基于水文模型的土壤相對濕潤度干旱指數(shù)構建及運用研究

關明皓（遼寧省沈陽水文局，遼寧沈陽110046）

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基于水文模型的土壤相對濕潤度干旱指數(shù)構建及運用研究

關明皓
（遼寧省沈陽水文局，遼寧沈陽110046）

本文構建基于水文模型的土壤相對濕潤度干旱指數(shù)，以遼中地區(qū)大洋河流域為研究區(qū)域，運用該干旱指數(shù)對大洋河1954～2014年干旱進行評價。研究結果表明：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測預警提供重要的參考價值。

水文模型；土壤相對濕潤度干旱指數(shù)；干旱評價；大洋河流域

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.013

1 引言

干旱指數(shù)是定量評價區(qū)域干旱程度的重要指標，土壤濕度是反映區(qū)域干旱程度的特征屬性。當前，區(qū)域的干旱程度大都通過土壤水分測定，但是區(qū)域土壤墑情站點不能完全體現(xiàn)整個區(qū)域的干旱情況，特別是不能實現(xiàn)區(qū)域干旱逐日的動態(tài)監(jiān)測。土壤濕潤度干旱指數(shù)可結合區(qū)域土壤含水量對區(qū)域干旱進行評價，在國內被許多學者用于干旱評價，并取得一定的研究成果。馮建設結合山東省114個測墑站實測土壤濕度數(shù)據(jù)，構建土壤相對濕潤度干旱指數(shù)，對山東省多個地區(qū)的干旱進行評價分析。董亞龍結合三種干旱指數(shù)對陜西區(qū)域干旱進行評價，研究結果表明土壤濕潤度干旱指數(shù)評價結果好于其他兩種干旱指數(shù)評價結果。王明田采用土壤相對濕潤度干旱指數(shù)對我國西南地區(qū)的干旱進行定量評價，評價結果表明土壤相對濕潤度干旱指數(shù)對西南地區(qū)的干旱評價結果和實際干旱情況吻合度較高。王春林采用基于模擬的動態(tài)土壤水分值，構建逐日的土壤相對濕潤度干旱指數(shù)，并和其他三種干旱指數(shù)進行對比分析，研究結果表明基于土壤水分動態(tài)模擬的土壤相對濕潤度干旱指數(shù)適合于廣東地區(qū)的干旱監(jiān)測和評價。綜上結果表明，基于土壤濕潤度的干旱指數(shù)，可較好的實現(xiàn)區(qū)域干旱評價和監(jiān)測，和區(qū)域的實際干旱情況較為吻合，適合于區(qū)域的干旱評價。但當前大多數(shù)土壤相對濕潤度干旱指數(shù)都是基于實測土壤墑情數(shù)據(jù)，而區(qū)域土壤墑情站較少，很難覆蓋整個區(qū)域，不能整體顯現(xiàn)整個區(qū)域的干旱情況。王春林的研究結果表明基于土壤水分動態(tài)模擬的土壤相對濕潤度干旱指數(shù)可較好的實現(xiàn)整個區(qū)域的干旱監(jiān)測。為此，本文基于水文模型動態(tài)模擬整個區(qū)域的土壤水分，基于模擬的土壤含水量構建相對濕潤度干旱指數(shù)，以大洋河流域為研究實例，對大洋河流域的干旱進行評價。研究成果對于遼寧其他區(qū)域的干旱評價和區(qū)域干旱監(jiān)測提供參考價值。

2 研究方法

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

式中：R—土壤相對濕度（%）；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水文模型模擬預測，土壤相對濕度干旱指數(shù)劃分干旱等級如表1，由于不同性質的土壤相對濕度存在一定差異，使用者可根據(jù)當?shù)赝寥佬再|，對等級劃分范圍做出適當調整。

表1 土壤相對濕度干旱等級劃分表

3 實例分析

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，其發(fā)源于遼寧鞍山岫巖縣，為岫巖縣境內最大河流。大洋河全長為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)域氣候屬于中溫帶季風氣候，區(qū)域多年平均氣溫為7.9℃。近些年來，受全球氣候變暖影響，岫巖縣出現(xiàn)干旱年份較多。為此，需要對岫巖區(qū)域干旱進行評價分析。

3.2 年尺度干旱評價

本文運用新安江模型動態(tài)模擬流域土壤含水量，基于前述土壤相對濕潤度干旱指數(shù)計算方程，計算了大洋河流域1954～2014年干旱指數(shù)，見圖1。結合土壤相對濕潤度干旱指數(shù)劃分等級，統(tǒng)計分析了大洋河流域1954～2014年不同干旱程度發(fā)生頻率，結果見表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

圖1為運用土壤相對濕潤度干旱指數(shù)計算的大洋河流域1954～2014年干旱指數(shù)，結合土壤相對濕潤度干旱程度劃分等級可以看出，大洋河流域主要在1959、1976、1977、1983年以及2013發(fā)生嚴重干旱事件。其中在1983年區(qū)域發(fā)生極端干旱事件，經(jīng)過對實地區(qū)域調查走訪和史志資料分析，運用土壤濕潤度干旱指數(shù)評價的區(qū)域干旱情況和大洋河流域實際干旱情況吻合度較高。表2為統(tǒng)計不同干旱等級在大洋河流域發(fā)生的頻率，從統(tǒng)計頻率分析的結果可以看出，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 季尺度干旱評價

考慮到季節(jié)性干旱給農(nóng)作物需水和種植帶來的影響，本文結合標準化干旱指數(shù)對大洋河流域的季節(jié)尺度的干旱情況進行了評價，評價結果見表3。

表3 大洋河流域季干旱月數(shù)頻率統(tǒng)計

表3為采用基于水文模型的土壤相對濕潤度干旱指數(shù)統(tǒng)計大洋河流域四個季節(jié)發(fā)生不同等級干旱的頻率。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季節(jié)，頻率為41.3%。這主要是因為大洋河流域在冬季寒冷少雨，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高于其他三個季節(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)生嚴重干旱的頻率較多，這是因為有個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季節(jié)，因此在秋季農(nóng)作物種植時，應該提前做好抗旱準備。

4 結語

本文基于水文模型構建土壤相對濕潤度干旱指數(shù)，并以大洋河流域為列，定量評價了大洋河流域年尺度干旱和季節(jié)尺度干旱情況，研究取得以下結論：

（1）構建的基于水文模型的土壤相對濕潤度干旱指數(shù)，在大洋河流域干旱評價具有較好的適用性，干旱評價結果和區(qū)域實際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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A

1672-2469（2016）01-0037-02

2015-08-20

關明皓（1978年—），男，工程師。