關(guān)明皓（遼寧省沈陽(yáng)水文局，遼寧沈陽(yáng)110046）

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基于水文模型的土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)構(gòu)建及運(yùn)用研究

關(guān)明皓
（遼寧省沈陽(yáng)水文局，遼寧沈陽(yáng)110046）

本文構(gòu)建基于水文模型的土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)，以遼中地區(qū)大洋河流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，運(yùn)用該干旱指數(shù)對(duì)大洋河1954～2014年干旱進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：1954～2014年大洋河流域發(fā)生重大干旱的頻率較低，頻率為1.2%；流域易發(fā)生中等程度干旱，頻率為29.5%；流域在冬季發(fā)生干旱的頻率最高，為57.3%；夏季發(fā)生干旱頻率較低，為41.3%。研究成果可以為大洋河流域干旱預(yù)測(cè)預(yù)警提供重要的參考價(jià)值。

水文模型；土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)；干旱評(píng)價(jià)；大洋河流域

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.013

1 引言

干旱指數(shù)是定量評(píng)價(jià)區(qū)域干旱程度的重要指標(biāo)，土壤濕度是反映區(qū)域干旱程度的特征屬性。當(dāng)前，區(qū)域的干旱程度大都通過(guò)土壤水分測(cè)定，但是區(qū)域土壤墑情站點(diǎn)不能完全體現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的干旱情況，特別是不能實(shí)現(xiàn)區(qū)域干旱逐日的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。土壤濕潤(rùn)度干旱指數(shù)可結(jié)合區(qū)域土壤含水量對(duì)區(qū)域干旱進(jìn)行評(píng)價(jià)，在國(guó)內(nèi)被許多學(xué)者用于干旱評(píng)價(jià)，并取得一定的研究成果。馮建設(shè)結(jié)合山東省114個(gè)測(cè)墑?wù)緦?shí)測(cè)土壤濕度數(shù)據(jù)，構(gòu)建土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)，對(duì)山東省多個(gè)地區(qū)的干旱進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。董亞龍結(jié)合三種干旱指數(shù)對(duì)陜西區(qū)域干旱進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究結(jié)果表明土壤濕潤(rùn)度干旱指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果好于其他兩種干旱指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果。王明田采用土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)對(duì)我國(guó)西南地區(qū)的干旱進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果表明土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)對(duì)西南地區(qū)的干旱評(píng)價(jià)結(jié)果和實(shí)際干旱情況吻合度較高。王春林采用基于模擬的動(dòng)態(tài)土壤水分值，構(gòu)建逐日的土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)，并和其他三種干旱指數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，研究結(jié)果表明基于土壤水分動(dòng)態(tài)模擬的土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)適合于廣東地區(qū)的干旱監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。綜上結(jié)果表明，基于土壤濕潤(rùn)度的干旱指數(shù)，可較好的實(shí)現(xiàn)區(qū)域干旱評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)，和區(qū)域的實(shí)際干旱情況較為吻合，適合于區(qū)域的干旱評(píng)價(jià)。但當(dāng)前大多數(shù)土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)都是基于實(shí)測(cè)土壤墑情數(shù)據(jù)，而區(qū)域土壤墑情站較少，很難覆蓋整個(gè)區(qū)域，不能整體顯現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的干旱情況。王春林的研究結(jié)果表明基于土壤水分動(dòng)態(tài)模擬的土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)可較好的實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的干旱監(jiān)測(cè)。為此，本文基于水文模型動(dòng)態(tài)模擬整個(gè)區(qū)域的土壤水分，基于模擬的土壤含水量構(gòu)建相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)，以大洋河流域?yàn)檠芯繉?shí)例，對(duì)大洋河流域的干旱進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究成果對(duì)于遼寧其他區(qū)域的干旱評(píng)價(jià)和區(qū)域干旱監(jiān)測(cè)提供參考價(jià)值。

2 研究方法

土壤相對(duì)濕度是指土壤含水量與田間持水量的百分比，或相對(duì)于飽和水量的百分比等相對(duì)含水量表示。土壤相對(duì)濕度干旱指數(shù)是反映土壤含水量的指標(biāo)之一，適合于某時(shí)刻土壤水分盈虧的監(jiān)測(cè)。土壤相對(duì)濕度干旱指數(shù)的計(jì)算主要基于土壤含水量，而水文模型可模擬預(yù)測(cè)區(qū)域土壤含水量。因此本文中采用水文模型來(lái)預(yù)測(cè)區(qū)域土壤含水量，基于水文模型模擬的土壤含水量，作為土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱土壤含水因子的輸入，從而構(gòu)建基于水文模型的土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)，土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)計(jì)算公式為：

式中：R—土壤相對(duì)濕度（%）；w—土壤重量含水率（%）；fc—土壤田間持水量（%）。

其中土壤重量含水率和土壤田間持水量均通過(guò)水文模型模擬預(yù)測(cè)，土壤相對(duì)濕度干旱指數(shù)劃分干旱等級(jí)如表1，由于不同性質(zhì)的土壤相對(duì)濕度存在一定差異，使用者可根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥佬再|(zhì)，對(duì)等級(jí)劃分范圍做出適當(dāng)調(diào)整。

表1 土壤相對(duì)濕度干旱等級(jí)劃分表

3 實(shí)例分析

3.1 研究區(qū)域概況

大洋河主要位于遼寧省的東部區(qū)域，流域水系較為發(fā)達(dá)，其發(fā)源于遼寧鞍山岫巖縣，為岫巖縣境內(nèi)最大河流。大洋河全長(zhǎng)為230.2km，流域集水面積為1068.4km2，流域多年平均降水量為800～1000mm，區(qū)域氣候?qū)儆谥袦貛Ъ撅L(fēng)氣候，區(qū)域多年平均氣溫為7.9℃。近些年來(lái)，受全球氣候變暖影響，岫巖縣出現(xiàn)干旱年份較多。為此，需要對(duì)岫巖區(qū)域干旱進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

3.2 年尺度干旱評(píng)價(jià)

本文運(yùn)用新安江模型動(dòng)態(tài)模擬流域土壤含水量，基于前述土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)計(jì)算方程，計(jì)算了大洋河流域1954～2014年干旱指數(shù)，見(jiàn)圖1。結(jié)合土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)劃分等級(jí)，統(tǒng)計(jì)分析了大洋河流域1954～2014年不同干旱程度發(fā)生頻率，結(jié)果見(jiàn)表2。

圖1 大洋河流域1954～2012年干旱指數(shù)

表2 大洋河流域1954～2012年干旱頻率統(tǒng)計(jì)

圖1為運(yùn)用土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)計(jì)算的大洋河流域1954～2014年干旱指數(shù)，結(jié)合土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱程度劃分等級(jí)可以看出，大洋河流域主要在1959、1976、1977、1983年以及2013發(fā)生嚴(yán)重干旱事件。其中在1983年區(qū)域發(fā)生極端干旱事件，經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)地區(qū)域調(diào)查走訪和史志資料分析，運(yùn)用土壤濕潤(rùn)度干旱指數(shù)評(píng)價(jià)的區(qū)域干旱情況和大洋河流域?qū)嶋H干旱情況吻合度較高。表2為統(tǒng)計(jì)不同干旱等級(jí)在大洋河流域發(fā)生的頻率，從統(tǒng)計(jì)頻率分析的結(jié)果可以看出，大洋河在1954～2012年發(fā)生干旱的頻率為57.7%，區(qū)域發(fā)生干旱的頻率較高。其中發(fā)生中等干旱的年份較多，發(fā)生中等干旱的頻率為29.5%；其次為發(fā)生輕微干旱的年份也較多，頻率為22.5%；發(fā)生極端干旱的年份較少，頻率為1.2%。

3.3 季尺度干旱評(píng)價(jià)

考慮到季節(jié)性干旱給農(nóng)作物需水和種植帶來(lái)的影響，本文結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)對(duì)大洋河流域的季節(jié)尺度的干旱情況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 大洋河流域季干旱月數(shù)頻率統(tǒng)計(jì)

表3為采用基于水文模型的土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)統(tǒng)計(jì)大洋河流域四個(gè)季節(jié)發(fā)生不同等級(jí)干旱的頻率。從表3中可以看出，大洋河流域在冬季發(fā)生干旱的季節(jié)較多，發(fā)生干旱的頻率為57.3%，在夏季發(fā)生干旱的頻率低于其他三個(gè)季節(jié)，頻率為41.3%。這主要是因?yàn)榇笱蠛恿饔蛟诙竞渖儆?，使得大洋河流域在冬季比較易發(fā)生干旱，且在冬季發(fā)生極端干旱的頻率也遠(yuǎn)高于其他三個(gè)季節(jié)。而大洋河流域降水主要集中在夏季，降水量較多，使得大洋河流域在夏季發(fā)生干旱的頻率較低。但是在夏季發(fā)生嚴(yán)重干旱的頻率較多，這是因?yàn)橛袀€(gè)別年份在夏季降水偏少，而在夏季蒸

發(fā)量較大，使得出現(xiàn)嚴(yán)重干旱的頻率較高。從表3中還可以看出，在秋季發(fā)生中干旱程度的頻率要高于其他三個(gè)季節(jié)，因此在秋季農(nóng)作物種植時(shí)，應(yīng)該提前做好抗旱準(zhǔn)備。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于水文模型構(gòu)建土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)，并以大洋河流域?yàn)榱?，定量評(píng)價(jià)了大洋河流域年尺度干旱和季節(jié)尺度干旱情況，研究取得以下結(jié)論：

（1）構(gòu)建的基于水文模型的土壤相對(duì)濕潤(rùn)度干旱指數(shù)，在大洋河流域干旱評(píng)價(jià)具有較好的適用性，干旱評(píng)價(jià)結(jié)果和區(qū)域?qū)嶋H干旱情況吻合度較高。

（2）大洋河流域較易發(fā)生中等程度干旱情況，在冬季出現(xiàn)干旱頻率較高。

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S423

A

1672-2469（2016）01-0037-02

2015-08-20

關(guān)明皓（1978年—），男，工程師。