一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng),其特征在于:方法步驟如下,1)計算水資源短缺量;2)計算水資源短缺指數(shù);3)干旱評估指標構建;4)參數(shù)修正。與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明從水資源系統(tǒng)的角度構建適用于內陸河干旱綠洲區(qū)的干旱評價指標,解決了長期以來內陸河干旱評價的問題,科學全面的反映干旱事件的特征。本發(fā)明可廣泛應用于受人類活動影響大的內陸河干旱綠洲區(qū)的干旱評價,特別適用于阿克蘇河流域綠洲區(qū)干旱定量化評價。
【專利說明】
一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及干旱監(jiān)控技術領域,尤其涉及一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] IPCC第五次氣候變化評估報告指出:過去半個多世紀以來,全球幾乎所有地區(qū)都 經歷了升溫過程,變暖最快的區(qū)域為北半球中煒度地區(qū)。我國西北干旱區(qū)地處中煒度地帶 的歐亞大陸腹地,是全球氣候變化下的敏感地區(qū)。這里水資源環(huán)境特殊,生態(tài)環(huán)境較為脆 弱,地下水與地表水交換頻繁,水資源成為制約社會經濟發(fā)展、影響生態(tài)安全的關鍵要素, 對未來經濟社會可持續(xù)發(fā)展起著至關重要的作用。在氣候變化的影響下,西北干旱區(qū)以山 區(qū)降水和冰雪融水補給為基礎的水資源系統(tǒng)更為脆弱,極端水文事件增加、水資源不確定 性加大、水循環(huán)過程和生態(tài)需水規(guī)律改變,干旱頻率變化也呈現(xiàn)出明顯的地區(qū)差異和時間 差異。隨著人口增長和經濟社會發(fā)展對水資源需求的進一步增加,西北干旱區(qū)水資源問題 將會更加突出,影響也更為深刻。近50a來,北疆地區(qū)干旱強度略有下降,總干旱歷時也有縮 短趨勢,但對于農牧業(yè)生產影響最大的春旱和夏旱卻在不斷加劇,南疆南部干旱強度和干 旱歷時有輕微上升,東疆中部干旱情況惡化趨勢顯著,四季干旱程度均有不同程度的增加。
[0003] 阿克蘇河流域位于西北干旱區(qū),降雨稀少,生態(tài)環(huán)境脆弱,社會經濟活動主要集中 在綠洲,用水依賴于山區(qū)徑流。長期以來,該區(qū)域干旱災害發(fā)生頻率大,損失嚴重,是區(qū)域經 濟社會發(fā)展的重大障礙。伴隨著以增溫為主要特征的氣候變化,阿克蘇河流域近年來氣溫、 降水、徑流均出現(xiàn)了顯著增長,同時耕地面積也快速增長,在氣候變化和人類活動的影響 下,流域干旱形勢發(fā)生了顯著變化。構建適合于綠洲區(qū)的干旱評價指標,分析干旱演變規(guī) 律,是提高阿克蘇河流域適應氣候變化能力的重大需求。
[0004] 到目前為主,干旱并沒有明確的定義,但從總體而言,干旱就是指水資源供應無法 滿足用水需求的狀態(tài)。依照干旱對不同水循環(huán)要素的響應結果,國內外學者將各種干旱情 況進行分類,提出了以氣象、水文、農業(yè)、社會經濟、生態(tài)等為主要參考依據的干旱類型。早 在1916年,Munger就根據連續(xù)日降水小于1.27mm的天數(shù)與旱情的關系創(chuàng)建了以降水量為核 心的Munger指數(shù);1919年,Kince構建了以連續(xù)日降水量為主要參考的Kincer指數(shù);1942年, Blumenstock創(chuàng)建了 Blumenstock指數(shù),同樣也是以降水量為主要參考因素;1950年徐爾灝 創(chuàng)建的標準差指標和1954年McQuigg創(chuàng)建的前期降雨指數(shù)都是以降水量為干旱表征因子構 建的;1930年,Marcovitch研究了氣溫在旱情的發(fā)生與發(fā)展過程中的作用,建立了以降水量 和氣溫雙表征因子的Marcovitch干旱評價指數(shù);1965年,Palmer以土壤水分平衡原理作為 基礎,考慮到蒸散量、土壤水分供給和徑流及地表水分損失等多個因素,構建了 rosi指數(shù); 1968年Keeth創(chuàng)建了用于森林火災監(jiān)測的Keetch-Byrum干旱指數(shù)。此外,還有Decile指數(shù)、 BMDI干旱指數(shù)、區(qū)域旱澇指數(shù)(DAI/FAI)、正負距平指標等。
[0005] 這些方法的主要不足是基于水循環(huán)的單一或幾個環(huán)節(jié)進行評價,割裂了水循環(huán)的 整體性,難以體現(xiàn)干旱的自然和社會屬性,難以表征干旱的隨機性與確定性的雙重特性。任 何一次干旱的發(fā)生都不會僅僅是簡單的某一氣象因素異常的干擾,隨著氣象變化和人類活 動影響的不斷深入,水循環(huán)系統(tǒng)表現(xiàn)為明顯的"自然-社會"二元水循環(huán)驅動特性,水利工程 和灌溉設施的建設在一定程度上改變了干旱時空分布特性,因此對于干旱指標的構建和選 擇都要在明晰水循環(huán)整體要素的基礎上,充分考慮自然驅動與社會驅動的影響,才能得出 適應于研究區(qū)的干旱評價體系。
【發(fā)明內容】
[0006] 本發(fā)明的目的就在于提供一種解決上述問題,從水資源系統(tǒng)的角度構建適用于內 陸河干旱綠洲區(qū)的干旱評價指標,解決了長期以來內陸河干旱評價的問題,實現(xiàn)了內陸河 干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng)。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術方案是:一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價 系統(tǒng),其特征在于:方法步驟如下,
[0008] 1)計算水資源短缺量
[0009] 以"自然-人工"二元水循環(huán)過程為基礎,根據流域內的氣象水文數(shù)據以及用水數(shù) 據,利用流域二元水循環(huán)模型實現(xiàn)對不同評估單元不同情景下的供水與需水的模擬,并引 入了水資源短缺量的概念,將綠洲區(qū)的缺水量與多年平均缺水量進行比較,若值為負則旱;
[0010] 2)計算水資源短缺指數(shù)
[0011]參考rosi的思想,引入水資源短缺量修正系數(shù)K,反映不同時空背景下的水資源短 缺差異:
[0012] k = DW/SW (3)
[0013] 式中:k是K的一階近似;而為月平均需水量;^為月平均供水量,
[0014] 在此基礎上即可得到可進行時空對比的水資源短缺指數(shù)Z:
[0015] Z=KXD (4)
[0016] 式中:D為水資源短缺量;
[0017] 3)干旱評估指標構建
[0018] 瞬時水資源短缺量僅是干旱發(fā)生的原因之一,但同時它還要受到水資源累積短缺 量的影響,所以以月為時間尺度,從長序列水資源短缺指數(shù)中選取值為負的序列,繪制EZ ~t圖,進一步修正Z,使其可以表達干旱歷時與干旱程度的關系;
[0019] 4)參數(shù)修正
[0020] 實際分析中水資源短缺修正系數(shù)還與水資源短缺量的絕對值平均成反比,為了保 證干旱評估指標DI在不同空間內的可比性,仍需進一步修正HI。
[0021] 作為優(yōu)選,步驟1中,供水量取廣義水資源量計算結果,即可被生態(tài)系統(tǒng)有效利用 的大氣降水以及水利工程供水等徑流性水資源量之和,而需水量則采取評估單元中的農業(yè) 需水量,即主要參考作物的實際蒸散發(fā)量,可表示為:
[0022] d = Sff-Dff=IWRs-Fw (1)
[0023] D = SW-DW-d (2)
[0024] 式中:D為水資源短缺量,mm;SW為總供水量,mm;DW為總需水量,mm;d為缺水量,mm; I為多年平均缺水量,mm; 為有效降水量,mm;匕表示水利工程供水量,mm; Fw為農業(yè)需水 量,mm〇
[0025]作為優(yōu)選,步驟3中,修正方式如下,取(t,EZ)點集外包線,假定這條外包線為極 端干旱的臨界值,可令其干旱評估指標DI = _4.0,該直線則表示在各種長度的極干期內,Z 值以所觀察到的近似最大速率累積的累計值,將縱坐標從正常到極端四等分,還可以繪制3 條直線,這些直線依次表示嚴重干旱、中度干旱和輕度干旱,令其干旱評估指標分別為-3.0、_2.0和_1.0,由此得到第i個月干旱評估指標Dli為:
(5)
[0027] 式中:a和b為待定系數(shù),根據EZ~t圖中極端干旱直線確定;
[0028] 作為優(yōu)選,式(5)僅為不同時期水資源短缺指數(shù)Z的代數(shù)和,不能反映持續(xù)干旱與 其中某一較濕潤月的關系,因此將時期因子作為對干旱累積結果的間接因子,從而提高干 旱指數(shù)評估精度
[0029] 令式(5)中 i = l,t = l,則
[0030] DIi = Zi/(a+b) (6)
[0031] 令
[0032] ADIi = DIi-DIo = Zi/(a+b) (7)
[0033]對于一次極端干旱,若之后的月均為正常,則這一次的極端干旱將終止,因此,為 了維持某一干旱程度,即為了保持DI為恒定值,則指數(shù)Z必須以某一速率增加,這個速率取 決于所要保持的DI值的大小,引入系數(shù)c,即
[0034] ADIi = Zi/(a+b)+cDIi-1 (8)
[0035] 式中:A DIi = DIi_DIi-1
[0036] 式(8)可用來計算各月對干旱程度的貢獻,這些增量的總和即為干旱嚴重程度, 即:
[0037] DIi = Zi/(a+b) + (l+c)DIi-1 (9)
[0038] 式中:a、b、c為系數(shù)。
[0039] 作為優(yōu)選,步驟4中,修正k值方式為,取評估單元內最干旱12個月,假定這12個月 對于任何評估單元都表示極端干旱,即DI = _4.0,將t = 12代入式中即可得到該評估單元累 積水資源短缺指數(shù),再除以該評估單元12個最干旱月的水資源短缺總量,就得到了該評估 單元12個月期間極端干旱平均修正系數(shù):
[0040] K = Z:2z/Z:2d (1〇)
[0041] 繪制&C5T/麗〇/麗,得到K'的回歸方程,此時f為K的二級近似;
[0042]上述計算結果的基礎上,進一步修正,得到水資源短缺量的修正系數(shù)K:
[0045] 將重新修正后的K代入式(4)可得到修正后水資源短缺指數(shù)Z,再代入式(9)即可得 到干旱評估指標,進而評估綠洲區(qū)干旱演變規(guī)律。
[0046] 作為優(yōu)選,步驟1中,有效降雨?|_效可表示為:
[0047] Bp撖=a ? p (13)
[0048] 式中:a為降雨有效利用系數(shù);P為某次實測降雨量,_
[0049] 系數(shù)a值與某一次的降雨量、降雨強度、降雨歷時、土壤性質、地面覆蓋及地形因素 都有關系。
[0050] 作為優(yōu)選,步驟1中,農業(yè)需水量采用主要作物實際蒸散發(fā)量,可表示為:
[0051] Fw = 丨 mET。! (i4)
[0052] 式中:i為作物類型(如棉花、小麥等);n為作物總分類數(shù);fi為各種作物類型面積 百分率(%) 是各種作物類型的實際需水量;ETcaS各種作物類型的參考作物需水量, 采用聯(lián)合國糧農組織(FA0)推薦的Penman-Monteith模型計算;Kci是研究區(qū)主要作物的作物 系數(shù);Kei為各種作物類型的土壤水分影響函數(shù)。
[0053] 與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明從水資源系統(tǒng)的角度構建適用于內 陸河干旱綠洲區(qū)的干旱評價指標,解決了長期以來內陸河干旱評價的問題,科學全面的反 映干旱事件的特征。本發(fā)明可廣泛應用于受人類活動影響大的內陸河干旱綠洲區(qū)的干旱評 價,特別適用于阿克蘇河流域綠洲區(qū)干旱定量化評價。
【附圖說明】
[0054]圖1為本發(fā)明的指標構建流程框圖;
[0055]圖2為實施例中綠洲區(qū)干旱評估結果比較的示意圖;
[0056] 圖3為實施例中綠洲區(qū)1983-1990年與1991-2011年DI指數(shù)對比的示意圖;
[0057]圖4為實施例中綠洲區(qū)干旱頻率變化比較的示意圖。
【具體實施方式】
[0058]下面將對本發(fā)明作進一步說明。
[0059] 實施例1:參見圖1,一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng),以"自然-人工"二元水 循環(huán)理論為指導,在帕默爾干旱指數(shù)基礎上,從水資源系統(tǒng)的角度,綜合考慮干旱事件中具 有互依關系的多個影響因子,重新定義評估單元缺水模式,構建出一套可應用于干旱情境 下,適應于內陸河干旱綠洲區(qū)的干旱評估指標。選取干旱事件頻發(fā)的阿克蘇河流域綠洲區(qū) 進行實證研究,具體步驟如下:
[0060] (1)計算水資源短缺量
[0061] 以"自然-人工"二元水循環(huán)過程為基礎,根據流域內的氣象水文數(shù)據以及用水數(shù) 據,利用流域二元水循環(huán)模型可實現(xiàn)對不同評估單元不同情景下的供水與需水的模擬,從 而明確流域的供水與需水情況。缺水量是由研究區(qū)水資源系統(tǒng)內總供水量與總需水量的差 值計算得來的,即由于降水量減少,水利工程供水不足而引起的用水短缺。水資源短缺量是 當期的缺水量與多年平均缺水量比較得來,綠洲區(qū)本身就是缺水區(qū),若是直接采用缺水量 進行評價,則綠洲區(qū)一直處于干旱狀態(tài),不能客觀反映水利工程供水的作用,因此,本方法 引入了水資源短缺量的概念,將綠洲區(qū)的缺水量與多年平均缺水量進行比較,若值為負則 旱。本發(fā)明中供水量取廣義水資源量計算結果,即可被生態(tài)系統(tǒng)有效利用的大氣降水以及 水利工程供水等徑流性水資源量之和,而需水量則采取評估單元中的農業(yè)需水量,即主要 參考作物的實際蒸散發(fā)量,可表示為:
[0062] d = Sff-Dff=IWRs-Fw (1)
[0063] D = SW-DW-d (2)
[0064] 式中:D為水資源短缺量,mm; SW為總供水量,mm; DW為總需水量,mm; d為缺水量,mm; I為多年平均缺水量,mm; P有效為有效降水量,mm; Rs表示水利工程供水量,mm; Fw農業(yè)需水 量,mm〇
[0065] (2)計算水資源短缺指數(shù)
[0066] 水資源短缺量只是從數(shù)值角度表征了研究區(qū)內缺水的既定事實,并不能滿足在干 旱分析中對于時空對比的要求,因此參考PDSI的思想,引入水資源短缺量修正系數(shù)K,反映 不同時空背景下的水資源短缺差異:
[0067] k = DW/SW (3)
[0068] 式中:k是K的一階近似;^為月平均需水量;為月平均供水量。
[0069] 在此基礎上即可得到可進行時空對比的水資源短缺指數(shù)Z:
[0070] Z=KXD (4)
[0071] 式中:D為水資源短缺量。
[0072] (3)干旱評估指標構建
[0073]瞬時水資源短缺量僅是干旱發(fā)生的原因之一,但同時它還要受到水資源累積短缺 量的影響,因此需進一步修正Z,使其可以表達干旱歷時與干旱程度的關系。以月為時間尺 度,從長序列水資源短缺指數(shù)中選取值為負的序列,繪制EZ~t圖。取(t,EZ)點集外包線, 假定這條外包線為極端干旱的臨界值,可令其干旱評估指標DI = _4.0,該直線則表示在各 種長度的極干期內,Z值以所觀察到的近似最大速率累積的累計值。將縱坐標從正常到極端 四等分,還可以繪制3條直線,這些直線可依次表示嚴重干旱、中度干旱和輕度干旱。令其干 旱評估指標分別為-3.0、_2.0和-1.0,由此得到第i個月干旱評估指標0^為:
(5)
[0075]式中:a和b為待定系數(shù),根據EZ~t圖中極端干旱直線確定。
[0076]式(5)僅為不同時期水資源短缺指數(shù)Z的代數(shù)和,不能反映持續(xù)干旱與其中某一較 濕潤月的關系,因此應考慮將時期因子作為對干旱累積結果的間接因子,從而提高干旱指 數(shù)評估精度。
[0077] 令式(5)中i = l,t = l,則
[0078] DIi = Zi/(a+b) (6)
[0079] 令
[0080] ADIi = DIi-DIo = Zi/(a+b) (7)
[0081 ]對于一次極端干旱,若之后的月均為正常,則這一次的極端干旱將終止。因此,為 了維持某一干旱程度,即為了保持DI為恒定值,則指數(shù)Z必須以某一速率增加,這個速率取 決于所要保持的DI值的大小。因此,引入系數(shù)c,即
[0082] ADIi = Zi/(a+b)+cDIi-1 (8)
[0083] 式中:A DIi = DIi_DIi-1。
[0084] 式(8)可用來計算各月對干旱程度的貢獻,這些增量的總和即為干旱嚴重程度, 即:
[0085] DIi = Zi/(a+b) + (l+c)DIi-1 (9)
[0086] 式中:a、b、c為系數(shù)。
[0087] (4)參數(shù)修正
[0088] 在上述計算中水資源短缺修正系數(shù)只考慮了平均供水量和平均需水量的關系,但 在實際分析中水資源短缺修正系數(shù)還與水資源短缺量的絕對值平均成反比,為了保證干旱 評估指標DI在不同空間內的可比性,仍需進一步修正HI。
[0089] 取評估單元內最干旱12個月,假定這12個月對于任何評估單元都表示極端干旱, 即DI = _4.0,將t = 12代入式中即可得到該評估單元累積水資源短缺指數(shù),再除以該評估單 元12個最干旱月的水資源短缺總量,就得到了該評估單元12個月期間極端干旱平均修正系 數(shù):
[0090] K = Z:2z/E:2d (1〇)
[0091 ]繪制^ _/界7)/]萬[,得到K'的回歸方程,此時f為K的二級近似。
[0092]如果此時的K'可以滿足干旱指數(shù)在不同空間的可對比性,那么每個評估單元 應該相等,但是根據實際計算結果來看,這種情況大部分時候并不能實現(xiàn)。因此 在上述計算結果的基礎上,仍需進一步修正,才能得到水資源短缺量的修正系數(shù)K:
[0095]將重新修正后的K代入式(4)可得到修正后水資源短缺指數(shù)Z,再代入式(9)即可得 到干旱評估指標,進而評估綠洲區(qū)干旱演變規(guī)律。
[0096] DIi = Zi/1.63+0.75DIi-1 (13)
[0097] 采用帕默爾旱度模式的劃分標準評定干旱等級,參見表1。
[0098]表1干旱等級劃分標準
[0101] 1983-2011年,烏什和阿克蘇市綠洲區(qū)干旱指標整體呈上升趨勢,即干旱形勢有所 緩解;溫宿、多浪和阿瓦提綠洲區(qū)干旱指數(shù)呈下降趨勢,干旱形勢有所加重。對比分析五個 綠洲區(qū)1983-1990年和1991-2011年兩個時段的干旱指數(shù)可以發(fā)現(xiàn),相對于前一個時段, 1991-2011年五個綠洲區(qū)的干旱形勢均有加重趨勢。對比分析五個綠洲區(qū)1980s、1990s、 2000s三個不同時段內輕旱及其以上旱情和中旱及其以上的旱情頻率變化,烏什綠洲區(qū)兩 種旱情出現(xiàn)頻率均為下降趨勢,旱情有所緩解;溫宿綠洲區(qū)兩種旱情的頻率在1990s時段內 有所下降,隨后繼續(xù)回升,旱情略有加重;多浪綠洲區(qū)輕旱及其以上的旱情頻率變化不大, 中旱及其以上的旱情頻率呈增加趨勢,旱情有所加重;阿克蘇市綠洲區(qū)兩種旱情頻率均呈 下降趨勢,旱情有所緩解;阿瓦提綠洲區(qū)輕旱及其以上旱情頻率增加,中旱及其以上旱情出 現(xiàn)頻率略有降低;綠洲區(qū)兩種旱情頻率均有下降,旱情有所緩解。圖2為實施例中綠洲區(qū)干 旱評估結果比較的示意圖(注:(a)烏什綠洲區(qū);(b)溫宿綠洲區(qū);(c)多浪綠洲區(qū);(d)阿克蘇 市綠洲區(qū);(e)阿瓦提市綠洲區(qū));圖3為實施例中綠洲區(qū)1983-1990年與1991-2011年DI指數(shù) 對比的示意圖(注:(a)烏什綠洲區(qū);(b)溫宿綠洲區(qū);(c)多浪綠洲區(qū);(d)阿克蘇市綠洲區(qū); (e)阿瓦提市綠洲區(qū));圖4為實施例中綠洲區(qū)干旱頻率變化比較的示意圖(注:(a)烏什綠洲 區(qū);(b)溫宿綠洲區(qū);(c)多浪綠洲區(qū);(d)阿克蘇市綠洲區(qū);(e)阿瓦提市綠洲區(qū);(f)整個綠 洲區(qū))
[0102] 上述結論說明利用本發(fā)明提出的方法建立基于水資源系統(tǒng)的內陸河干旱綠洲區(qū) 干旱評價指標能夠較準確地分析受人類活動影響較大的內陸河干旱綠洲區(qū)的干旱情況,較 符合實際旱情,可為下一步的內陸河干旱綠洲區(qū)干旱風險評價和應對提供輔助支撐,可應 用于實際的項目分析中。
[0103] 以上對本發(fā)明所提供的一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng)進行了詳盡介紹,本 文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述,以上實施例的說明只是用于 幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想;同時,對于本領域的一般技術人員,依據本發(fā)明的思 想,在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處,對本發(fā)明的變更和改進將是可能的,而 不會超出附加權利要求所規(guī)定的構思和范圍,綜上所述,本說明書內容不應理解為對本發(fā) 明的限制。
【主權項】
1. 一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng),其特征在于:方法步驟如下, 1) 計算水資源短缺量 以"自然-人工"二元水循環(huán)過程為基礎,根據流域內的氣象水文數(shù)據以及用水數(shù)據,利 用流域二元水循環(huán)模型實現(xiàn)對不同評估單元不同情景下的供水與需水的模擬,并引入了水 資源短缺量的概念,將綠洲區(qū)的缺水量與多年平均缺水量進行比較,若值為負則旱; 2) 計算水資源短缺指數(shù) 參考rosi的思想,引入水資源短缺量修正系數(shù)κ,反映不同時空背景下的水資源短缺差 異:式中:k是K的一階近似;0W為月平均需水量;^為月平均供水量, 在此基礎上即可得到可進行時空對比的水資源短缺指數(shù)Z: Z = KXD (4) 式中:D為水資源短缺量; 3) 干旱評估指標構建 瞬時水資源短缺量僅是干旱發(fā)生的原因之一,但同時它還要受到水資源累積短缺量的 影響,所以以月為時間尺度,從長序列水資源短缺指數(shù)中選取值為負的序列,繪制ΣΖ~t 圖,進一步修正Z,使其可以表達干旱歷時與干旱程度的關系; 4) 參數(shù)修正 實際分析中水資源短缺修正系數(shù)還與水資源短缺量的絕對值平均成反比,為了保證干 旱評估指標DI在不同空間內的可比性,仍需進一步修正HI。2. 根據權利要求1所述一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng),其特征在于:步驟1中, 供水量取廣義水資源量計算結果,即可被生態(tài)系統(tǒng)有效利用的大氣降水以及水利工程供水 等徑流性水資源量之和,而需水量則采取評估單元中的農業(yè)需水量,即主要參考作物的實 際蒸散發(fā)量,可表示為: d = Sff-Dff=IWRs-Fw (1)式中:D為水資源短缺量,mm;SW為總供水量,mm;DW為總需水量,mm;d為缺水量,mm; ^為 多年平均缺水量,mm; 為有效降水量,mm; Rs表示水利工程供水量,mm; Fw為農業(yè)需水量, mm〇3. 根據權利要求1所述一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng),其特征在于:步驟3中,修 正方式如下,取(t,EZ)點集外包線,假定這條外包線為極端干旱的臨界值,可令其干旱評 估指標DI = _4.0,該直線則表示在各種長度的極干期內,Ζ值以所觀察到的近似最大速率累 積的累計值,將縱坐標從正常到極端四等分,還可以繪制3條直線,這些直線依次表示嚴重 干旱、中度干旱和輕度干旱,令其干旱評估指標分別為-3.0、-2.0和-1.0,由此得到第i個月 干旱評估指標Dli為:式中:a和b為待定系數(shù),根據Σ Z~t圖中極端干旱直線確定。4. 根據權利要求3所述一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng),其特征在于:式(5)僅為 不同時期水資源短缺指數(shù)Z的代數(shù)和,不能反映持續(xù)干旱與其中某一較濕潤月的關系,因此 將時期因子作為對干旱累積結果的間接因子,從而提高干旱指數(shù)評估精度 令式(5)中i = l,t = l,則 DIi = Zi/(a+b) (6) 令 ADIi = DIi-DIo = Zi/(a+b) (7) 對于一次極端干旱,若之后的月均為正常,則這一次的極端干旱將終止,因此,為了維 持某一干旱程度,即為了保持DI為恒定值,則指數(shù)Z必須以某一速率增加,這個速率取決于 所要保持的DI值的大小,引入系數(shù)c,即 ADIi = Zi/(a+b)+cDIi-1 (8) 式中:ADIi = DIi_DIi-! 式(8)可用來計算各月對干旱程度的貢獻,這些增量的總和即為干旱嚴重程度,即: DIi = Zi/(a+b) + (l+c)DIi-1 (9) 式中:a、b、c為系數(shù)。5. 根據權利要求4所述一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng),其特征在于:步驟4中,修 正k值方式為,取評估單元內最干旱12個月,假定這12個月對于任何評估單元都表示極端干 旱,即DI = -4.0,將t = 12代入式中即可得到該評估單元累積水資源短缺指數(shù),再除以該評 估單元12個最干旱月的水資源短缺總量,就得到了該評估單元12個月期間極端干旱平均修 正系數(shù):繪制OT/W/頂,得到κ '的回歸方程,此時f為κ的二級近似; 上述計算結果的基礎上,進一步修正,得到水資源短缺量的修正系數(shù)κ:將重新修正后的K代入式(4)可得到修正后水資源短缺指數(shù)Z,再代入式(9)即可得到干 旱評估指標,進而評估綠洲區(qū)干旱演變規(guī)律。6. 根據權利要求1所述一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng),其特征在于:步驟1中,有 效降雨可表示為: Ρ?*=α · P (13) 式中:α為降雨有效利用系數(shù);Ρ為某次實測降雨量,mm 系數(shù)α值與某一次的降雨量、降雨強度、降雨歷時、土壤性質、地面覆蓋及地形因素都有 關系。7.根據權利要求1所述一種內陸河干旱綠洲區(qū)干旱評價系統(tǒng),其特征在于:步驟1中,農 業(yè)需水量采用主要作物實際蒸散發(fā)量,可表示為:式中:i為作物類型(如棉花、小麥等);n為作物總分類數(shù);fi為各種作物類型面積百分率 (%);ΕΤ"是各種作物類型的實際需水量;ETu為各種作物類型的參考作物需水量,采用聯(lián) 合國糧農組織(FAO)推薦的Penman-Monteith模型計算;K ci是研究區(qū)主要作物的作物系數(shù); Κθι為各種作物類型的土壤水分影響函數(shù)。
【文檔編號】G06F19/00GK105930635SQ201610214417
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月3日
【發(fā)明人】翁白莎, 嚴登華, 王浩, 劉家宏, 李思諾
【申請人】中國水利水電科學研究院