基于水文模型的土壤相對濕潤度干旱指數構建及運用研究

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，以遼中地區大洋河流域為研究區域，運用該干旱指數對大洋河1954～2014年干旱進行評價。研究結果表明：1954～2014年大洋河流域發生重大干旱的頻率較低，頻率為1.2%；流域易發生中等程度干旱，頻率為29.5%；流域在冬季發生干旱的頻率最高，為57.3%；夏季發生干旱頻率較低，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；干旱評價；大洋河流域

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.013

1 引言

干旱指數是定量評價區域干旱程度的重要指標，土壤濕度是反映區域干旱程度的特征屬性。當前，區域的干旱程度大都通過土壤水分測定，但是區域土壤墑情站點不能完全體現整個區域的干旱情況，特別是不能實現區域干旱逐日的動態監測。土壤濕潤度干旱指數可結合區域土壤含水量對區域干旱進行評價，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據，構建土壤相對濕潤度干旱指數，對山東省多個地區的干旱進行評價分析。董亞龍結合三種干旱指數對陜西區域干旱進行評價，研究結果表明土壤濕潤度干旱指數評價結果好于其他兩種干旱指數評價結果。王明田采用土壤相對濕潤度干旱指數對我國西南地區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對西南地區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土壤水分值，構建逐日的土壤相對濕潤度干旱指數，并和其他三種干旱指數進行對比分析，研究結果表明基于土壤水分動態模擬的土壤相對濕潤度干旱指數適合于廣東地區的干旱監測和評價。綜上結果表明，基于土壤濕潤度的干旱指數，可較好的實現區域干旱評價和監測，和區域的實際干旱情況較為吻合，適合于區域的干旱評價。但當前大多數土壤相對濕潤度干旱指數都是基于實測土壤墑情數據，而區域土壤墑情站較少，很難覆蓋整個區域，不能整體顯現整個區域的干旱情況。王春林的研究結果表明基于土壤水分動態模擬的土壤相對濕潤度干旱指數可較好的實現整個區域的干旱監測。為此，本文基于水文模型動態模擬整個區域的土壤水分，基于模擬的土壤含水量構建相對濕潤度干旱指數，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域的干旱評價和區域干旱監測提供參考價值。

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測。土壤相對濕度干旱指數的計算主要基于土壤含水量，而水文模型可模擬預測區域土壤含水量。因此本文中采用水文模型來預測區域土壤含水量，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，土壤相對濕潤度干旱指數計算公式為：

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，使用者可根據當地土壤性質，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 研究區域概況

大洋河主要位于遼寧省的東部區域，流域水系較為發達，其發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，區域氣候屬于中溫帶季風氣候，區域多年平均氣溫為7.9℃。近些年來，受全球氣候變暖影響，岫巖縣出現干旱年份較多。為此，需要對岫巖區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模擬流域土壤含水量，基于前述土壤相對濕潤度干旱指數計算方程，計算了大洋河流域1954～2014年干旱指數，見圖1。結合土壤相對濕潤度干旱指數劃分等級，統計分析了大洋河流域1954～2014年不同干旱程度發生頻率，結果見表2。

圖1 大洋河流域1954～2012年干旱指數

表2 大洋河流域1954～2012年干旱頻率統計

圖1為運用土壤相對濕潤度干旱指數計算的大洋河流域1954～2014年干旱指數，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發生嚴重干旱事件。其中在1983年區域發生極端干旱事件，經過對實地區域調查走訪和史志資料分析，運用土壤濕潤度干旱指數評價的區域干旱情況和大洋河流域實際干旱情況吻合度較高。表2為統計不同干旱等級在大洋河流域發生的頻率，從統計頻率分析的結果可以看出，大洋河在1954～2012年發生干旱的頻率為57.7%，區域發生干旱的頻率較高。其中發生中等干旱的年份較多，發生中等干旱的頻率為29.5%；其次為發生輕微干旱的年份也較多，頻率為22.5%；發生極端干旱的年份較少，頻率為1.2%。

3.3 季尺度干旱評價

考慮到季節性干旱給農作物需水和種植帶來的影響，本文結合標準化干旱指數對大洋河流域的季節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頻率統計

表3為采用基于水文模型的土壤相對濕潤度干旱指數統計大洋河流域四個季節發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生干旱的季節較多，發生干旱的頻率為57.3%，在夏季發生干旱的頻率低于其他三個季節，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生干旱，且在冬季發生極端干旱的頻率也遠高于其他三個季節。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生干旱的頻率較低。但是在夏季發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

發量較大，使得出現嚴重干旱的頻率較高。從表3中還可以看出，在秋季發生中干旱程度的頻率要高于其他三個季節，因此在秋季農作物種植時，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，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，在大洋河流域干旱評價具有較好的適用性，干旱評價結果和區域實際干旱情況吻合度較高。

（2）大洋河流域較易發生中等程度干旱情況，在冬季出現干旱頻率較高。

［1］芮茂剛.云南2011年旱災現狀與農村治旱對策芻議［J］.水利技術監督，2012（02）：26-29.

［2］孫培新.干旱地區生態修復模式探討［J］.水利技術監督，2012 （06）：48-50.

［3］張皓，孫鳳軍，李紅艷，賈桂華.內蒙古通遼市農業干旱風險圖研究［J］.水利規劃與設計，2011（06）：59-62.

［4］丁文學，程同福，楊永勝.干旱、半干旱地區流域調水的生態補償機制初探［J］.水利規劃與設計，2014（09）：24-26 + 32 +36.

［5］章曙明，王志杰，肖重華.干旱區灌區水文及其監測體系淺議［J］.水利規劃與設計，2005（04）：18-20 +25.

［6］馮建設，王建源，王新堂，薛曉萍，陳艷春，李鴻怡，范里駒.相對濕潤度指數在農業干旱監測業務中的應用［J］.應用氣象學報，2011（06）：766-772.

［7］董亞龍，周曉麗.用三種干旱指數對比分析春季干旱等級［J］.陜西氣象，2009（03）：28-30.

［8］王明田，王翔，黃晚華，張玉芳，馬均.基于相對濕潤度指數的西南地區季節性干旱時空分布特征［J］.農業工程學報，2012 （19）：85-92 +295.

［9］王春林，郭晶，劉霞，陳慧華.基于土壤水分模擬的干旱動態監測指標及其適用性特征［A］.見：中國氣象學會.第27屆中國氣象學會年會干旱半干旱區地氣相互作用分會場論文集［C］.中國氣象學會，2010.

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1672-2469（2016）01-0037-02

2015-08-20

關明皓（1978年—），男，工程師。