基于标准水资源指数SWRI的流域水文干旱评价——以海河北系为例.PDF

基于标准水资源指数 （SWRI）的流域水文干旱评估 ——以海河北系为例 1 2 1 1 1 翟家齐 ，蒋桂芹 ，裴源生 ，赵勇 ，肖伟华 （1.中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室 北京 100038；2. 黄 河勘测规划设计有限公司 郑州 450003 ） 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。 关键词：标准水资源指数SWRI；水文干旱评估；干旱识别；干旱特征指标，海河北系 1 研究背景 水文干旱是指因气象因素或者人类活动造成的地表、地下水收支不平衡而引起的江河、 [1-2] 湖泊径流和水利工程蓄水量异常偏少以及地下水位异常偏低的现象 ，从供需水角度也可 [3] 看作是各种水体的可供水量小于需水量的现象 ，是区域气象、下垫面、水资源开发利用等 多种因素综合作用的结果。从定义可以看出，河川径流、湖泊水库蓄水量（水位）和地下水 位（水量）是判别水文干旱的主要依据。目前，根据河川径流量来研究水文干旱的成果较多， 如直接以径流量作为分析要素的径流量距平百分率、径流量累计频率、径流干旱指数、径流 [4-7] 量Z 指数等 ，以及进一步考虑了降水、蒸发等因素的Palmer 水文干旱强度指数（PHDI ） [8] [9] [10] [11] 、地表供水指数（SWSI） 、标准干旱严重指数（SWDSI） 和标准径流指数 （SRI） 等，但这些指标仍侧重于地表径流，对地下水重视不足。随着气候变化、水利工程建设、地 下水开采等水资源开发利用活动影响的加剧，河川径流衰减显著，而地下水在区域主要供水 水源中的比重不断提高，北方地区近33%的农业灌溉、50%的工业用水以及65%的生活用水 主要依靠地下水，地下水的亏缺程度直接影响流域水文干旱状态。可见，地下水已经成为评 价区域干旱状态不容忽视的重要组成部分，必须综合考虑地下水与地表水资源变化才能真实 反映区域水文干旱情况，这也是未来干旱应对的迫切需求。针对上述问题，国外已经在地下 [12] [13] [14-15] [16] 水干旱的定义 、系统影响 、定量评价 、演变规律分析 等方面已经取得了一些研 究成果，而国内对地下水在水文干旱研究中的重要性认识还不够，相关研究还较少，仅在个 别文献中有相关描述[17-18] 。针对上述需求及问题，本文尝试构建一个能够反映流域地表水和 地下水资源变化的干旱指标，并以海河北系为例，综合评估流域水文干旱特征及其演变规律。 基金项目：国家自然科学基金项目51379216) ；水利部公益行业科研专项（201401041 ）；国家 重点基础研究发展计划（2010CB951100 ）；“十二五”国家科技支撑计划资助项目（2012BAC19B03 ）； 作者简介：翟家齐（1984-），男，河南信阳人，博士，水文学及水资源专业，主要研究方向为流域水循环与物 质循环模型、区域干旱评估等。Email:jiaqizhai@163.com 通讯