黃河流域干旱特征及抗旱能力研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源需求的日益增加及全球氣候的變化，干旱這種自然災(zāi)害已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的障礙之一。同時(shí)，黃河流域經(jīng)常發(fā)生干旱災(zāi)害，這給當(dāng)?shù)氐娜嗣裆钌a(chǎn)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展形成了嚴(yán)重影響，全面了解黃河流域干旱發(fā)生的規(guī)律，之于干旱的識(shí)別與預(yù)防有著重要的意義。隨著治黃事業(yè)的發(fā)展，黃河流域的水資源供需矛盾愈來(lái)愈厲害，黃河豐富的水利水能水資源得到了不斷的開(kāi)發(fā)。水利工程在防洪，灌溉，發(fā)電和供水等方面都發(fā)揮了重要作用，有力地促進(jìn)了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)

2、境的改善。本文針對(duì)黃河流域自然干旱與水庫(kù)對(duì)其干旱調(diào)節(jié)作用進(jìn)行研究。
　　主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　?。?）利用氣象水文及水庫(kù)等資料，計(jì)算了黃河流域各個(gè)分區(qū)氣象干旱指數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)化徑流指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化蒸散指數(shù)）、水文干旱指數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)化流量指數(shù)）、農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)（Palmer干旱指數(shù)干旱指數(shù)）及修正的地表水文供應(yīng)指數(shù)，計(jì)算表明黃河流域各類(lèi)型干旱均較嚴(yán)重，又以水文干旱最為嚴(yán)重。黃河上游氣象干旱嚴(yán)重，中下游水文干旱及農(nóng)業(yè)干旱嚴(yán)重，全流域有干旱

3、加重的趨勢(shì)。
　?。?）基于單一干旱指數(shù)運(yùn)用主成分分析法計(jì)算了黃河流域各個(gè)分區(qū)的主成分貢獻(xiàn)率、特征向量等特征值，建立了各個(gè)分區(qū)的綜合干旱指數(shù)計(jì)算公式，并與歷史實(shí)際干旱事件進(jìn)行對(duì)比，證明了該指數(shù)較能反映黃河流域干旱情形。花園口以下區(qū)域各個(gè)年代輕旱發(fā)生頻率均高于其他區(qū)域；在1990s，黃河干旱形勢(shì)較之前各年代明顯加劇，從上游至下游均很干旱。運(yùn)用小波分析，可得黃河流域干旱周期為5年左右；從黃河游至黃河下游，不同分區(qū)的主干旱周期越來(lái)越小，

4、源區(qū)主周期大致為27年，上中游主周期為20年左右，黃河下游流域主干旱周期僅為5年，說(shuō)明流域下游的干旱交替現(xiàn)象愈加頻繁。
　?。?）采用貝塔分布、Gama分布、正態(tài)分布和指數(shù)分布等對(duì)黃河下游流域干旱歷時(shí)、干旱烈度進(jìn)行擬合；釆用阿基米德Copula函數(shù)家族的Gumbel Copulas，Clayton Copulas以及FrankCopulas三種Copula函數(shù)，對(duì)黃河下游干旱歷時(shí)及烈度聯(lián)合分布函數(shù)進(jìn)行擬合；利用均方根誤差法（RSM

5、E）進(jìn)行檢驗(yàn)，確定擬合最優(yōu)的函數(shù)。經(jīng)計(jì)算，黃河下游流域釆用指數(shù)分布函數(shù)擬定干旱歷時(shí)，采用Gamma分布函數(shù)擬定干旱烈度，選擇擬合最優(yōu)的Clayton Copulas函數(shù)作為黃河下游流域干旱歷時(shí)函數(shù)及干旱烈度函數(shù)的聯(lián)結(jié)函數(shù)。（4）根據(jù)干旱歷時(shí)、干旱烈度及copula聯(lián)合分布概率結(jié)合干旱間隔期望得到黃河下游流域干旱重現(xiàn)期。利用重現(xiàn)期對(duì)不同干旱模式進(jìn)行評(píng)估，可知，黃河下游流域以短歷時(shí)的輕旱、中旱居多，發(fā)生頻繁程度遠(yuǎn)高于長(zhǎng)歷時(shí)強(qiáng)烈度的干旱。隨著

6、干旱歷時(shí)及烈度組合數(shù)值的增加，重現(xiàn)期逐漸增加。總得來(lái)說(shuō)，黃河下游流域的干旱情況嚴(yán)重，在全部干旱過(guò)程中，流域中旱以及重度干旱模式的發(fā)生比例大于50％。
　?。?）基于干旱本質(zhì)及干旱災(zāi)害形成的機(jī)理，提出了水庫(kù)群應(yīng)對(duì)干旱能力的計(jì)算原理及方法。以黃河下游為例，基于遺傳算法進(jìn)行水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度計(jì)算下游水庫(kù)群干旱應(yīng)對(duì)能力。研究發(fā)現(xiàn)，黃河下游多年平均缺水率為10.96%；目前黃河下游流域水庫(kù)足以應(yīng)對(duì)重現(xiàn)期為25a一遇及25a以下的干旱，最大抗旱能力

7、指數(shù)為0.8904；干旱重現(xiàn)期小于40a一遇時(shí)，黃河下游水庫(kù)可將流域有可能的嚴(yán)重旱情控制在供用水緊張程度為中度或輕微水平以上；下游流域應(yīng)對(duì)25～60a一遇及60～100a一遇的干旱抗旱水平較弱；對(duì)于100～200a一遇的干旱及200a以上一遇的干旱，抗旱水平很弱。
　　（6）基于水利工程對(duì)干旱的影響因素，同時(shí)充分考慮水利工程在流域內(nèi)的自身的工程規(guī)模方面及運(yùn)行管理方面，構(gòu)建黃河流域干旱應(yīng)對(duì)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。運(yùn)用層次分析及熵權(quán)法綜合賦