水文干旱

摘要： 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。

摘要： 采用标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI)刻画黄河源区气象干旱和水文干旱过程,通过唐乃亥水文站SRI、源区SPI及3种小波分析方法揭示了1968—2020年黄河源区气象和水文干旱之间的周期性特征及相关性。结果表明:广义极值分布是唐乃亥水文站最适宜的流量分布函数;以Gamma分布和广义极值分布分别作为降水和流量的分布函数,基于距离平方倒数法计算出SPI-9和SRI-1的相关系数最高,为0.68;连续小波变换分析表明SPI-9和SRI-1具有相同的周期特征,交叉小波变换和小波相干分析表明SPI-9和SRI-1在不同周期尺度表现出显著的正相关关系;黄河源区气象干旱向水文干旱的传播时间为9月,SPI-9序列可用于水文干旱监测。

摘要： 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。

摘要： 在全球变暖背景下,分析和预测干旱的变化趋势和传播规律对于区域生态环境安全和灾害管理具有重要意义.本文基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6),分析了SSP2-4.5和SSP5-8.5两种变暖情景下的气象(标准化降水指数SPI和标准化降水蒸发指数SPEI),水文(标准化径流指数SRI)和农业(标准化土壤水分指数SSI)干旱情况.从1901年到2100年,全球范围内不同类型的干旱事件普遍都表现出空间范围,持续时间和严重程度上的增长,其中SPEI干旱的增长最为显著.干旱加剧的地区主要包括美国西南部,亚马逊地区,地中海地区,非洲南部,亚洲南部和澳大利亚.尽管结果显示SRI和SSI干旱程度强于SPI干旱,但不同模式对SPI干旱的预测具有更高的一致性.此外,研究发现气象干旱与水文干旱的相关性高于气象干旱与农业干旱的相关性,在温暖湿润地区尤为明显,同时水文干旱与短时间尺度的气象干旱具有更好的相关性.本文的研究结果将有助于气候变化下的干旱监测和水资源管理.

摘要： 洞庭湖是长江中游重要的通江湖泊,水系格局复杂.近年来在气候变化和人类活动的双重影响下,江湖关系发生变化,湖泊水文干旱事件频发.基于洞庭湖、流域和长江干流水文站点的实测数据,通过标准化水位指数和标准化径流指数识别了水文干旱事件,并运用Copula函数分析了洞庭湖-流域-长江系统水文干旱的联合概率分布特征.结果表明:在年尺度上,19642016年间洞庭湖共发生了9次水文干旱事件,水文干旱的发生概率为14.01%,洞庭湖流域系统、洞庭湖长江系统的水文干旱联合概率分别为9.65%和8.58%,表明年尺度上流域来水对洞庭湖水文干旱的影响更大.在季节尺度上,洞庭湖流域系统春季水文干旱联合概率最高,且两者同时发生水文干旱事件的次数最多,表明洞庭湖春季水文干旱与流域入湖补给减少有密切关系;而洞庭湖长江系统,其秋季水文干旱联合概率最大,尤其自2003年以后更加极端和频发,这一方面受秋季降水减少和流域内人类活动的影响,另一方面三峡水库秋季蓄水使长江中下游干流水位降低,长江对湖泊顶托作用减弱也是重要原因之一.

摘要： 系统量化气象干旱到不同等级水文干旱的传播阈值对水文干旱早期预警与精细化管理具有指导作用。本文以黄土高原沁河流域为例,采用标准化降水指数和标准化径流指数表征气象干旱、水文干旱,运用游程理论识别干旱事件,并对干旱事件进行合并、剔除及气象干旱与水文干旱事件的匹配,同时使用贝叶斯网络结合Copula函数构建模型求解气象干旱到不同等级水文干旱的传播阈值。结果表明:随着水文干旱等级的升高,气象干旱到水文干旱的传播阈值增大,在传播过程中气象干旱强度削弱;沁河流域引发中度、重度及极端水文干旱对应的气象干旱历时阈值分别为12.8月、21.8月、30.9月,烈度阈值分别为14.2、22.4、30.0;沁河流域耐旱能力强与流域气象及下垫面条件有关。

摘要： 黔中因其地形地貌特殊,干旱情势复杂,研究其干旱特征以及传播过程,能有效预防干旱延续,为该区域干旱监测和预警提供科学依据。基于黔中地区1970—2016年的降水以及径流数据,计算标准化降水指数(SPI)与标准化径流指数(SSI),采用相关分析方法,分析该地区气象水文干旱的演变特征以及两者之间的响应关系。结果表明:(1)不同时间尺度的SPI与SSI具有不同的时间振荡频率。在较短的时间尺度上干湿交替频繁,而较长的时间尺度可以检测连续的干旱与潮湿时期。(2)近47年来,黔中地区干旱化态势增强,干旱发生的频率上升,重度干旱以及极端干旱频率增加明显。(3)该地区气象与水文干旱在不同年代际呈现不同的空间分布特征,气象干旱主要发生在黔中南部、中部和西部等地区。20世纪水文干旱化态势最明显的地区主要在黔中中部,而21世纪最明显的干旱化地区则在黔中西北部。(4)SSI—SPI相关性显著,不同时间相关系数的变化趋势不一致,并且它们的响应关系呈季节变化,其相关系数为夏季>秋季>冬季>春季,这与黔中地区降水的时空分布不均以及地貌特征有关。综上,黔中地区气象水文干旱日趋严重,极端干旱频发,气象干旱加剧了水文干旱旱情,两者关系密切。

摘要： 为探究喀斯特区域气象干旱向水文干旱传播过程特征,使用SPI与SRI标准化指数识别区域干旱,采用交叉小波、小波相干、状态转移概率等方法探讨传播强度、响应率等干旱传播特征。结果表明:(1)上世纪60 s和70 s气象干旱、水文干旱的干旱持续时间较短,而80 s与21世纪初期区域干旱持续时间较长;SPI与SRI间呈显著的正相关关系,气象干旱向水文干旱传播的过程需要1.5个月。(2)喀斯特区域的干旱传播强度DPI>1,且响应率偏高,水文干旱对气象干旱的发生极为敏感,尤其是在地表切割深度较浅、岩溶发育较为强烈的区域。(3)传播过程主要受地表切割深度的影响较大,各下垫面条件对干旱传播过程的影响程度依次为地表切割深度>岩溶发育强度>高程>地形地貌,其中,干旱传播特征与地表切割深度呈显著的负相关,与岩溶发育强度、高程、地形地貌呈正相关;在浅切割、中等切割或海拔较低、岩溶发育强烈的区域,各等级间的DPI、Rr的转移较为活跃,整体上传播特征在57年间呈增强的趋势。研究结果旨在为区域干旱防治与监测提供理论依据,尤其是为喀斯特生态环境脆弱区的可持续发展规划提供理论参考。

摘要： 研究汉江流域水文干旱风险及驱动因素,为区域干旱预警和水资源管理提供参考。选用1964—2016年汉江流域白河、黄家港和沙洋3个水文站逐月实测径流资料,采用标准化径流指数SRI进行水文干旱分析,基于游程理论进行干旱特征变量识别,运用Copula函数计算干旱特征变量之间的联合累积概率,分析了联合重现期和同现重现期。结果表明:(1)在1964—2016年,白河站共发生水文干旱事件54次,干旱发生频繁但旱情较轻;黄家港和沙洋站分别发生干旱事件34,32次,发生频次相对较少但旱情较重,旱情总体呈现从上游向下游加重的趋势;(2)随着干旱特征变量值增大,联合累积概率值也增大,但增大趋势变缓;(3)两变量重现期随着单变量取值增大而增大,但在相同增幅情况下,同现重现期的增幅要明显高于联合重现期;(4)当白河站干旱历时和烈度达到最大时,水文干旱事件的联合重现期为50 a左右,同现重现期为1600 a左右,黄家港与沙洋站呈现出与白河站大致相同的趋势;(5)人类活动是1991年以来汉江流域径流减少的主要原因,对白河和沙洋站径流变化的贡献率分别为59.6%和69.2%,是汉江流域水文干旱加重的主导因素。研究显示汉江流域下游旱情较上游重,且持续受人类活动影响,应增强变化环境下区域干旱风险应对能力。

摘要： 干旱指数是评估干旱严重程度的重要指标.本文基于FastICA(Fast Independent Component Analysis)反演模式,利用GPS垂向位移反演了云南省2011—2020年的等效水高GPS-EWH(GPS Equivalent Water Height),并根据GPS-EWH、GRACE Mascon产品与自校正帕默尔干旱指数SCPDSI(Self-Calibrating Palmer Drought Severity Index)产品,分别计算了GPS干旱指数GPS-DSI(GPS Drought Severity Index)、GRACE干旱指数GRACE-DSI(GRACE Drought Severity Index)及归一化SCPDSI,用于定量分析云南省干旱时空分布特征.研究结果表明,在滇中、滇西北与滇西南地区GPS-DSI、GRACE-DSI及归一化SCPDSI具有较高相关性,因此在该地区GPS-DSI可作为分析干旱事件的补充数据.但在滇东南与滇东北地区,GPS-DSI与GRACE-DSI、归一化SCPDSI的相关性极差,通过分析GPS站点分布特征,其原因可能是滇东南与滇东北地区GPS站点空间分布稀疏,因此分析该区域干旱事件时主要参考GRACE-DSI与归一化SCPDSI.GPS-DSI、GRACE-DSI与归一化SCPDSI的结果表明,2011—2020年间发生了三次显著的干旱事件,其中2019—2020年特大干旱事件持续的时间最长,共持续约20个月.具体分析此次干旱事件的时空特征,2019年全区以中度干旱为主,2020年大部分地区以极端干旱为主,其中滇西南地区2020年为异常干旱.

摘要： 构建了一个新的水文干旱评估指标标准水资源指数(SWRI),结合分布式水循环模型、Copula函数及统计检验等方法,形成了一套完整的水文干旱识别、评估及特征分析的基本框架.以海河北系为例,定量识别了1956-2009年间的水文干旱事件,并对其干旱特征及变化规律进行了剖析.结果表明:海河北系近54年发生的34次水文干旱主要集中在短历时、低强度、小面积区间内,空间上主要分布在张家口、大同及北京等地区;干旱指标的联动关系上,干旱历时、强度、面积指标间呈显著的线性或指数相关关系,90％的水文干旱历时低于40个月、干旱面积占比不超过43％,干旱强度低于9.0;在给定的干旱特征指标值(如干旱面积)条件下,另一干旱指标值越大(如强度越大)干旱发生概率越小,且存在明显的特征区间;单变量水文干旱重现期介于联合重现期和同现重现期之间.

摘要： 气候变化和人类活动是影响流域水文干旱状态的主要驱动因素.本文基于水循环模型和干旱评估模型,通过干旱历时、干旱面积、干旱强度以及构建的等量干旱强度指标,构建了流域水文干旱驱动要素定量辨识的基本框架,并以海河北系为例进行了应用研究.结果表明,气候变化是引起水文干旱变化的主要驱动力,其对水文干旱驱动贡献度达57％;其次是水资源开发利用因素,对水文干旱相对驱动作用为33％;土地利用变化对水文干旱影响最小,仅占10％.人类活动对水文干旱相对驱动作用达43％,虽然仍小于气候变化因素,但其影响力存在进一步扩大的趋势.

摘要： 利用负轮理论分析了江西赣江流域干流及两条支流四个水文站的水文干旱现象.赣江流域水文干旱事件是频发的水文现象,每年都有水文干旱发生并具有一定的周期性和连续性.水文干旱的丰枯转移,转枯的概率大于转丰的概率.2000年以后水文干旱强度加剧.年内月水文干旱的分布具有周期性的规律.

摘要： 依据轮次理论和M-K秩次相关检验法等方法对渭河关中段径流序列趋势性进行分析。利用游程分析的方法，对径流系列的丰枯变化趋势、干旱历时、连多连少概率进行了分析，并对各水文站的多水和少水频次进行了计算。结果表明渭河关中段各站丰枯变化基本一致，呈显著下降趋势，存在丰枯交替出现的周期性现象。渭河各段旱涝并存且水文干旱更易发生，水文干旱问题在各段都十分突出，且咸阳以下河段防洪任务较重，尤其是下游的华县站发生旱涝灾害的可能性最大;渭河关中段各站单独丰水年概率大于其单独枯水年出现的概率，各站出现单独丰枯年的概率大于连续丰枯年出现的概率。

摘要： 论述了水文事件尤其是水文极值事件研究中采用Copula函数进行多变量分析的必要性，在简要阐述Copula函数理论与方法的基础上，介绍了国内外Copula函数理论的发展过程，从水文极值事件如暴雨模拟、洪水频率分析、水文干旱等方面综述了Copula函数在水文中应用情况，并对Copula函数在水文中的应用作了展望.

摘要： 本文分析了张掖市2001年干旱气候特征,并就2001年旱情、旱段长度与历年进行了比较,同时从大气环流特征、水文、生态等方面对2001年严重干旱状况进行了综合分析,结果表明:2001年是继1962年后的又一重旱之年,且干旱程度为50年来罕见;2001年天气气候异常是500hpa环流异常引起的;通过水文干旱、生态干旱分析进一步反映了张掖市干旱现状.以上结论对河西中部干旱监测、预估及防御措施的实施意义重大。

摘要： 本发明公开了一种水文循环变异驱动下二维干旱灾害评估方法，包括以下步骤：首先收集流域气象水文数据；再基于M个全球气候模式，通过分位数偏差校正方法获取未来气象序列，考虑全球气候变化对未来旱情的影响；采用Budyko方程考虑流域水循环的水热平衡，以傅抱璞公式的特征参数作为协变量，考虑人类下垫面活动的影响；构建非一致性条件下两变量干旱事件联合概率分布函数，基于干旱历时和烈度最可能组合模式，提出了一种气候变化与下垫面人类活动综合驱动下基于水热耦合平衡的自适应非一致性两变量干旱灾害评估方法。本发明考虑下垫面条件和水文系列的非一致性特征，可为流域水资源管理和规划提供重要且可操作性强的参考依据。

摘要： 本发明公开了一种基于Arcgis水文分析的干旱地雨水收集利用系统，包括沉淀池、蓄水池、滴灌瓶和电源，沉淀池和蓄水池为半圆型。引水管连接汇水点和沉淀池内，沉淀池底部设置排淤口，沉淀池左侧设置淤泥池，排淤口设置输送装置连接沉淀池。蓄水池内设置连接沉淀池内的水管，蓄水池设置雨水收集板，雨水收集板上设置湿度传感器，蓄水池上可转动设置封闭环，封闭环上设置一圈通孔，蓄水池设置与通孔一一对应的进水孔。蓄水池设置上行和下行水管，上行和下行水管通过分水管再连接滴灌管，最终滴灌管连接埋入树根处的滴灌瓶。通过水文分析计算出区域内的汇水点，在雨季收集雨水，旱季通过滴灌瓶对树根滴灌，既节省了人力成本，又解决了缺水问题。

摘要： 本发明公开了一种环境变化对水文干旱影响的分析方法，包括获取率定水文模型；获取不同的对比方案，各对比方案分别对应特定的气候条件和土地植被状况，基于所述率定水文模型模拟得到各对比方案对应的变化期模拟径流序列；获取以时间为协变量的非一致性最优模型，并基于所述非一致性最优模型计算出各对比方案变化期模拟径流序列对应的时变标准化径流指数序列；通过比较各对比方案对应的时变标准化径流指数序列识别出的干旱特征值的差异，分离出变化期内各种环境因素对水文干旱的影响。本发明考虑到了水文干旱的非一致性特点，能准确分离自然气候变异、人为气候变化、土地利用/覆被变化和人工取用水对水文干旱的影响，提高评价的全面性。

摘要： 本发明公开了一种水文干旱历时和烈度相依结构变异的诊断方法，属于水文干旱研究技术领域，能够解决现有水文干旱历时和烈度相依结构变异诊断时存在局限性强、考虑因素不全面及应用效果较差的问题。所述方法包括：获取标准化径流指数，并以所述标准化径流指数表征水文干旱，通过游程理论识别水文干旱的干旱历时和干旱烈度；基于Copula函数构建所述干旱历时和所述干旱烈度的联合分布模型；基于所述联合分布模型，通过Copula函数的极大似然比方法对所述干旱历时和所述干旱烈度的相依结构进行变异诊断，得到Z序列统计值；获取所述Z序列统计值中绝对值大于预设阈值且绝对值最大的Z值，将所述Z值记为变异点。

摘要： 本发明公开了一种基于气象干旱传递的水文干旱预测预警方法，拟选取标准化降水指数表征气象干旱，选取标准化径流指数表征水文干旱；选取干旱发生时间、干旱结束时间、干旱持续时间、平均干旱强度、干旱烈度作为分析气象干旱向水文干旱传递过程的干旱特征；基于计算的SSI指数序列和1‑24个月时间尺度的SPI指数序列，采用Pearson相关法确定与SSI指数相关性最大的SPI指数对应的时间尺度，记为SPIn；基于SSI指数序列和SPIn指数序列，构建水文干旱对气象干旱的响应模型；基于拟合程度最佳的响应模型，分析计算发生不同干旱等级水文干旱所需的气象干旱的干旱特征阈值范围，根据气象干旱的强度、历时信息即可判断未来将发生多大强度、历时多久的水文干旱。

摘要： 本发明公开了一种水文干旱历时和烈度相依结构变异的诊断方法，属于水文干旱研究技术领域，能够解决现有水文干旱历时和烈度相依结构变异诊断时存在局限性强、考虑因素不全面及应用效果较差的问题。所述方法包括：获取标准化径流指数，并以所述标准化径流指数表征水文干旱，通过游程理论识别水文干旱的干旱历时和干旱烈度；基于Copula函数构建所述干旱历时和所述干旱烈度的联合分布模型；基于所述联合分布模型，通过Copula函数的极大似然比方法对所述干旱历时和所述干旱烈度的相依结构进行变异诊断，得到Z序列统计值；获取所述Z序列统计值中绝对值大于预设阈值且绝对值最大的Z值，将所述Z值记为变异点。

摘要： 本发明公开了基于条件分布模型的水文干旱预测方法，通过将多年累计降雨数据和累计径流数据进行正态性检验，通过正态性检验后，对降雨数据和径流数据进行正态标准化得到SPI序列和SRI序列，而后应用条件分布模型，对现期的SPI条件下传递到未来的SRI干旱等级的概率进行计算，可以得到不同气象干旱等级范围内的SPI值转化为不同SRI值对应的水文干旱等级的转换概率，也可以计算不同预测期的干旱转换概率。

摘要： 本发明公开了一种考虑人类活动影响的水文干旱预测方法，首先对累积径流序列进行非一致性检验，然后构建和计算人类活动指数HI，通过GAMLSS模型拟合径流序列的概率分布函数，而后计算得到非一致性水文干旱指数NSRI序列，将NSRI序列应用于条件概率模型，从而推求现期的NSRI值转换到未来不同预测期的的NSRI干旱等级的概率，本申请能适用于环境变化下的水文干旱预测，并能分析人类活动对水文干旱的影响，可以更进一步提高干旱转换概率的计算精度和可信度。

摘要： 本发明公开了一种变化环境下的水文干旱预测方法，首先并对累计降雨序列和累计径流序列进行非一致性检验和正态性检验；其次，对降雨数据、径流数据正态标准化得到气象干旱指数SPI值和水文干旱指数SRI值；然后，构建不考虑环境变化的条件概率模型，基于SPI序列和SRI序列，计算得到不考虑环境变化的SPI值转换为SRI等级的概率；最后选取和构造气候因子和人类活动因子；并构建以气候因子、人类活动因子为解释变量的条件概率模型，基于SPI序列和SRI序列，计算得到环境变化下SPI值转换为SRI等级的概率。本发明综合考虑了气候变化和人类活动对水文干旱转换概率的影响，能够适应于变化环境下的水文干旱预报。

摘要： 本发明公开一种分析流域水资源工程对气象‑水文干旱影响的方法，先收集目标流域的数据，并预处理形成数据库，用以输入SWAT模型中进行水文过程的模拟，并得到模拟月流量数据，之后再对流域进行子流域及水文响应单元划分，然后对参数进行敏感性分析，选出敏感性较高的参数，再对参数进行率定与验证，确定最优值，并对此时的SWAT模型进行合理性和适用性的评价，以此得到较为优选的目标SWAT模型，最后通过目标SWAT模型构建不同的驱动因素方案进行气象‑水文干旱传播的归因分析。通过本发明的方法，可有效探究水资源开发利用等对流域气象‑水文干旱过程的影响，为未来流域干旱综合防治提供科学依据。