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《农业、生态水安全及寒区水科学——第八届中国水论坛摘要集》2010年
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渭河流域干旱特性分析

宋松柏  张雨  
【摘要】:干旱是当今人类面临的重大的环境和气候问题之一。本研究在吸收多变量水文频率计算理论的基础上,选取渭河流域90个气象站的月降水资料,应用20种二维、4种三维Archimedean Copulas函数构建了干旱特征变量的联合分布,分析了该流域的干旱发生规律,以期为渭河水资源合理配置,水利工程规划、设计和管理以及抗旱减灾提供指导。主要取得如下结论。(1)通过边缘分布模型的优选和Kolmogorov-Smimov(K-S)检验,渭河流域干旱特征变量的边缘分布类型分别为:干旱历时以服从指数分布,干旱烈度服从Gamma分布,烈度峰值服从广义Pareto分布为主。(2)通过相关性度量分析,渭河流域各站的干旱烈度和烈度峰值以及干旱历时和干旱烈度之间存在着较高的相关性;干旱历时和烈度峰值之间的相关性较低。(3)分别采用极大似然法和适线法对20种二维Archimedean Copulas函数和4种三维Archimedean Copulas函数进行了参数估计,并以RMSE、AIC和Bias为拟合优度评价指标,结果表明:适线法的参数估计效果优于极大似然法。(4)优选了出对渭河流域适用的Archimedean Copula函数。对于干旱历时和干旱烈度的联合分布,Gumbel Copula函数在铜川、渭南、西安、咸阳等地区的的拟合效果最优,Frank Copula函数在宝鸡地区的拟合效果最优,对于整个渭河流域90个气象站而言,Gumbel Copula函数的适用性最好,拟合效果最优。对于干旱历时和烈度峰值的联合分布,Nelsen No 20 Copula函数在整个渭河流域的拟合效果最好,拟合效果次之的依次是Nelsen 13 Copula和FrankCopula函数。对于干旱烈度和烈度峰值的联合分布,Nelsen No 20 Copula函数对宝鸡和咸阳地区的拟合程度最优,但是,对于整个渭河流域而言,Clayton Copula函数的拟合效果最优。对于干旱历时、干旱烈度和烈度峰值之间的三维联合分布,Clayton Copula函数的拟合效果最优。(5)通过优选出的Archimedean Copula函数分别建立了相应的干旱变量的联合分布模型,计算了二维情况和三维情况下的联合概率、联合重现期、同现重现期以及条件重现期,并绘制了相应的图形,从图上可查出不同组合条件下的概率和重现期。(6)对于二维分布情况,相同条件下的同现重现期大于联合重现期:对于三维分布情况,各干旱变量相同取值下的同现重现期大于联合重现期,给定某一干旱变量大于等于某确定值时的其它两个干旱变量的条件联合重现期大于给定这一干旱变量小于等于相同的确定值时的其它两个干旱变量的条件联合重现期。(7)以多年月平均降水量为截取水平,绘制了渭河流域干旱变量条件概率,显示了典型组合条件下概率的空间分布规律。条件概率P(S≥100/D≥3),P(M≥50/D≥3)的总体空间分布特征为由东南向西北递增;条件概率P(S≥100/M≥50)的空间分布特征为以渭河支流泾河上游的合水、庆阳、西峰、镇原,以及甘肃的华亭、庄浪、张家川和宁县的泾源等地区为中心,条件发生概率向四周呈递增趋势,其中西北地区的增长趋势比东南地区的增长趋势明显。

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