宮興龍，付　強(qiáng)，王　斌，關(guān)英紅，邢貞相，李　衡

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

0　引　言

中國(guó)由于所處地理位置、氣象因素和全球氣候的變化導(dǎo)致災(zāi)害頻繁發(fā)生，近年來(lái)幾乎全國(guó)所有省份都發(fā)生過(guò)干旱，尤其是半干旱區(qū)災(zāi)害損失嚴(yán)重且有增加的趨勢(shì)[1-4]。這除與氣候變化導(dǎo)致的降雨空間分布異常原因外，也與對(duì)干旱發(fā)展趨勢(shì)、預(yù)報(bào)和預(yù)警原理、模型構(gòu)建和技術(shù)工作跟不上等原因有關(guān)。主要表現(xiàn)有兩點(diǎn)不足：一是對(duì)大區(qū)域的水-土-植物系統(tǒng)的水流運(yùn)動(dòng)過(guò)程描述不近完善；二是在干旱評(píng)估模型和預(yù)報(bào)技術(shù)上還不成熟，只能依賴(lài)于氣象預(yù)報(bào)，還沒(méi)有建立專(zhuān)業(yè)的干旱預(yù)報(bào)和災(zāi)情預(yù)警體系。近年來(lái)學(xué)者探索利用水文模型描述水-土-植物系統(tǒng)的水流運(yùn)動(dòng)過(guò)程和帕默爾干旱指數(shù)聯(lián)合建立干旱評(píng)估模型，張寶慶等[5]利用可變下滲容量模型；李析男等[6]利用土地利用/覆被變化的流域水文模型；許繼軍等[7]利用分布式水文模型；徐靜等[8]采用雙源蒸散發(fā)能力估算模型等模型；Zhang等[9-10]將帕默爾干旱指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)進(jìn)行了結(jié)合，建立基于水文循環(huán)物理過(guò)程的多時(shí)間尺度標(biāo)準(zhǔn)化水分距平指數(shù)。帕默爾干旱指數(shù)在美國(guó)廣泛應(yīng)用于天氣-作物預(yù)報(bào)中[11]。安順清等[12]對(duì)帕默爾干旱指數(shù)進(jìn)行了修正據(jù)此提供干旱預(yù)報(bào)和氣候影響評(píng)價(jià)。為了使帕默爾干旱指標(biāo)能更好更客觀地評(píng)價(jià)干旱的發(fā)生程度，學(xué)者進(jìn)行了大量的研究如楊揚(yáng)等[13]在修正的帕默爾干旱指數(shù)月模式的基礎(chǔ)上研制了帕默爾干旱指數(shù)日模型。劉招等[14]根據(jù)水文氣象資料探索涇惠渠灌區(qū)的帕默爾干旱模式。李曉輝等[15]引入馬利科夫判據(jù)與帕默爾指數(shù)結(jié)合的方法分析干旱特征。劉巍巍等[16]選用了FAO推薦的彭曼-蒙蒂斯公式計(jì)算蒸發(fā)修正了帕默爾干旱模式。

總之學(xué)者探索聯(lián)合水文模型和帕默爾干旱指數(shù)建立干旱評(píng)估模型做了大量工作，但目前構(gòu)建的水文模型和干旱評(píng)估模型較少且普遍存在物理基礎(chǔ)不強(qiáng)、通用性較差，難于準(zhǔn)確地反映半干旱區(qū)的降雨和下墊面地形地貌時(shí)空變化對(duì)水文過(guò)程影響，更難于描述干旱的時(shí)空變化。為了解決這些問(wèn)題本文結(jié)合半干旱區(qū)旱情發(fā)展形勢(shì)的需要從水文循環(huán)過(guò)程的角度，聯(lián)合機(jī)理性的分布式水文模型LBMGTOPMODEL和PDSI構(gòu)建干旱評(píng)估模型。

1　LBMGTOPMODEL的結(jié)構(gòu)及原理

LBMGTOPMODEL依據(jù)水文模型藍(lán)圖模型思想改進(jìn)TOPMODEL而開(kāi)發(fā)的模型。在模型開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用先進(jìn)的模塊化設(shè)計(jì)思路，水循環(huán)的每一個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)一個(gè)子模塊，將水文過(guò)程分解為二維面降雨量模塊、一維蒸散發(fā)模塊、一維非飽和帶水分垂向運(yùn)移模塊、二維坡面匯流模塊、一維河流/渠道模塊、二維飽和壤中流/地下水模塊。在構(gòu)建過(guò)程采用LBM法二維九點(diǎn)速度模型建立坡面匯流過(guò)程的程序模塊、采用LBM法五速度模型建立河道匯流過(guò)程的程序模塊、運(yùn)用LBM法五速度模型求解非飽和區(qū) Richards運(yùn)動(dòng)過(guò)程、運(yùn)用達(dá)西定律建立飽和區(qū)土壤水運(yùn)動(dòng)程序模塊，進(jìn)而按照松散耦合方式構(gòu)建基于LBM柵格（grid）型的分布式TOPMODEL，即LBMGTOPMODEL[17-19]。

1.1　坡面匯流

坡面水匯流可用運(yùn)動(dòng)波方程來(lái)描述[20-22]：

式中 h為水深，m； u,v分別為沿x和y方向的速度，m/s；g為重力加速度，m/s2；t為時(shí)間，s。

采用二維九速度模型推導(dǎo)出式（1）所對(duì)應(yīng)的平衡態(tài)分布函數(shù) feq[23-25]：

1.2　河道匯流

河道水流運(yùn)動(dòng)采用線性擴(kuò)散波方程[20]：

式中kc為波速，m/s；kD 為擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；Q為河道流量，m3/s。

對(duì)上式（3）采用五速模型可得平衡態(tài)分布函數(shù)：

1.3　非飽和土壤水運(yùn)移模擬

式中fD 為擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；T為導(dǎo)水率，m/s，θ為土壤含水率，m3?m-3；z為土壤深度，m。

采用三速模型時(shí)，可推得采用式（5）的平衡態(tài)分布函數(shù)為：

2　干旱評(píng)估預(yù)報(bào)模型建立

按照PDSI評(píng)估干旱思路，利用LBMGTOPMODEL模擬獲得的水文要素，構(gòu)建了基于網(wǎng)格單元的LBMGTOPMODEL-PDSI干旱模型。

2.1　水量平衡各分量計(jì)算

從水循環(huán)角度，Palmer在計(jì)算干旱采用簡(jiǎn)單水量平衡或簡(jiǎn)化的概念性集總式水文模型，這類(lèi)方法難于求出水文變量的空間分布情況，更難于求水文常數(shù)的空間分布特征。本文利用LBMGTOPMODEL計(jì)算出降雨量P、蒸發(fā)量ET、根系區(qū)缺水量srz、非飽和帶缺水量sbar、土壤含水量θ、地面徑流和地下徑流等水文量，進(jìn)而計(jì)算出氣候水文常數(shù)，之后計(jì)算出干旱指數(shù)。

2.2　氣候水文常數(shù)計(jì)算

在計(jì)算出每一個(gè)網(wǎng)格的水文變量，按照式（7）計(jì)算出t日網(wǎng)格gi的補(bǔ)水量R、可能補(bǔ)水量PR、可能徑流量PRO、失水量L和可能失水量PL：

式中Pmax,Emax分別為日最大降雨量和蒸發(fā)量，mm；θgi為gi網(wǎng)格的田間持水量，mm。

由式（7）計(jì)算的變量代入式（8）得網(wǎng)格gi的氣象水文常數(shù)α（蒸散）、β（補(bǔ)水）、γ（徑流）、δ（失水）、K*（氣候特征）：

式中ET、PE、R、PR、RO、PRO、L和PL分別為網(wǎng)格gi多年日平均的可能的蒸散發(fā)、降雨、補(bǔ)水量、可能補(bǔ)水量、實(shí)際徑流量、可能徑流量、實(shí)際失水量和可能失水量，mm。

2.3　氣候適宜降水量計(jì)算

網(wǎng)格gi的氣候適宜降水量采用式（9）獲得：

2.4　PDSI干旱指數(shù)計(jì)算

根據(jù)實(shí)測(cè)降雨與氣候適宜降水量之差（d），利用干旱指數(shù)x與水分距平值z(mì)和持續(xù)時(shí)間t之間的函數(shù)關(guān)系，借鑒許繼軍等[7]干旱評(píng)估公式，得:

式(10)即為 LBMGTOPMODEL-PDSI干旱評(píng)估方法的數(shù)學(xué)表達(dá)式，干旱等級(jí)劃分[7,26-27]見(jiàn)表1。

表1　PDSI干旱等級(jí)劃分Table 1　PDSI classification of dry and wet grades

該方法是基于 LBMGTOPMODEL模擬的水文循環(huán)數(shù)據(jù)，因此首先可利用已有的水文氣象等數(shù)據(jù)對(duì)歷史干濕事件進(jìn)行描述再現(xiàn)，其次可計(jì)算實(shí)時(shí)干旱事件，推演干旱事件的發(fā)展情況。

3　實(shí)例應(yīng)用

3.1　洮兒河流域

本研究選取的典型半干旱區(qū)實(shí)例為洮兒河察爾森水庫(kù)站以上的匯水區(qū)域?yàn)檠芯苛饔?，其DEM見(jiàn)圖1。洮兒河是嫩江右岸最大的一個(gè)支流，發(fā)源于內(nèi)蒙古境內(nèi)大興安嶺東南麓高岳山阿爾山市白狼鎮(zhèn)九道溝。年降雨量為350～400 mm，年內(nèi)降水分布不均勻，主要降雨發(fā)生在6—10月。該地區(qū)種植的農(nóng)作物從播種到收獲均在5～10月期間。因此本文在計(jì)算洮兒河水文常數(shù)、評(píng)估干旱和預(yù)警洪澇時(shí)研究時(shí)段選在5—10月間。

圖1　DEM圖Fig.1　DEM scheme

3.2　模型參數(shù)選取及驗(yàn)證

選用1964―1989年洮兒河察爾森站流域內(nèi)的降雨、蒸發(fā)和流量等水文氣象資料對(duì)LBMGTOPMODEL模型進(jìn)行了率定。將雨量空間分布由五岔溝、索倫、民主、察爾森等11個(gè)雨量站采用距離倒數(shù)求得。水面蒸發(fā)量取庫(kù)倫和察爾森2個(gè)站的均值。流量站選取察爾森站資料。依據(jù)參數(shù)的物理意義，按照模擬結(jié)果最優(yōu)目標(biāo)得參數(shù)：非飽和帶擴(kuò)散系數(shù)0.8 m2/min，下滲參數(shù)0.013 m，飽和導(dǎo)水率自然對(duì)數(shù)1.44，根系區(qū)最大蓄水0.067 m，河道擴(kuò)散系數(shù)4.34 m2·min，波速2.36 m/s。采用次洪資料進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果見(jiàn)表2。參加驗(yàn)證的10場(chǎng)次洪的徑流相對(duì)誤差的絕對(duì)值為0.99%～11.48%，平均值為4.45%；洪峰流量相對(duì)誤差的絕對(duì)值為2.51%～12.78%，平均值為5.00%。洪水過(guò)程線的確定性系數(shù)為0.62～0.93，平均值為0.76，因此LBMGTOPMODEL能較好再現(xiàn)洮兒河流域徑流過(guò)程。

3.3　水文常數(shù)計(jì)算及其特征分析

由降雨、蒸發(fā)和徑流等數(shù)據(jù)，根據(jù)分布式水文模型LBMGTOPMODEL模擬的水文要素，計(jì)算出常數(shù)值，進(jìn)而分析常數(shù)空間分布和計(jì)算時(shí)段對(duì)常數(shù)的影響。

3.3.1常數(shù)隨計(jì)算時(shí)段變化特性分析

在研究干旱常數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)不同文章在計(jì)算常數(shù)時(shí)，所取的時(shí)段不同，比如統(tǒng)計(jì)時(shí)段為月的有文獻(xiàn)[5，6，8，10，12-14]，以日的有文獻(xiàn)[11]，以年的有文獻(xiàn)[15]，以旬的有文獻(xiàn)[7]。這就出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：時(shí)段不同計(jì)算的常數(shù)之間是否相等，有什么樣的關(guān)系。由于年時(shí)段與日、旬和月時(shí)間差距太大，并且應(yīng)用較少本文暫不考慮。以α值為例繪制了α值與日的關(guān)系圖見(jiàn)圖2。由圖2得不同月份α均值隨時(shí)間變化曲線可以得出，α值是隨時(shí)間在變化的，但發(fā)現(xiàn)以日、旬和月為時(shí)段計(jì)算的常數(shù)α之間聯(lián)系不明顯。

表2　寶清水文站次洪誤差統(tǒng)計(jì)Table 2　Flood simulation error statistics from Baoqing hydrological station

3.3.2常數(shù)空間分布分析

為了描述常數(shù)的空間分布特征，本文選用多年 7月月均的常數(shù)進(jìn)行說(shuō)明見(jiàn)圖3。圖3給出了常數(shù)α、β、γ、δ和K*的空間分布圖，從圖3中可以看出α、β、γ、δ、K*均呈現(xiàn)出一定的空間分布狀態(tài)，距離河道越遠(yuǎn)的地方常數(shù)越大。為了進(jìn)一步說(shuō)明空間分布特征，繪制出α空間分布概率分布見(jiàn)圖3b。從圖3a和3b可得出洮兒河流域上α呈現(xiàn)概率分布。因此在計(jì)算α?xí)r應(yīng)考慮α的空間分布，不能簡(jiǎn)單的以一個(gè)平均值代替。這種情況對(duì)其他常數(shù)同樣適用，見(jiàn)圖3c-f。

圖2　不同月份的α（蒸散常數(shù)）隨計(jì)算時(shí)段變化曲線Fig.2　Variation of α with time in different month

圖3　洮兒河五種常數(shù)分布圖Fig.3　Five constants distributions of Taoer River

圖4　6月15日降雨空間分布Fig.4　Spatial distribution of precipitation

3.4　帕默爾旱度指數(shù)

為了說(shuō)明利用 LBMGTOPMODEL描述水流運(yùn)動(dòng)過(guò)程的合理性、干旱的形成過(guò)程和計(jì)算的干旱指數(shù)合理性，此部分依照降雨后垂向水流運(yùn)動(dòng)順序根系區(qū)、非飽和帶、地下水和地面徑流等展開(kāi)。

3.4.1降雨空間分布狀況

洮兒河流域降雨量比較少，為了便于分析選定比較干旱年份1972年的5月、6月和7月進(jìn)行分析，此期間降雨發(fā)生天數(shù)為17 d，降雨量大于10 mm的天數(shù)為4 d，分別為6月15日、6月25日、6月27日和7月3日等4 d。6月27日最大降雨為12 mm與6月25日最大降雨量29 mm相比比較小，繪制了6月15日的降雨空間分布見(jiàn)圖4。從圖4可看出6月15日的降雨中心點(diǎn)偏于下游。由圖4可以得出降雨空間分布顯著，等值線清楚。

3.4.2根系區(qū)缺水量空間分布

利用降雨徑流模型模擬可得其根系區(qū)缺水量空間分布見(jiàn)圖5。從圖5可得，距離流域邊緣部分缺水量大而靠近河流缺水量小，這與實(shí)際流域情況接近。從圖5a和圖5c可以得出根系區(qū)缺水量比較小的區(qū)域位于流域下游，缺水量大的區(qū)域位于流域上游，這正好與降雨空間分布相對(duì)應(yīng)。圖5b的缺水量空間分布是中部缺水量小于流域其他部分，這與降雨空間分布正對(duì)應(yīng)。圖5a缺水量范圍為12～17 mm，而圖5b缺水量范圍為4～17 mm，可以發(fā)現(xiàn)缺水量在減小。比較圖5b和5c圖可以發(fā)現(xiàn)在經(jīng)歷了7月3日的降雨后研究區(qū)域缺水量已經(jīng)比較小了，大部分缺水量小于10 mm。由圖5得根系區(qū)缺水量最大值與最小值之差小于圖 4缺水量最大值與最小值之差，說(shuō)明降雨受到蒸發(fā)影響和土壤調(diào)蓄作用空間差異性減弱，使根系區(qū)空間分布趨于均勻。

圖5　根系區(qū)缺水量空間分布Fig.5　Spatial distribution of water shortage in root zone

3.4.3非飽和帶缺水量空間分布

LBMGTOPMODEL模擬降雨滲入土壤的順序是降雨滲入根系區(qū)再流向非飽和帶，計(jì)算得到非飽和帶缺水量如圖6所示。從圖6可得距離河道越遠(yuǎn)處缺水量越大，距離河流越近處缺水量越小，這與實(shí)際流域情況接近。從圖6可以發(fā)現(xiàn)非飽和帶缺水量變化不大。從圖6可以發(fā)現(xiàn)非飽和帶缺水量空間分布基本接近。這些是由于降雨量對(duì)非飽和帶的影響不顯著，或者說(shuō)半干旱區(qū)根系區(qū)缺水量比較大，一般降雨難于滿足。這符合半干旱區(qū)特點(diǎn)，一般降雨對(duì)土壤根系區(qū)影響大，對(duì)非飽和帶影響較小。

圖6　非飽和帶缺水量空間分布Fig.6　Spatial distribution of water shortage in unsaturated zone

3.4.4徑流空間分布

徑流包括地面與地下徑流，在模擬徑流時(shí)發(fā)現(xiàn)地下徑流量變化不大，并且主要集中在河道周?chē)?，與地面徑流相比量比較小，因此給出了地面徑流空間分布見(jiàn)圖7。從圖 7可以得地面徑流主要集中在河道周?chē)?，其他部分徑流量與河道相比比較小。從徑流數(shù)據(jù)分析可得6月15日最大徑流深為77mm，到了6月25增加為128 mm，再7月3日時(shí)已增大到225 mm，因此可以說(shuō)降雨對(duì)地面徑流量產(chǎn)生了顯著影響。

圖7　6月15日地面徑流空間分布Fig.7　Spatial distribution of surface runoff

3.4.5旬帕默爾旱度指數(shù)

聯(lián)合LBMGTOPMODEL和PDSI干旱評(píng)估方法計(jì)算的洮兒河1972年的旬干旱指數(shù)如圖8所示。由5月降雨數(shù)據(jù)分析可知 5月降雨總量小于蒸發(fā)，因此其干旱程度在加深見(jiàn)圖8a。6月份洮兒河開(kāi)始降比較大的降雨，在6月15日（圖4）發(fā)生降雨，降雨中心在流域下游，局部降雨量達(dá)到14 mm。從圖4、圖5可以發(fā)現(xiàn)降雨影響到根系區(qū)缺水量使旱情發(fā)展速度減緩。由圖 6非飽和帶缺水量（對(duì)于飽和情況的缺水量）空間分布、圖 4降雨空間分布和圖 5根系區(qū)缺水量空間分布得非飽和帶缺水量空間分布變化與降雨和根系區(qū)缺水量空間分布變化相關(guān)性差，這是由于降雨對(duì)非飽和帶缺水量影響不明顯，則可得降雨減緩旱情發(fā)展速度有限，這在圖8b得洮兒河還是處于干旱狀態(tài)可以體現(xiàn)。在6月25日時(shí)發(fā)生了一場(chǎng)較大的降雨，發(fā)現(xiàn)根系區(qū)缺水量明顯減少而地面徑流明顯加大，但由于前期干旱和 10d的大量蒸發(fā)，旱情還是在繼續(xù)發(fā)展，這一規(guī)律可以從圖 8的圖例極值和空間分布近似性得以體現(xiàn)：圖 8b圖例極值為?17，而圖 8c極值為?19.8；兩幅圖的干旱情況都是下游干旱程度明顯大于上游。在7月1日?10日之間降雨量比較大，尤其是7月3日降雨量比較大，從圖5-圖7可以發(fā)現(xiàn)旱情明顯緩解，但還是處于干旱。由圖8a和8b可得距離河道越遠(yuǎn)其干旱程度越大，這是由于流域邊緣部分匯集地面和地下徑流少，而河道附近地面和地下徑流的匯水越多。

3.4.6與降水距平指標(biāo)比較分析

從水循環(huán)角度講，干旱起因是降雨偏少，但是受大氣、日照和下墊面綜合影響，因此是一個(gè)綜合水文現(xiàn)象。本文聯(lián)合LBMGTOPMODEL和PDSI構(gòu)建的干旱評(píng)估模型正是從水循環(huán)視角分析干旱，在求得降雨、蒸發(fā)、根系區(qū)缺水量、非飽和帶缺水、地面徑流和地下徑流等基礎(chǔ)上計(jì)算干旱指數(shù)，進(jìn)而評(píng)價(jià)一個(gè)地區(qū)干旱情況，能夠較好地模擬干旱的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程，尤其是能夠體現(xiàn)出前期的降水豐枯和土壤水分盈虧對(duì)后期旱情發(fā)展的影響。至于土壤墑情、水分虧缺量、降水距平和降水蒸發(fā)差等指標(biāo)僅僅是依據(jù)水循環(huán)過(guò)程的某一個(gè)或兩個(gè)量而對(duì)干旱情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。如降水距平指標(biāo)是僅是從降水角度去衡量一個(gè)地區(qū)的旱澇情況，顯然難以反映降水后直至流到流域出口過(guò)程中的其他因素的影響。以1972年6月中下旬為例，利用降雨距平法計(jì)算得 4旬降雨距平，后兩旬見(jiàn)圖9。從圖9可以看出，利用此法計(jì)算的距平百分?jǐn)?shù)具有等雨量線特征，呈現(xiàn)條帶狀，很好地反映了降雨與多年平均降雨空間的差值。與圖9對(duì)比發(fā)現(xiàn)，圖9的空間分布距離河道近處和遠(yuǎn)處位于同一圖例處值相等，這與實(shí)際情況不符。由圖4到圖7描述的水運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以看出降雨經(jīng)過(guò)這些因素的影響后呈現(xiàn)出的干旱情況如圖8所示與圖9差別很大。因此本文構(gòu)建干旱評(píng)估指標(biāo)較好地反映了旱情的發(fā)展變化狀態(tài)。

圖8　特定時(shí)間點(diǎn)旬干旱指數(shù)Fig.8　Drought index at specific time points in a periool of ten days

圖9　不同時(shí)間點(diǎn)降水距平Fig.9　Precipitation anomaly at different time points

4　結(jié)　論

對(duì)半干旱區(qū)春旱不斷，而半干旱區(qū)分布式水文模型和干旱評(píng)估模型較少、計(jì)算干旱指數(shù)時(shí)公式出現(xiàn)一定問(wèn)題和一般計(jì)算干旱的方法不能體現(xiàn)水文常數(shù)空間分布等問(wèn)題，本文聯(lián)合LBMGTOPMODEL和帕默爾干旱指數(shù)評(píng)估方法構(gòu)建半干旱區(qū)干旱評(píng)估模型，在洮兒河實(shí)際應(yīng)用得到如下結(jié)論：

1）利用洮兒河流域 1964–1989年的水文氣象資料對(duì) LBMGTOPMODEL進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明LBMGTOPMODEL可以較好的模擬洮兒河流域的水循環(huán)過(guò)程。

2）發(fā)現(xiàn)常數(shù)α（蒸散），β（補(bǔ)水），γ（徑流），δ（失水）和K*（氣候特征）等均呈現(xiàn)出一定空間分布狀態(tài)，尤其是K*空間分布的差異性最明顯。常數(shù)隨著計(jì)算時(shí)段不同有變化。

3）聯(lián)合LBMGTOPMODEL和帕默爾干旱指數(shù)構(gòu)建的干旱評(píng)估模型從水循環(huán)視角分析干旱，在求得降雨、蒸發(fā)、根系區(qū)缺水量、非飽和帶缺水、地面徑流和地下徑流等量基礎(chǔ)上計(jì)算干旱指數(shù)，進(jìn)而評(píng)價(jià)一個(gè)地區(qū)干旱情況，能夠較好地模擬干旱的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程，尤其是能夠體現(xiàn)出前期的降水豐枯和土壤水分盈虧對(duì)后期旱情發(fā)展的影響。

4）從1972年6月中下旬為例，利用降雨距平值與基于LBMGTOPMODEL-PDSI干旱評(píng)估模型的干旱指數(shù)對(duì)比分析得，本文構(gòu)建的干旱評(píng)估方程綜合了水文循環(huán)過(guò)程多變量，考慮干旱影響因素較全面。

5）提出的干旱評(píng)估模型LBMGTOPMODEL-PDSI，如結(jié)合預(yù)報(bào)信息和方法可對(duì)旱澇災(zāi)情的進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)報(bào)和預(yù)警，再加上救災(zāi)和救助法，不僅能為評(píng)估和預(yù)報(bào)災(zāi)情提供數(shù)學(xué)方法和智力支持，而且可以為抗旱提供救助計(jì)劃，這將“被動(dòng)抗旱”局面扭轉(zhuǎn)為全面的“主動(dòng)防旱”。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 吳普特，趙西寧. 氣候變化對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)用水和糧食生產(chǎn)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(2): 1－6.Wu Pute, Zhao Xining. Impact of climate change on agricultural water use and grain production in China[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(2): 1－6.(in Chinese with English abstract)

[2] 張建云，王國(guó)慶，劉九夫. 氣候變化權(quán)威報(bào)告 IPCC報(bào)告[J]. 中國(guó)水利，2008(2): 37－40.

[3] 顧穎，劉靜楠，林錦. 近60年來(lái)我國(guó)干旱災(zāi)害特點(diǎn)和情勢(shì)分析[J]. 水利水電技術(shù)，2010，41(1): 71－74.Gu Ying, Liu Jingnan, Lin Jin. Analysis on characteristics and situation of drought disasters during past 60 years in China[J]. Water Resources and Hydropower Engineering，2010，41(1): 71－74 (in Chinese with English abstract)

[4] 袁文平，周廣勝. 干旱指標(biāo)的理論分析與研究展望[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展，2004，19(6): 982－991.YuanWenping, Zhou Guangsheng. Theoratical study and research prospect on drought indices[J]. Advances in Earth Science, 2004, 19(6): 982－991. (in Chinese with English abstract)

[5] 張寶慶，吳普特，趙西寧，等. 基于可變下滲容量模型和Palmer干旱指數(shù)的區(qū)域干旱化評(píng)價(jià)研究[J]. 水利學(xué)報(bào)，2012，43(8): 926－933.Zhang Baoqing, Wu Pute, Zhao Xining, et al. Study on regional drought assessment based on variable infiltration capacity model and palmer drought severity index[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2012, 43(8): 926－933 (in Chinese with English abstract)

[6] 李析男，謝平，李彬彬，等. 變化環(huán)境下不同等級(jí)干旱事件發(fā)生概率的計(jì)算方法：以無(wú)定河流域?yàn)槔齕J]. 水利學(xué)報(bào)，2014，45(5): 585－594.Li Xinan, Xie Ping, Li Binbin, et al. Probability calculation method for different grade drought event under changing environment-Taking Wuding River basin as an example[J].Journal of Hydraulic Engineering, 2014, 45(5): 585－594. (in Chinese with English abstract)

[7] 許繼軍，楊大文. 基于分布式水文模擬的干旱評(píng)估預(yù)報(bào)模型研究[J]. 水利學(xué)報(bào)，2010，41(6): 739－747.Xu Jijun，Yang Dawen. New model for drought estimation and prediction based on distributed hydrological simulation[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2010, 41(6):739－747. (in Chinese with English abstract)

[8] 徐靜，任立良，劉曉帆，等. 基于雙源蒸散與混合產(chǎn)流的Palmer旱度模式構(gòu)建及應(yīng)用[J]. 水利學(xué)報(bào)，2012，43(5):545－553.Xu Jing, Ren Liliang, Liu Xiaofan, et al. Establishment of palmer drought severity model based on two-source potential evapotranspiration and hybrid runoff model[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2012, 43(5): 545－553. (in Chinese with English abstract)

[9] Zhang Baoqing, Zhao Xining, Jin Jiming, et al. Development and evaluation of a physically based multiscalar drought index: The Standardized Moisture Anomaly Index[J]. Journal of Geophysical Research:Atmospheres, 2015, 120:11575–11588.

[10] Zhang Baoqing, He Chansheng. A modified water demand estimation method for drought identification over arid and semiarid regions[J]. Agricultural and Forest Meteorology,2016, 230－231: 58－66.

[11] Palmer W C. Met eorological Drought. Research Paper, No45,1965.

[12] 安順清，邢久星. 修正的帕默爾干旱指數(shù)及其應(yīng)用[J]. 氣象，1985，11(12): 17－19.

[13] 楊揚(yáng)，安順清，劉巍巍，等. 帕爾默旱度指數(shù)方法在全國(guó)實(shí)時(shí)旱情監(jiān)視中的應(yīng)用[J]. 水科學(xué)進(jìn)展，2007，18(1): 52－57.Yang Yang, An Shunqing, Liu Weiwei, et al. Application of Palmer drought severity index method to real time drought survey in China[J]. Advances in Water Science, 2007, 18(1):52－57. (in Chinese with English abstract)

[14] 劉招，燕愛(ài)玲，喬長(zhǎng)錄. Palmer旱度模式在渭北旱塬涇惠渠灌區(qū)的應(yīng)用研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，28(3):259－264.Liu Zhao, Yan Ailing, Qiao Changlu. Research on application of Palmer drought model in Jinghuiqu irrigation area[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2010, 28(3):259－264. (in Chinese with English abstract)

[15] 李曉輝，楊勇，任傳友. 東北半干旱地區(qū)Palmer干旱指數(shù)特征分析方法[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35(3): 317－323.Li Xiao hui, Yang Yong, Ren Chuanyou. Drought Characteristics Analyzing Method Based on Palmer Index in Northeast Semi-arid Region[J]. Journal of Jilin Agricultural University, 2013, 35(3): 317－323. (in Chinese with English abstract)

[16] 劉巍巍，安順清，劉庚山，等. 帕默爾旱度模式的進(jìn)一步修正[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2004，15(2): 207－216.Liu Weiwei, An Shunqing, Liu Gengshan, et al. The farther modification of palmer drought severity model[J]. Journal of Applied Meteorological Science, 2004, 15(2): 207－216. (in Chinese with English abstract)

[17] 宮興龍，芮孝芳，付強(qiáng)，等. 基于格子玻爾茲曼方法的流域匯流數(shù)值模型[J]. 水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2014，33(2): 12－17.Gong Xinglong, Rui Xiaofang, Fu Qiang, et al. A numerical model of watershed concentration based on Lattice Boltzmann method[J]. Journal of Hydroelectric Engineering,2014, 33 (2): 12－17. (in Chinese with English abstract)

[18] 宮興龍，付強(qiáng)，邢貞相，等. 基于格子玻爾茲曼法的TOPMODEL建模與應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，46(7):181－186.Gong Xinglong, Fu Qiang, Xing Zhenxiang, et al. Modelling and application of TOPMODEL based on LBM[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015,46(7): 181－186. (in Chinese with English abstract)

[19] 宮興龍，付強(qiáng)，王斌，等. 丘陵-平原-濕地復(fù)合區(qū)降雨徑流數(shù)值模型[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(11): 227－234.Gong Xinglong, Fu Qiang, Wang Bin, et al. Numerical model of rainfall runoff in hills-plain-wetland compound area[J].Transactions of Chinese Society for Agricultural Machinery,2016, 47(11): 142－149. (in Chinese with English abstract)

[20] 薛禹群，謝春紅. 地下水?dāng)?shù)值模擬[M]. 北京: 科學(xué)出版社，2007.

[21] 張德良. 計(jì)算流體力學(xué)教程[M]. 北京: 高等教育出版社，2009.

[22] 吳頌平，劉趙淼譯. 計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用[M]. 北京:高等教育出版社，2013.

[23] 張東輝. 格子玻爾茲曼方法在水文學(xué)中的應(yīng)用研究[D].南京：河海大學(xué)，2008.Zhang Donghui. Lattice Boltzmann Method and Some Application to Hydrology[D]. Nanjing:Hohai University,2008. (in Chinese with English abstract)

[24] 王興勇. Lattice Boltzmann方法及其在流場(chǎng)分析中應(yīng)用的研究[D]. 南京: 河海大學(xué),1998.Wang Xingyong. Study on the Theory and Application in Hydraulic Computation of the Lattice Boltzmann Method[D].Nanjing: Hohai University, 1998. (in Chinese with English abstract)

[25] 張小娜，馮杰，張東輝，等. 坡面流格子Boltzmann 方法與Preissmann 隱式差分法模擬[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45(10): 132－140.Zhang Xiaona, Feng Jie, Zhang Donghu, et al. Comparison of lattice Boltzmann method and Preissmann implicit difference method in application to overland flow [J]. Transactions of Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(10):132－140. (in Chinese with English abstract)

[26] 王斌，張展羽，魏永霞，等. 基于投影尋蹤的農(nóng)業(yè)基本旱情評(píng)估[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25(4): 157－162.Wang Bin, Zhang Zhanyu, Wei Yongxia, et al. Assessment of agricultural basic drought based on projection pursuit[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2009, 25(4)：157－162. (in Chinese with English abstract)

[27] 姚玉璧，張存杰，鄧振鏞，等. 氣象、農(nóng)業(yè)干旱指標(biāo)綜述[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2007，25(1)：185－189，211.Yao Yubi, Zhang Cunjie, Deng Zhenyong, et al. Overview of meteorological and agricultural drought indices[J].Agricultural Research in the Arid Areas, 2007, 25(1): 185－189, 211. (in Chinese with English abstract)