱,4-5月的全涝发生的频率高于其他短周期的频率.③前汛期-后汛期、6-7月东江中上游地区和5-6月东江流域全部区域涝转旱的趋势减小,并且旱转涝的趋势增加,东江下游和东江三角洲地区有涝转旱的趋势;4-5月、7-8月和8-9月中上游地区有旱转涝的趋势,东江下游和东江珠三角地区有涝转旱的趋势,而且越往上游地区,旱涝急转趋势变化越明显,此研究结果对于东江流域水资源管理具有重要指导意义.     

人类活动影响下塔里木河流域气象干旱向水文干旱传播的规律

为了解人类活动影响下塔里木河流域气象干旱向水文干旱传播的规律,基于标准化降水指数(SPI)和径流干旱指数(SDI)分析了气象、水文干旱的变化特征,探讨了人类活动对气象干旱向水文干旱传播规律的影响。研究结果表明：源流区气象、水文干旱均呈减弱趋势,干流气象干旱呈减弱趋势,水文干旱与之相反;随时间尺度增大,干旱历时延长;源流区气象、水文干旱以及干流气象干旱的发生频率受人类活动影响后(1993年后)均降低,仅干流水文干旱的发生频率升高;受人类活动影响后,源流区不同季节气象干旱向水文干旱的传播时间均变长,干流干旱传播时间除春季外均缩短;源流区干旱传播时间延长与气候变化有关,而干流干旱传播时间缩短主要是受人类活动的影响。     

考虑水文变异的东江流域河道内生态流量研究

基于变化环境下河流水文情势发生变异的特殊性,应用滑动秩和检验法系统分析东江水文变异及其变异成因,确定变异前各月平均流量序列最适概率分布函数,将概率密度最大的月平均流量定义为河道内生态流量。分析表明,考虑水文变异的生态流量计算方法是合理可行的。水文变异后,东江流域干流满足生态需水的频率大大提高,满足频率从变异前的60%左右提高到变异后的73%以上(6月除外),非汛期提高幅度比汛期大。所得成果可为河道水文生态变化的研究提供参考。     

基于地形的东江流域水文模拟

通过研究流域不同的面积大小和地形条件对模拟结果的影响来研究TOPMODEL的在东江流域的潜在实用性.选择东江上游8个受人类活动影响较小的小流域进行模拟研究,研究表明径流模拟的精度较高,参数变化范围较小,模型在此流域是合适的,为TOPMODEL在整个东江流域的模拟奠定基础.且可以为进一步研究东江流域水资源评价服务.