基于SRI与Copula函数的黑河流域水文干旱等级划分及特征分析

【目的】基于SRI对黑河流域水文干旱进行等级划分及特征分析。【方法】利用2种不同的径流丰枯等级分类方法,对黑河流域莺落峡水文站的径流资料进行概率统计分析,提出基于SRI的水文干旱等级划分标准(标准1),分别采用标准1和基于标准化降水指数(SPI)的干旱等级划分标准(标准2),识别水文干旱历时、烈度、烈度峰值3个干旱特征变量,利用Copula函数进行水文干旱多变量联合分布研究,选取RMSE、AIC、BIC准则作为联合分布拟合优度检验的判别依据优选Copula函数类型,计算了不同干旱事件的重现期。【结果】基于标准1的水文干旱等级划分结果比标准2更符合实际干旱情况;单变量重现期介于联合重现期与同现重现期之间,可以进行干旱事件重现期估计;黑河流域发生持续2.68个月的重旱事件的重现期为3 a。【结论】基于SRI的干旱等级划分在多变量水文干旱研究中使联合分布函数拟合更优,分析得到的干旱特征更接近实际情况。     

辽西北地区旱情等级标准研究

基于典型干旱指标的基本概念和构建方法,结合辽西北地区的历史干旱资料,对现有旱情等级标准中不同干旱指标的等级界值进行了修订,建立了辽西北地区气象、水文、农业及社会经济4大类干旱、9个典型代表指标的旱情等级标准,增加了旱涝指数Z、径流距平百分比和水库蓄水距平百分比3个指标,并选择2006年、2007年和2009年3个典型干旱年对旱情等级标准的适合程度进行了验证,评价结果与辽西北地区实际干旱情况吻合率达到85%以上,为辽西北地区准确识别、分析、评价旱情提供了技术支撑。     

赣江流域气象水文干旱传播特征分析

探究气象水文干旱传播规律对水文干旱的提前预警和减灾具有重要意义。基于赣江流域1960～2018年逐月降水量、气温和径流量资料,分别计算不同时间尺度上的标准化降水蒸散发指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）、标准化降水指数（Standardized Precipitation Index,SPI）和标准化径流指数（Standardized Runoff Index,SRI）,利用游程理论和Copula函数条件概率方法对比分析气象水文干旱特征及其干旱传播规律。结果表明：赣江流域年和季节尺度上的气象干旱与水文干旱变化过程相似,变化趋势一致,干旱指数反映流域春旱和冬旱呈现加重趋势,而夏旱和秋旱呈现减弱趋势,SPEI指数描述的夏旱强度要重于SPI和SRI指数,而反映的冬旱强度则弱于其他两种干旱指数;SPEI和SPI评估的赣江流域气象干旱事件分别为87和75次,SRI评估的水文干旱事件为65次,虽然气象干旱事件多于水文干旱,但水文干旱事件有着更长的历时和更高的烈度;干旱传播时间年内波动较大,雨季传播时间在1～2个月间...     

淮河流域1960-2014年水文、气象干旱指数及其与历史旱灾的关系

基于淮河流域1960-2014年的逐月降水数据、1956-2000年的逐月天然径流数据和1960-2000年的洪旱灾害受灾面积数据,借助SPI和SSI干旱指数,采用MK趋势分析、相关分析等方法探求区域气象和水文干旱的时间特征,揭示水文干旱对气象干旱的响应规律,并分析干旱指数与历史旱灾的关系.结果表明:SPI指数反映出的...     

基于GRACE重力卫星与SPEI的云南干旱监测

针对云南省干旱多发、旱灾严重的特点,选取1981年1月-2020年6月长时间序列的历史时期典型水文干旱年及干旱事件,探索GRACE卫星反演数据在监测云南地区干旱方面的适用性,旨在提出解决无资料或少资料地区干旱监测困难的新方法。研究基于GRACE重力卫星数据反演得到云南省滇中、滇东北、滇东南、滇西南、滇西北5个分区月均储水量变化量,计算各分区的旱涝指标-相对储水量指数,利用相对储水量指数对云南省各分区干旱情况进行分析,并从月时间尺度上对比了相对储水量指数和标准降水蒸散指数SPEI3的干旱分析结论。研究结果表明：基于GRACE重力卫星数据反演构建的相对储水量指数在典型水文干旱年内的监测结果与实际干旱情况基本一致,其在滇中地区的适用性最佳,对于春季干旱的监测精度优于其他季节,反演数据能够一定程度上反映云南省不同地区、不同季节干旱程度;利用SPEI3对云南全省以及不同分区的旱情进行监测,结果与统计年鉴记载干旱事件较为吻合,其在滇东南地区的监测精度优于其他分区,在夏、冬两季精度优于春季;GRACE和SPEI3都较好地捕捉到了历史时期的典型干旱年及干旱事件,在选取的24场典型干旱事件中各分区的最高...     

年径流丰枯分类方法的效果研究

研究年径流丰枯分类方法的效果,对流域水文分析和水资源管理具有重要意义.从年径流过程相似性、总量差异性、分布均匀性等3个方面,定义了3个对应的丰枯分类效果评价指标,即相似指数、差异指数和均布指数.根据所采用的丰枯分类指数,将年径流丰枯分类方法划分为综合指数型、关系指数型和综合关系指数型等3类,并从3类方法中各选取3种代表...     

分布式降水径流模型产流结构及其应用

为了提高描述水文时空变化的精度，结合我国北方实际干旱半干旱流域的实际水文资料，以水动力学理论为基础，采用已推导出的坡面流，壤中流和地下水的一维偏微分简化方程组来进行产汇流模拟计算，并且针对北京市怀柔水库流域的水流运动规律和水文特点建立了以水动力学方程为基础的分布式降水径流模型的精度明显提高。     

安徽省淮北地区干旱评价指标体系研究

干旱是安徽省淮北地区最主要的自然灾害之一,已经成为制约区域社会经济、农业快速发展的主要因素之一。本文在对安徽省淮北地区干旱特征、干旱原因分析的基础上,选取了气象干旱指标（降水量距平百分率、降水排频和连续无雨日数）、农业干旱指标（土壤相对湿度）和水文干旱指标（地下水埋深）建立了干旱评价指标体系,并主要采用频率分析法确定了各指标对应春旱、夏旱、秋旱和冬旱不同干旱等级（轻度干旱、中度干旱、严重干旱和特大干旱）的划分标准。最后对安徽省淮北地区典型干旱年份的干旱状况进行评判和分析,结果表明,建立的干旱评价指标体系等级划分标准能够真实地反映区域干旱状况,弥补了单一干旱指标评价的不足。     

关中地区水文、气象干旱特征对比研究

从周期更替、丰枯转移入手,探求水文、气象干旱发生的起讫时刻、延续时间、影响深度;划分水文、气象干旱级别,应用负轮理论、游程理论,分析丰枯转移概率及连续丰、枯年的分布特点;引入马尔可夫平稳概率研究干旱发生的自然属性,以干旱强度、干旱周期、丰枯转移概率等指标,全面刻画本地区水文气象干旱的特征。。     

基于三维Copula函数的沙颍河流域水文干旱频率分析

为进一步研究水文干旱特征及其演变规律,选取沙颍河流域2个水文站1951—2008年逐月径流资料,采用游程理论提取水文干旱特征变量,选取4种对称Archimedean Copula函数和对应的非对称Archimedean Copula函数拟合干旱特征变量的联合分布并计算联合重现期和同现重现期。经拟合检验,Frank Copula对干旱特征变量二维联合分布的拟合效果最优,M3 Copula函数对三维干旱变量的联合分布拟合效果最优。干旱特征的单变量重现期值大于二、三维变量的联合重现期,小于二、三维变量的同现重现期。因此,Copula函数能够较好地拟合沙颍河流域水文干旱特征变量间的联合分布。     

SWMM辅助海绵城市专项规划的指标分解方法研究

《指南》提出了试算法与模型模拟法对海绵城市专项规划中的年径流总量控制率这一刚性指标进行分解落实,但由于《指南》尚处于试行阶段未对如何运用模型模拟法进行指标分解作出解答,且以SWMM为典型代表的水文水力模拟研究也较少以此作为切入点展开探讨。因此,研究借助SWMM模型探索出一条具有普遍适用性的指标分解途径,通过现状评估、刚性指标分解及引导性指标分解三个阶段完成年径流总量管控指标的分解,并借助案例对分解赋值方法进行详尽阐述,愿能为今后海绵城市专项规划的编制工作提供些许参考。     

黄土高原不同水平年旱涝时空分布特征分析

全球气候变暖大背景下,黄土高原总体呈现暖干化趋势,未来干旱还可能会加剧。为了全面了解黄土高原旱涝时空变化特征,为黄土高原应对旱涝灾害提供决策依据,根据黄土高原及周边263个气象站的降水数据划分降水水平年,以标准化降水指数（SPI）为指标,分析了黄土高原地区不同水平年年际及年内旱涝特征。结果显示,黄土高原在丰、平、枯水年均有不同程度的干旱发生。丰水年黄土高原干旱面积占5.7%,雨涝面积占40.9%;平水年干旱面积占12.7%,雨涝面积占19.3%;枯水年干旱面积占44.4%,雨涝面积占17.9%。不同水平年的干旱区域存在差异。不同水平年内春旱较重,丰水年和平水年雨季开始后干旱逐渐缓解,枯水年雨季不能有效缓解春季以来的干旱,且秋涝明显,各水平年年内干旱的时空分布存在显著差异。不同水平年年际和年内旱涝差异大且变化频繁,为了确保黄土高原农业生产旱涝保收,应合理布设小型水利工程与田间灌溉设施。      

西江流域干流径流量演变特征分析

为了更全面地反映西江流域径流演变规律,以西江流域干流1957-2016年迁江水文站、大湟江口水文站、梧州水文站和高要水文站径流数据为基础,运用Mann-Kendall趋势检验法、T检验及有序聚类法等分析方法对西江干流年径流变化进行了分析。结果表明:①西江干流4个水文站径流年际变差系数在0.177~0.216之间变化,年际变化不大;②丰、枯特征具有一定的同步性,其中迁江站容易发生洪水及干旱;③经趋势性检验分析发现,四站变化趋势相同,其中迁江站变化最显著;④迁江站年径流量在2002年发生显著突变,其他3个水文站点并未出现显著突变点。结果可为西江流域水资源利用提供科学依据。     

水文尺度与水文模拟关系研究

水文系统是由各种不同级别子系统组成的复杂系统，作为描述各种尺度中水文特征的空间数据与模型自然也有尺度特征，探讨水文尺度与水文模型的关系，对认识与解决水文尺度问题有重要的意义。从水文尺度与水文模型的原理、结构、复杂度、资料的角度分析二者之间的相互联系；提出了水文多尺度模拟的概念和必要性，并对水文多尺度模拟的方法与转换等问题进行了阐述。构建了从系统和多尺度水文模拟角度研究水文尺度问题的框架，对于深入了解水文尺度在不同时空尺度上的变化规律和过程；为科研和解决实践问题提供了一个有效的科研思路。     

降雨入渗补给量计算的数值模拟方

基于土壤水运动的物理过程，提出了降雨入渗补给地下水的计算模型。该模型以超渗产流和蓄满产流的混合产流模式计算地表产流量，以双层土壤蒸发模式和植物蒸散发机制计算蒸散发量，并在考虑大孔隙对土壤水运动影响的基础上，采用一维土壤水运动分层计算模型模拟土壤水运动。利用零通量面法确定非饱和土壤渗透系数、土壤水分率定模型其它参数。利用江苏徐州汉王水文试验站蒸渗仪实测资料对模型计算的入渗补给量进行了检验，结果表明，模型可以较好地模拟以土壤水运动为核心的水文过程及降雨入渗补给量。     

Standard precipitation index to track drought and assess impact of rainfall on watertables in irrigation areas

The Standard Precipitation Index (SPI) is employed to track drought and assess the impact of rainfall on shallow groundwater levels in three selected irrigation areas of the Murray-Darling Basin in Australia. The continuous SPI method can provide better means of quantifying rainfall variability and correlating it with changes of shallow watertable levels since it is based on continuous statistical functions comparing rainfall variability over the entire rainfall record. Drought analysis in the Australian irrigation areas using SPI indicates that the recent 2000–2006 drought is not the worst drought that has occurred in the recorded history, however if the current low rainfall pattern continues, it would be one of the most prolonged drought. The shallow groundwater fluctuations in the Murrumbidgee Irrigation Area show a very strong correlation with winter rainfall variation. The shallow piezometric levels in the Coleambally Irrigation Area show a weaker degree of correlation with the SPI due to local and regional groundwater dynamics and changes in rice water use. The groundwater levels in the Murray Irrigation Area show least correlation with the SPI, which may be attributed to improved irrigation management practices and complex nature of the groundwater recharge and discharge processes in this area. The overall results however show that the SPI correlates well with fluctuations in shallow ground water table in irrigation areas, and can also capture major drought patterns in Australia. The correlation of SPI with groundwater levels can be adopted for environmental reporting and used as a method of relating climatic impacts on watertables. Differences in piezometric response between years with similar winter and yearly SPI values can be attributed to improvement in irrigators’ management practices.