一种基于分布式水文模拟的旱情评估和预报模型方法，包括：步骤1：构建基于地理信息系统的流域空间地理信息库；步骤2：在流域空间信息库的基础上，采用GIS空间分析工具，构建基于地貌网格单元的分布式水文模型，以气象数据作为模型的输入条件，应用分布式水文模型对流域水文过程进行分布式模拟，模拟结果是输出各项水文要素信息；步骤3：依据各项气象水文要素之间内在关系，在水量平衡计算的基础上，构建干旱预报模型，并采用PDSI指标作为旱情的综合衡量指标。本发明专利技术基于分布式水文模拟的干旱预报模型，在表现旱情的地区分布特征和随时间的演变态势等方面具有优势；另外可以结合气象信息对灾情的进一步发展变化进行预报和预测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及干旱预报预警
，具体是。
技术介绍
干旱缺水已经成为制约我国经济社会可持续发展的重要因素之一。我国历史上旱灾频繁，但目前出现的新趋势却更加令人忧虑，近年来全国几乎所有省份，都发生过干旱，且旱灾损失呈增加趋势。即使是南方湿润地区，局部旱灾损失甚至大于洪灾。近年干旱造成的损失严重，除与气候变化引起的局部降水偏少原因外，也与水利基础设施配套不全、农业生产技术落后、难以抵御自然灾害的现状有关。此外，干旱预报和预警的技术工作跟不上，也是一个重要的不利因素。目前的干旱预报工作，一是依赖于降水和气温等气象预报信息，没有建立专业的干旱预报和预警体系；二是依靠以往旱情观测数据的概率统计和相关性分析，而缺乏从干旱发生发展机理出发的干旱预报模型。这两点在很大程度上导致对干旱的预防和应对能力不强，只能“被动抗旱”，而做不到“主动防旱”。干旱的起因是降水偏少，但发展成为旱灾，则有一个缓慢的渐进过程。该过程不仅取决于降水亏缺量及其持续时间，还与各地区的地势地貌、土壤类型、作物种类、气温条件和水源状况等多种因素密切相关。目前采用的干旱指标和评估方法很多，大多数是从干旱成因条件(降水亏缺等)，或者是旱情的特征表象(土壤含水量下降、地表径流减少等)，或者是干旱的灾害损失等某一方面，来评估旱情严重程度。实际上这些指标并不是独立的，相互之间有着水文转化联系。如果采用某一指标来孤立地评估旱情，其结果是不全面的，有时甚至会引起歧义。而且有些指标过于单一，没有体现旱情随降水亏缺及持续时间的发展变化，且难以反映旱情在地区间和季节上的差异。另外，已有的干旱评估方法和旱情等级指标大多是用于对已发生的旱情状况进行评估，而缺乏预测预报功能。
技术实现思路
本专利技术提供，从水文循环过程的角度，采用机理性的分布式水文模型来模拟流域水文过程，获悉流域内各项气象水文要素，藉此建立全面反映干旱等级特征及其发展变化的旱情指标体系及其相应的预报模型方法，为构建干旱预警系统奠定指标体系和模型方法。，包括步骤I :构建基于地理信息系统的流域空间地理信息库，其中包括数字高程DEM、土壤类型分布图、土地利用分布图、植被叶面积指数LAI分布图、河流水系分布图和大中型水库工程特性参数；步骤2 :在流域空间信息库的基础上，采用GIS空间分析工具，构建基于地貌网格单元的分布式水文模型，以气象数据作为模型的输入条件，应用分布式水文模型对流域水文过程进行分布式模拟，模拟结果是输出各项水文要素信息；步骤3 :依据分布式水文模拟获得的各项气象水文要素之间内在关系，在水量平衡计算的基础上，构建干旱预报模型，并采用F1DSI (Palmer Drought Severity Index)指标作为旱情的综合衡量指标，其步骤具体包括使用分布式水文模拟获得的各项气象水文要素计算各旬气候水文常数，所述气候水文常数包括蒸散常数α、补水常数β、径流常数Y、失水常数δ、气候特征常数k* ;依据所述各旬气候水文常数，采用下式计算出逐旬的气候适宜降水量= + A1 + Aol - L1式中i为旬数为气候适宜蒸发量，aPEr , PEi为每旬的可能蒸发量4为气候适宜补水量，為=Ai3A ,PRi为每旬的可能补水量为气候适宜径流量，^O1 = r.PROt，PROi为每旬的可能径流量{为气候适宜失水量，尤=S.PLt，PLi为每旬的可能失水量；根据逐旬的实际降水Pi与其气候适宜降水&之间的差值获得逐旬的降水距平值d和距平指数z di = Pj —= k .Cii5使用rosi指数X值来定量界定干湿等级，PDSI指数X与水分距平值z和持续时i间t之间的函数关系如下= ZVt692i + 37 + 1)t=\ *5干旱预报模型的数学表达式如下Xi = O. 867Xi—i+Zi/42. 792Zi = K. CiiI 24式中:《=7964《/^>0，《'=1812111,+ 及 + 而)/((]5 + 印))+6.173,其中万为Cli绝对值D的多年平均值。需说明的是上述公式中的常数只是针对示范地区的，在其它地区应用时需要重新确定。本专利技术提出的基于分布式水文模拟的干旱预报模型，能从降水、蒸发、径流和土壤水之间的内在变化关系出发，定量描述旱情程度以及模拟干旱发生、发展直至结束的全过程，该模型能够综合反映水分亏缺量和持续时间因子对干旱程度的影响，能够体现气象和下垫面条件，如降水、气温、土壤、地形、土地利用类型和植被的时空变化对干旱程度的影响，相对于降水距平、干湿、径流距平和土壤墒情等单一评估指标而言，该模型的旱情模拟结果在表现旱情的地区分布特征和随时间的演变态势等方面具有优势；另外，本专利技术提出的旱情评估预报模型，可以结合气象信息对灾情的进一步发展变化进行预报和预测，不仅为建立专业的干旱评估和预报预警系统奠定了数学模型基础，还有利于促进单一的被动抗旱向全面的主动防旱转变。附图说明图1是本专利技术基于分布式水文模拟的旱情评估和预报模型方法原理框图；图2是本专利技术实施例中水文过程模拟的示意图；图3是长江上游代表性的27个地点的示意图；图4是用不同旱情指标表示的2006年9月上旬干旱状况；图5是用本专利技术的rosi指标表示的2006年7_9月期间干旱逐旬发展过程。具体实施例方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。图1所示为本专利技术基于分布式水文模拟的干旱评估和预报模型方法原理框图，具 体实施步骤如下步骤1 :构建基于地理信息系统的流域空间地理信息库，其中包括数字高程DEM、 土壤类型分布图、土地利用分布图、植被叶面积指数LAI分布图、河流水系分布图和大中型 水库工程特性参数等。本专利技术实施例以长江上游为例进行说明，其中数字高程DEM来自中国测绘局 25mX 25m网格的DEM数据；土地利用资料来源于USGS的全球土地利用数据库2. 0版，数据 空间分辨率是1km。土壤分类及其属性资料来源于中科院南京土壤研究所，空间分辨率为 2km，在研究区域共划分了 81种土壤类型；植被叶面积指数LAI表示植被的变化，该指数根 据逐月的NDVI数据(来源于N0AA遥感影像，分辨率为0. 1'弧度)来估算。步骤2 :在流域空间信息库的基础上，采用GIS空间分析工具，构建基于地貌网格 单元的分布式水文模型，以气象数据作为模型的输入条件，应用分布式水文模型对流域水 文过程进行分布式模拟，模拟结果是输出各项水文要素信息。具体的，根据所述流域空间信息库中的地理信息生成以山坡单元组成的格网系统 和以河沟水系组成的河网系统，在所述格网系统中，采用分布式水文模型，以气象输入数据 为分布式水文模型的输入条件，以山坡为基本计算单元，计算时间步长为小时，采用距离方 向加权平均法将气象输入数据插值到流域格网系统中的每个计算单元上，进行基本的山坡 水文过程模拟，包括降雨截留、地标融雪、截留蒸发、叶面蒸腾、地表蒸发、土壤水分运行、 坡面汇流和潜水出流等(见图2)，其中所述气象输入数据包括每日的降水、气温、日照时 间、风速和相对湿度等。格网系统中各山坡单元产流后，将汇入到河网系统中。在河网系统 中采用一维运动波方程来计算河道的汇流过程，从而得到各个子流域和全流域出口处的流 量。分布式水文模型输出的各项水文要素信息，包本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于分布式水文模拟的旱情评估和预报模型方法，其特征在于：包括步骤1：构建基于地理信息系统的流域空间地理信息库，其中包括数字高程DEM、土壤类型分布图、土地利用分布图、植被叶面积指数LAI分布图、河流水系分布图和大中型水库工程特性参数；步骤2：在流域空间信息库的基础上，采用GIS空间分析工具，构建基于地貌网格单元的分布式水文模型，以气象数据作为模型的输入条件，应用分布式水文模型对流域水文过程进行分布式模拟，模拟结果是输出各项水文要素信息；步骤3：依据分布式水文模拟获得的各项气象水文要素之间内在关系，在水量平衡计算的基础上，构建干旱预报模型，并采用PDSI指标作为旱情的综合衡量指标，其步骤具体包括：使用分布式水文模拟获得的各项气象水文要素计算各旬气候水文常数，所述气候水文常数包括蒸散常数α、补水常数β、径流常数γ、失水常数δ、气候特征常数k*；依据所述各旬气候水文常数，采用下式计算出逐旬的气候适宜降水量：式中：i为旬数；为气候适宜蒸发量，PEi为每旬的可能蒸发量；为气候适宜补水量，PRi为每旬的可能补水量；为气候适宜径流量，PROi为每旬的可能径流量；为气候适宜失水量，PLi为每旬的可能失水量；根据逐旬的实际降水Pi与其气候适宜降水之间的差值获得逐旬的降水距平值d和距平指数z：使用PDSI指数x值来定量界定干湿等级，PDSI指数x与水分距平值z和持续时间t之间的函数关系如下：xi=Σt=1izt/(5.692t+37.1);干旱预报模型的数学表达式如下：xi＝0.867xi?1+zi/42.792zi＝K.di式中：K=796.4K′/Σ124(DK′),K′=1.812ln((PE‾+R‾+RO‾)/((P‾+L‾)D‾))+6.173,其中为di绝对值D的多年平均值。FDA0000083968780000011.tif,FDA0000083968780000012.tif,FDA0000083968780000013.tif,FDA0000083968780000014.tif,FDA0000083968780000015.tif,FDA0000083968780000016.tif,FDA0000083968780000017.tif,FDA0000083968780000018.tif,FDA0000083968780000019.tif,FDA0000083968780000021.tif,FDA0000083968780000022.tif,FDA0000083968780000026.tif...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许继军，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：
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