水文变异条件下湖泊流域水文干旱频率计算方法

For hydrological drought risk assessment under changing environment caused by climate change and human activities, the project proposed a hydrological drought frequency method. The Poyang lake basin is chosen in this project as the research area. Firstly, the method builds a lake basin hydrological drought index; then use Hydrological Alteration Diagnosis System to check the alteration of drought-duration and drought-severity which calculated by drought index; combined the nonstationary hydrological frequency analysis method an copula method, calculate the joint probability of drought-duration and drought-severity; at last, use the method to calculate the hydrological drought frequency of Poyang lake. The research results will be not only useful in theory to the hydrological cycle and water safety study in the changing environment, but also valuable in practical to the water resources assessment and drought management in the research area.

针对气候变化和剧烈人类活动影响下湖泊流域水文干旱风险评估问题，本项目选取鄱阳湖流域为研究区，构建适宜于湖泊流域的水文干旱指标；通过水文变异综合诊断系统，详细诊断水文干旱指标统计特征（干旱历时和干旱烈度）的变异特性；结合变化环境下非一致性水文频率计算理论和copula函数，提出水文变异下湖泊流域水文干旱频率计算方法；应用建立的模型和方法评估鄱阳湖水文干旱频率，揭示鄱阳湖水文干旱规律。其研究成果不仅对变化环境下的水循环与水安全研究具有重要意义，而且对于湖泊流域抗旱规划和干旱风险评估具有十分重要的实际应用价值。

项目围绕气候变化和剧烈人类活动影响下湖泊流域水文干旱风险评估问题,以鄱阳湖流域为研究对象开展研究工作。项目系统分析了鄱阳湖流域气温、降水、潜在蒸发、入湖径流、湖区水位、出湖径流、江湖水量交换，长江中下游干流水位流量等水循环要素时空变异特征。构建了考虑降水-入湖流量-湖区水位的湖泊综合干旱指标ZHDI，该指数由基于流域面降水量、五河七口入湖流量和湖区星子站水位数据建立的鄱阳湖流域3月标准化降水指数SPI3、1月标准化径流指数SRI1和1月标准化水位指数SZI1，采用加权法得到，通过对比历史干旱资料，发现该综合干旱指标能反映鄱阳湖干旱状况。初步构建了基于水量平衡的湖泊水文干旱指标PLDI指数，该指数通过建立湖泊湖区降水、入流、湖泊蓄变量、湖区蒸发、出湖流量等因素的月水量平衡模型，以水位作为湖泊干旱表征指标，采用Palmer指数的计算原理，定义湖泊适宜水位，构建用于评价湖泊的干旱指数（PLDI），并在鄱阳湖地区进行应用，发现该指数。分析了鄱阳湖流域干旱序列变异特征。采用水文变异诊断方法，分别对基于ZHDI、PLDI指数构建的2组鄱阳湖干旱烈度和干旱历时序列进行变异分析，研究表明2组干旱烈度和干旱历时序列均发生显著跳跃变异。构建了基于copula的非一致性水文干旱频率计算方法，该方法结合水文变异综合诊断方法和变化环境下非一致性水文频率计算原理，对非一致性干旱历时和干旱烈度序列进行频率计算，分别得到两个序列的理论分布参数；结合copula函数，计算得到干旱烈度和干旱历时的联合分布；分别基于ZHDI、PLDI指数，应用该方法对鄱阳湖流域进行非一致性水文干旱频率分析，研究表明，变异后，鄱阳湖流域相同重现期干旱烈度和干旱历时增加，干旱态势趋于严重。项目工作完成了各项研究任务并达到预期研究目标，研究成果可用于识别湖泊流域水文干旱特征，应对水文变异对水文干旱频率计算带来的挑战，对准确把握变化环境下湖泊流域水文干旱演变规律，正确评估水文干旱风险，进而合理制定湖泊流域水资源开发利用和保护规划，提高湖泊流域防御干旱能力提供支撑，具有重要意义。