[发明专利]一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法

说明书

本发明公开了一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法，包括如下步骤：S1、采用Shapiro‑Wilk法检验湖区关键时段长序列水文数据的正态性，并尝试对非正态数据进行正态性转化；S2、采用正态分布法或百分位数法，根据历史水位的统计分布特征初步划定湖泊关键时段水位波动的安全范围及阈值；S3、搜集湖区防洪、水资源供给以及最小生态水位等特征水位，对初步划定的水安全阈值进行修正；S4、以上述修正水安全阈值对湖泊关键时段水安全状态进行评价，揭示湖区水安全状态。本发明通过综合考虑水情的历史分布以及水安全的多个目标，并将各水安全评价指标转化为其对关键水情的要求，实现针对季风区湖泊水安全的科学评价和预测预警。

技术领域

本发明涉及湖区水安全评价技术领域，尤其是一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法。

背景技术

水情是影响湖泊及其周边地区生态系统安全的重要变量，水位的波动影响着湖区洪水灾害防治、水资源利用、水环境质量、水域及湿地生态系统完整与稳定性等各个方面，是维护湖区水安全系列问题的核心。随着近年来气候变化导致的极端水文事件频发，以及经济发展、人口增长导致的洪涝灾害破坏性增加、水资源供需矛盾突出等问题，对湖泊及其周边地区的水安全状态进行评价和预测预警变得更为迫切。相关研究可以揭示湖泊水位波动对湖区水安全的影响，以支撑进一步改进的管理措施，如进行水利工程的科学调度，以增强对湖泊水位的调节并减轻其对湖区社会经济可持续发展乃至整个生态系统产生的负面影响。

然而，目前的湖区水安全评价在评价内容和评价方法方面仍存在诸多问题。在评价内容方面，很多湖区因水量在时间和空间上分布极不平衡，因此其水安全评价需要侧重于规避水灾害和水风险，包括因降水集中造成的洪涝灾害问题、季节性干旱导致的水资源短缺问题以及不满足生态需水导致的水环境恶化、洲滩湿地退化等问题。但上述问题很少在单一的湖区水安全评价研究中同时涉及。在水安全评价方法方面，由于影响水安全的因素众多且复杂，并存在因素间的非线性交互作用、时间延迟和反馈以及空间异构性等，水安全评价工作往往随着参与集成的评价指标的增加，评价工作的难度、结果的准确性以及方法的普适性会大大降低。因此，目前亟需探索一致性、可比性的水安全表征指标来衡量湖区水安全状态，而将湖泊历史水位数据以及维持其多安全目标的特征水位数据相融合，构建基于水情要素的多目标湖区水安全评价体系是实现这一目标的重要途径。

有鉴于此，针对高变幅湖区水安全评价的特殊性，有必要提出一种基于水情要素的多目标水安全综合评价方法，通过综合考虑水情的历史分布以及水安全的多个目标，并将各水安全评价指标转化为其对关键水情的要求，实现针对季风区湖泊水安全的科学评价和预测预警。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法，适用于水情季节性变化大，水位波动对湖区水安全状态具有主导影响，且洪、旱灾害频发的湖泊及其周边地区，操作方法简便，便与推广和应用。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法，包括如下步骤：

S1、采用Shapiro-Wilk法检验湖区关键时段长序列水文数据的正态性，并尝试对非正态数据进行正态性转化；

S2、采用正态分布法或百分位数法，根据历史水位的统计分布特征初步划定湖泊关键时段水位波动的安全范围及阈值；

S3、搜集湖区防洪、水资源供给以及最小生态水位等特征水位，对初步划定的水安全阈值进行修正；

S4、以上述修正水安全阈值对湖泊关键时段水安全状态进行评价，揭示湖区实时水安全动态。

优选的，步骤S1中，计算研究区代表水文站各关键时期(如洪水期与枯水期)的阶段平均水位，以Shapiro-Wilk法配合样本分布直方图对其进行正态性检验。对不符合正态分布的水位序列进行正态转换，然后重新进行Shapiro-Wilk检验，如仍不符合正态分布，则对其进行标记，在后续安全阈值确定中对其进行单独处理。