[发明专利]一种水资源干旱评价系统

摘要

本发明公开了一种水资源干旱评价系统，方法步骤如下：计算广义供水量；计算广义需水量；构建基于水资源系统的干旱评价指标；指标验证，计算的干旱评价指标值与典型场次的实际旱情相对照，以验证指标的合理性。与现有技术相比，本发明方法从水资源系统的角度构建干旱评价指标，解决了长期以来干旱评价的问题，实现了气象、水文、农业、社会经济干旱的统一评价，科学全面的反映干旱事件的特征。本发明可广泛应用于受人类活动影响大的流域或者区域的干旱评价，特别适用于东辽河流域干旱定量化评价。

主权项

一种水资源干旱评价系统，其特征在于：方法步骤如下，(1)计算广义供水量广义水资源包括径流性水资源和生态系统利用的有效降水，其来源为大气降水，赋存形态为地表水、土壤水和地下水，可表示为：W_广义＝∑P_有效＝P‑∑P_无效＝W_狭义+W_土壤  (1)式中：W_广义为广义水资源量；P_有效为有效降水通量；P_无效为无效降水通量；W_狡义狭义水资源量；W_土壤为土壤水资源量；由于蒸发蒸腾在人类社会中的作用不同，同时由于水资源的稀缺性，因此，产生了有效和无效之分，因此，广义水资源量为：W_广义＝R_S+R_g+E_i+E_t+E_s+E_o+E_w+E_c  (4)式中：E_i冠层截留蒸发量；E_t植被蒸腾量；E_s植被棵间土壤有效蒸发量；E_o植被棵间地表截留有效蒸发量；E_w水面蒸发量，包括滩涂、滩地、沼泽地等未包含在狭义水资源量中的水面蒸发量；E_c居工地蒸发量；R_S为地表水资源量，可由计算单元的地表径流、地下水出流及壤中径流简单相加得出；R_g为不重复地下水水资源量，可由潜水蒸发量、地下潜流量及开采净消耗量相加得到；干旱评价指标中的广义供水量采用广义水资源量的计算结果，即：SW＝W_广义  (5)(2)计算广义需水量干旱评价中的广义需水量采用评价单元的实际需水量，包括国民经济需水量和生态环境需水量两大部分，其中，国民经济需水又分为生活需水、第二产业、第三产业需水和农业需水四部分，评价单元的广义需水量DW可表示为：DW＝Lw+Iw+Fw+Ew  (6)式中：Lw为生活需水量；Iw为第二产业、第三产业需水量；Fw为农业需水量；Ew为生态环境需水量；(3)构建基于水资源系统的干旱评价指标1)计算水资源短缺量水资源短缺量D指的是评价单元内广义供水量与广义需水量的差值：D＝SW‑DW  (7)2)计算水资源短缺指数为保证干旱评价指标在不同评价单元不同时期具有普适性，修正D，得到水资源短缺指数Z：Z＝K×D  (8)其中：K为水资源短缺量的修正系数，其值与需水量和供水量有关；3)构建干旱评价指标以旬为时间尺度，计算得到长序列的Z值，从中选取各种时间间隔中负的旬指标累积值∑Z，绘制∑Z～t图，得到回归直线；回归直线它表示在各种长度的极干期中，Z值以所观察到的近似最大速率累积的累计值，因此这条直线可以表示极端干旱，令干旱评价指标值为DI₁，将纵坐标从正常到极端分成四等份，还可以绘制三条直线，这些直线依指标的绝对值大小分别表示重度干旱、中度干旱和轻度干旱，并且令它们的干旱评价指标值分别为DI₂、DI₃和DI₄；由此得到第i个旬的干旱评价指标DI_i为：${\mathrm{DI}}_i=\underset{t=1}{\overset{i}{\Σ}}{Z}_t/(at+b)---\left(9\right)$式中：a和b为待定系数，根据∑Z～t图中极端干旱直线确定；因为在较长的干旱期中，仅仅一个湿旬往往对持续着的干旱的严重程度影响不大，因此使时期因子间接地成为各旬对干旱严重程度贡献的累积结果；为了估计每个旬的贡献，在式(9)中令i＝1，t＝1，因此得到DI₁＝Z₁/(a+b)      (10)即：DI₁‑DI₀＝ΔDI₁＝Z₁/(a+b)       (11)对于一次极端干旱，如果在其后来的旬中都属于正常天气，则这一次的极端干旱也是无法维持的；为了保持DI为一恒定值(ΔDI＝0)，指数Z必须以某个速率增加，因此，式(9)中需增加一个附加项c，即：ΔDI_i＝Z_i/(a+b)+cDI_i‑1        (12)式中：ΔDI_i＝DI_i‑DI_i‑1；通过任意两个DI_i‑1等于DI_i的值和任意两个t值所计算的Z值，可确定c值；式(12)可用来计算各旬对干旱严重程度的贡献，这些增加量的总和，为干旱严重程度本身，即：DI_i＝(1+c)DI_i‑1+Z_i/(a+b)        (13)其中，系数a、b、c、K在不同流域取不同的值；(4)指标验证利用式(13)计算的干旱评价指标值与典型场次的实际旱情相对照，以验证指标的合理性。