利用游程分析、马尔可夫平稳概率、随机过程等方法分析了渭河流域的干旱特征。结果表明, 近44年(1958~2001年)渭河流域降水连续多水(少水)期多持续2~3年, 单独多(少)水年出现的概率比连续多水(少水)年的概率大, 连少年的概率比连多年的概率大, 平均连续少水年数大于平均连续多水年数; 枯(丰)水与偏丰(偏枯)之间的转移突变较大, 对用水可能带来不利影响; 偏枯年出现的概率最大, 偏丰年次之, 丰水年最小; 渭河流域连续少水2~3年不仅发生频率较高, 而且干旱强度也较大。同时根据降水和同期气温、天然径流量资料建立了适用于渭河流域的S干旱指数。
The characteristics of drought in the Weihe River basin are analyzed with Markov chain and stochastic process theory. The results show that the continuous wet (dry) periods are usually extended from 2 to 3 years. The probability of a single wet (dry) year is larger than that of continuous wet (dry) years. The probability of continuous dry years is larger than that of continuous wet years. The periods of continuous dry years are longer than that of continuous wet years. The sudden change from a dry year (wet year) to wetter year (drier year) has negative effects for irrigation. The probability of drier year is the greatest, and then wetter year, the probability of wet year is the smallest. The frequencies of the continuous 2- or 3-dry year are high and their intensities are great. In addition, with the partial correlations analysis, the relationship between the precipitation index, the temperature index and the runoff in the Weihe River basin are analyzed. On the basis of these data, the drought index is estimated for the area.
干旱是危及人类生存环境的严重问题, 日益成为人们关注的热点, 王志伟等用Z指数作为等级划分标准, 得到了我国北方干旱逐月变化特征[
渭河流域地处我国西北地区东部生态环境脆弱带, 自然灾害多有发生, 在众多自然灾害中, 以旱灾发生最为频繁, 程度最重, 危害最大, 成为制约国民经济特别是农业经济和农业持续发展长期的、主要的因素。本文运用负轮理论和游程理论分析渭河流域降水丰枯转移概率及连续丰、枯年的分布特点; 引入马尔可夫平稳概率研究干旱发生的自然属性, 以干旱强度、干旱周期、丰枯转移概率等指标, 全面刻画渭河流域的干旱特征, 并根据渭河流域12个站点1958~2001年的天然径流量、降水量和气温资料建立起了适用于渭河流域的S干旱指数。
受地形等因素影响, 流域降水分布由东南向西北递减, 南岸秦岭山麓降水充沛, 最大年降水量在1000mm以上, 随地势降低降水量骤减, 平原河套地区年降水量约为500mm。
从渭河流域各典型站点降水丰枯频率(表略)分析可知, 流域多年平均降水量在437~665mm之间, 降水变率为16%~22%, 变差系数
渭河流域年平均降水量累积距平曲线
渭河流域连续多水年和少水年游程分析
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连续多水年、少水年概率比较
马尔可夫链模型是以概率论为基础, 对平稳随机现象用自回归过程方法进行定量预测的模型, 用下面的矩阵来表示:
脚标含义:1为枯水, 2为偏枯, 3为偏丰, 4为丰水。
把
将各站转移矩阵按上述三个矩阵各项相加可得
渭河流域气象干旱平稳概率分布
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按照1.1中划分的四个降水级别, 将渭河流域1958~2001年平均降水序列划分为涝、偏涝、偏枯、枯4种(对应于马氏链有4个状态)。以相依性最强的、步长为1的马尔可夫链的特征为例进行分析。
可以得到:
由式(3)可以求出极限分布为:
根据上面的数据结果分析可知, 渭河流域近44年来的降水过程中, 偏枯年出现的概率最大, 为0.346, 平均3年出现一次; 偏丰年次之, 出现概率为0.303, 平均3.3年出现一次; 然后是枯水年, 出现概率为0.185, 平均5.4年出现一次; 丰水年最小, 平均6年出现一次。按照这一结果, 1958~2001年这44年中, 渭河流域涝年、偏涝年、偏枯年和枯水年出现的次数分别为7.3年、13.3年、15.2年、和8.1年, 根据划分的渭河流域降水量状态可知, 涝年、偏涝年、偏枯年和枯水年出现的实际次数分别为8年、13年、14年和8年。可见, 所得的结果基本与实际情况相符, 并且这一结果与1.1中的分析结果相一致。
本文应用负轮理论分析渭河流域2~3年连续枯水年及最长连续枯水年的干旱强度(表略)可知, 渭河流域典型站连续2~3年少水的频率在3~7次之间, 平均降水亏缺量占多年平均降水量的10%~22%, 年最大降水亏缺量占多年平均降水量的26%~45%。渭河流域干旱连续最长一般为4~5年(天水站为8年), 最长连续枯水年年平均降水亏缺量占多年平均量的7%~29%, 年最大降水亏缺量约占多年平均降水量的8%~49%, 由此可见, 渭河流域连续2~3年少水不仅发生频率较高, 而且干旱强度也较大。
影响流域径流量变化的主要因素是降水和气温, 而径流量的丰枯变化则是衡量流域干旱情况的重要指标。王云璋等和王国庆等在对黄河中上游降水与径流、水资源与气候变化之间的关系进行分析时, 分别得到黄河中游年径流量与降水量存在显著的函数关系, 径流量丰枯还较明显的受同期气温的影响[
根据上述分析, 由降水指数和气温指数两部分组成的干旱指数描述渭河流域的干旱将更为合适, 本文参照康玲玲等在研究黄河中游干旱时使用的方法[
其中:
本研究利用渭河流域的降水指数、气温指数和天然径流量资料, 利用SPSS统计分析软件中的偏相关分析方法来确定
渭河流域天然径流与降水指数、气温指数的偏相关分析
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渭河流域
本文运用游程分析、马尔可夫平稳概率、负轮理论, 结合渭河流域典型站1958~2001逐年平均降水量资料, 分析了研究区的干旱特征; 同时根据降水和同期气温、天然径流量资料建立了适用于渭河流域的
(1) 渭河流域容易发生干旱;
(2) 流域多(少)水期多持续2~3年, 单独多(少)水年出现的概率比连续多水(少水)年的概率大, 单独多水年的概率比单独少水年的概率高, 而连续多水(少水)年出现概率的情况则正好相反, 连少出现的概率比连多出现的概率高, 平均连续少水年数也均大于平均连续多水年数;
(3) 渭河流域偏枯年出现的概率最大, 为0.346, 平均3年出现一次; 偏丰年次之, 然后是枯水年, 丰水年最小, 平均6年出现一次;
(4) 流域连续少水2~3年不仅发生频率较高, 而且强度也较大;
(5) 根据以往的研究结果, 渭河流域的径流量较为显著的受到同期降水量和气温的影响, 本研究建立了以降水指数和气温指数两部分组成的
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