[发明专利]一种基于水文过程的综合旱情监测与评估方法

说明书

本发明属于水文水资源领域，尤其是一种基于水文过程的综合旱情监测与评估方法，包括以下步骤：S1：分布式水文模型构建、率定和验证；S2：边缘分布拟合；S3：综合干旱指数SPERI构建；S4：基于综合干旱指数SPERI的干旱演变分析。本发明从水循环角度出发，应用SWAT模型和Copula函数构建了考虑水文和气象因素的综合干旱指数SPERI，该综合干旱指数SPERI具有较强的物理意义与统计基础，能够灵敏捕捉干旱事件的发生过程，可以真实客观反映区域旱情的演变特征，同时基于该指数对干旱历时、烈度、峰值等特征变量进行识别和多变量重现期分析，可为旱情监测和评估提供有力支撑。

技术领域

本发明涉及水文水资源技术领域，尤其涉及一种基于水文过程的综合旱情监测与评估方法。

背景技术

干旱是一种长期水分短缺造成水资源供需不平衡的现象，具有发生频率高、影响范围广和危害程度深等特点。近年来，我国局部性、区域性的干旱灾害连年发生，造成的损失占气象灾害的50％以上。随着全球气候变暖，干旱等极端水文事件频繁发生，而人类活动导致水循环过程异常也会加剧干旱造成的影响。多重驱动因子使得干旱持续时间及危害程度等特征难以捕捉，干旱在精确识别、度量以及评估等方面的研究依旧是热点与难点。

针对如何提高干旱识别与评估精度等问题，相关学者开展了大量研究，但多数采用仅能表征气象干旱、农业干旱或水文干旱中一种的单一类型指数，而不同类型的干旱之间存在着区别与联系，它们之间可以相互影响、相互转化。同时，现有研究多数并未考虑干旱形成的物理过程，仅从观测长序列数据中提取干旱信息进行分析会受到数据非一致性的干扰，并不能客观反映地区干旱的真实状态。因此，从水循环角度出发，通过构建考虑干旱形成物理机制的多变量的综合干旱指数SPERI开展相关研究，对提高干旱评价结果的准确性与客观性具有理论意义和实践价值，因此我们提出了一种基于水文过程的综合旱情监测与评估方法。

发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提出的一种基于水文过程的综合旱情监测与评估方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于水文过程的综合旱情监测与评估方法，包括以下步骤：

S1：分布式水文模型构建、率定和验证：收集研究区的DEM数据、矢量边界文件、土地利用数据、土壤类型栅格数据和水文气象长序列观测数据，构建、率定并验证研究区SWAT模型；

S2：边缘分布拟合：提取S1中的研究区SWAT模型输出的径流和潜在蒸散发数据，再结合研究区水文气象长序列观测数据中的降水数据进行计算得到水分盈亏值，然后对径流和水分盈亏值进行边缘分布拟合，确定研究区的最适边缘分布函数；

S3：综合干旱指数SPERI构建：首先从嵌套Archimedean Copulas函数族中选择最优Copula函数，通过最优Copula函数构建的径流R与水分盈亏值P-PET的联合分布函数，并计算二者的累积联合概率p，进一步将累积联合概率p进行标准正态化处理，最终得到综合干旱指数SPERI；

S4：基于综合干旱指数SPERI的干旱演变分析：对S3中构建的综合干旱指数SPERI进行适用性分析，然后采用Mann-Kendall检验和Pettitt检验分别对综合干旱指数SPERI进行趋势检验和变异点检测，得到研究区的不同时间尺度下干旱演变特征；

S5：基于综合干旱指数SPERI的干旱风险评估：应用游程理论识别和提取干旱特征变量，然后基于上述Copula函数进行干旱多变量联合分布的研究、概率分析和重现期的分析。

优选的，所述S1中分布式水文模型构建、率定和验证的具体步骤如下：

S11：结合研究区的流域实际情况，对研究区的DEM数据、矢量边界文件、土地利用数据、土壤类型栅格数据和水文气象长序列观测数据进行收集，其中水文气象长序列观测数据包括降水数据、温湿度数据和辐射数据；