基于流域分布式水文模拟的湖泊干旱特征水位计算及应用

为合理利用干旱期湖泊水资源，增强湖泊流域抗旱能力，从湖泊供水功能和生态需水的角度，系统分析湖泊干旱成因，解析湖泊干旱特征水位的概念。采用频率分析和轮次分析法，根据湖泊供水功能设计保证率、湖泊供水功能允许缺水量和缺水历时的要求，计算湖泊干旱特征水位指标。采用基于常规统计方法和多重分形分析法随机模拟流域降雨，驱动基于DEM的地表、地下水联合模拟的湖泊流域分布式水文模型，将流域下垫面条件设置为现状或规划水平年状况，获得具有一致性的湖泊来水过程，结合现状或规划水平年的用水过程，计算湖泊的逐时段水位过程，消除因受人类活动影响程度不同，不同时期观测的湖泊水位的不一致性。把上述模型应用于具有多种供水功能的典型湖泊的干旱特征水位计算中，为湖泊干旱期水资源需水管理提供重要依据。本项研究有助于促进水文水资源科学与湖泊科学、统计科学及智能科学的交叉与融合，有助于湖泊特征水位体系的完善。

本项目调研了湖泊和长江、黄河、淮河等江河干旱特征水位的现行确定方法和所依据的数据。归纳了湖泊干旱特征水位确定中的关键点为湖泊水位（或流量）数据的一致性修正和干旱特征水位所对应的干旱标准的确定。（1）湖泊水位（或流量）的一致性修正：针对湖泊流域一般具有“多河入流、多区间入流、多出流”的特点，现有水文模型能较好地处理具有单一出口断面的河流流域，不能方便地应用于湖泊流域的问题，开发了基于栅格DEM的湖泊流域边界提取及流向确定模型；将流域下垫面条件设置为现状或规划水平年状况，通过降水驱动基于DEM的地表、地下水联合模拟的湖泊流域分布式水文模型，可获得具有一致性的湖泊来水过程；结合现状或规划水平年的用水过程，计算湖泊的逐时段水位过程，消除了不同时期人类活动的不同影响，使不同时期的湖泊水位具有一致性。（2）干旱特征水位所对应的干旱标准的确定：基于游程理论和各种干旱指标，识别了干旱事件，提取了干旱特征变量，利用Copula函数计算了干旱事件的频率，进而判别了干旱事件的重现期，为确定湖泊干旱特征水位所依据的干旱标准（重现期）提供数据支持。本项目共发表学术论文25篇，其中SCI检索论文3篇、EI检索论文5篇；出版专著1部；授权发明专利2项，授权实用新型专利1项；受理发明专利和实用新型专利各1项；开发软件著作权1项；协办全国学术会议2次；协助培养硕士研究生7人。本项目开发的基于栅格DEM的湖泊流域边界提取及流向确定模型已在安徽省的巢湖和云南省的程海、邛海等湖泊流域的基于径流模拟的湖泊营养物参照状态推断中取得应用；构建的干旱过程识别及干旱事件重现期计算模型分别以气象、水文和综合水文干旱指数为指标，应用于云南昆明、湖南邵阳等地的典型干旱过程的识别和重现期判别中。