[发明专利]一种流域生态干旱评估与预报方法

说明书

本发明公开了一种流域生态干旱评估与预报方法，目前尚无严格意义上的关于生态干旱的定义且未形成一套普适度较高的考虑河流生态健康的干旱指数框架，本发明基于流域栅格单元的垂向混合产流模型模拟的月流量过程，采用P‑III型分布函数拟合理论概率分布，将偏态分布转化为标准正态分布，得到流域生态干旱指数值，依据Tennant法计算河道生态需水量，并将不同等级所需生态径流量值标准化，确定流域生态干旱指数的干旱等级划分标准。本发明拓展了当前干旱指数的评估范围，可为流域干旱预警与监测系统的全面构建和流域健康提供生态技术支撑，同时可结合气象水文信息对生态干旱的进一步变化进行预报和预测。

技术领域

本发明属于干旱预报预警技术领域，具体涉及一种流域生态干旱评估与预报方法。

背景技术

干旱灾害是我国最主要的自然灾害之一，九十年代以来，干旱灾害表现出频次增大、空间格局扩大、持续时间延长、影响领域拓展和灾害损失加重等特点。据统计，平均每年因干旱造成工业产值减少达2300多亿元，粮食减产量占各种自然灾害造成粮食产总量的60％以上，我国重特大干旱的发生频次也由1950年～1990年的26.8％显著提高至1991年～2011年47.6％。干旱灾害也从过去旱灾高发区域的北方、西北地区向南方和东部湿润半湿润地区扩展和加重，目前旱灾发生的范围已经遍及全国。同时，旱灾影响范围已由农业为主扩展到工业、城市、生态等领域。

由于干旱的形成原因复杂，影响因素众多，加之研究目的不同，到目前为止，还没有一个可以被普遍接受的干旱定义。美国气象学会根据干旱定义不同将干旱分为气象干旱、农业干旱、水文干旱以及社会经济干旱四种类型。近半个多世纪以来，国内外也有很多干旱指数逐渐发展成熟，但大部分干旱指数均是针对具体的研究目的而提出，只能应用于特定地区或者特定部门。

随着世界范围干旱严重程度加剧，干旱对生态环境的影响日趋显著。不少学者提出研究干旱情况下保证生态环境需水的必要性和紧迫性。然而到目前为止，尚无严格意义上的关于生态干旱的定义，而在定量评估干旱对河流生态健康影响方面的研究则十分欠缺。据笔者了解，当前关于干旱对河流健康影响的评价指数极少，Esfahanian等(2016)提出一干旱指数，该指数基于鱼类数量对夏季(7-9月)流量减幅的响应评估干旱对河流生态的影响。该干旱指数的构建给生态干旱指数的研制提供了一个较好的方法参考，然而该指数评估未考虑干旱对研究区所在栖息地整个生态系统的影响，同时无法对7-9月以外其他月份的生态干旱情势进行准确评估。此外，该指数干旱等级划分只适用于其本身的研究区域，无法在其他地区推广或直接应用。因此研制一个具有普适性和实用性的生态干旱指数显得十分必要。本研究拟提出一套具有普适度较高的考虑流域生态健康的干旱指数框架，完善干旱评价与预警体系，最终保障河流健康持续发展。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种流域生态干旱评估与预报方法，具有较高的普适度，完善了干旱评价与预警体系，保障河流健康持续发展。

为了达到上述目的，本发明提供一种流域生态干旱评估与预报方法，包括以下步骤:

步骤1：构建基于地理信息系统GIS的流域空间地理信息库；

步骤2：构建基于流域栅格单元的垂向混合产流模型，以水文和气象数据作为模型的输入，模拟流域水文过程，输出是流域出口的流量过程；

步骤3：将流域出口的流量过程划分为12个月流量序列，采用P-III型分布函数作为月流量序列的理论概率分布，依据等概率原理将上述偏态分布转化为标准正态分布，相应于标准正态分布的分位数即为所求的流域生态干旱指数值；

步骤4：根据Tennant法关于河道生态需水百分比形式的等级划分，确定不同等级所需生态径流量，将不同等级所需生态径流量值标准化成流域生态干旱指数中所对应的值，不同等级对应的值域即为流域生态干旱指数的干旱等级划分值域；

步骤5：结合步骤3计算的流域生态干旱指数，以及步骤4确定的生态干旱等级划分标准，实现对流域历史及当前生态干旱旱情的评估。