基于SWAT模型的不同类型干旱指标关系分析及预测

摘要

干旱具有发生频率高、持续时间长、波及范围广的特点。而干旱预报为科学地进行防旱抢险提供了决策支持。干旱指标作为研究干旱的一个重要方法，至今一直是研究的热点和难点之一。
　　本文在国家自然科学基金(51079131)和中国气象局开放基金“河南省典型流域不同类型干旱指标的构建与预估”资助下展开工作，通过对干旱机理以及各干旱指标的特点分析，选取反映不同类型干旱的指标:标准化降雨指标(SPI)、侦测干旱指标(RDI)、土壤含水量指标(SW)、准化径流指标(SRI)和旱限水位等5个指标来研究不同类型干旱指标的变化及指标间关系的特点。在SWAT模型和带有滞后的灰色关联的基础上定性和定量的分析各干旱指标之间的变化趋势以及滞后时间。并采用ArcGIS软件判断出不同类型干旱的空间分布，最后在A1B情景下预测未来50年不同类型干旱的发展。
　　(1)通过对不同干旱指标的分析以及针对不同类型干旱的定义特点，结合研究区域的实际情况和所能收集得到的资料数据，选取标准化降雨指标(SPI)、侦察干旱指标(RDI)、土壤含水量指标(SW)以及标准化径流指标(SRI)作为评判不同类型干旱指标之间关系的方法。
　　(2)采用DEM、土地利用、土壤类型和气象数据构建SWAT模型，并分析了陆浑水库控制流域各干旱指标的变化特性，分析表明:气象干旱、农业干旱和水文干旱都呈明显增加趋势。尤其是在21世纪以后，并且各干旱多发生在春秋两季。通过旱限水位的分析确定陆浑水库水库旱限水位为305.5m。SPI和SW滞后时间为26天，即农业干旱对气象干旱的响应时间为26天;SPI和SRI滞后时间为79天，即水文干旱对气象干旱的响应时间为79天;SW和SRI滞后时间为23天，即农业干旱对气象干旱的响应时间为23天。
　　(3)在干旱指标空间分析中，不同类型干旱的不同程度的旱灾的分布极为集中，主要分布在中部和南部，干旱程度由北部向南部增加，并且差别并不大。
　　(4)A1B情景下未来50年不同类型干旱在总体的变化趋势和规律上具有较好一致性，并且程度和频率呈明显增加趋势，主要集中在冬春两季。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及存在的问题

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 存在的问题

1．3 本文研究的主要内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 干旱的机理及指标的选取与确定

2．1 干旱的机理

2．2 不同类型干旱的描述及关系

2．3 不同类型的干旱指标与特点

2．3．1 不同种类干旱指标

2．3．2 不同种类干旱指标的特点

2．4 不同类型干旱指标的选择

2．4．1 气象干旱指标

2．4．2 农业干旱指标

2．4．3 水文干旱指标

3 不同类型干旱指标关系确定相关方法

3．1 SWAT模型对水文过程的模拟

3．1．1 模型所需数据

3．1．2 SWAT模型原理与结构

3．1．3 SWAT模型参数的确定与检验

3．1．4 SWAT模型在不同类型干旱指标关系中的应用

3．2 带有时滞的灰色关联

4 陆浑水库控制流域的实例应用

4．1 陆浑水库控制流域概况

4．1．1 流域概况

4．1．2 流域的土壤和植被类型

4．1．3 资料来源

4．2 陆浑水库水库控制流域水文过程模拟

4．2．1 模型参数的灵敏度分析结果

4．2．2 模拟结果

4．3 陆浑水库水库控制流域重大干旱事件分析

4．4 不同类型干旱定性分析

4．4．1 气象干旱指标

4．4．2 农业干旱指标

4．4．3 水文干旱指标

4．5 不同类型干旱指标间关系定量分析

4．5．2 各干旱指标之间的滞后性

4．5．2 不同干旱等级下气象干旱与水文干旱滞后性

4．6 干旱的空间分布特点

4．6．1 气象干旱空间分布

4．6．2 农业干旱空间分布

4．6．3 水文干旱空间分布

4．7 未来干旱的模拟和预测

4．7．1 A1B情景下水文过程的模拟结果

4．7．2 A1B情景下未来不同类型干旱的模拟和预测

5 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 新见解

5．3 展望

参考文献

致谢

个人简历、硕士期间发表论文及研究成果