宝鸡峡灌区气象干旱特性分析及预测

论文摘要

近年来,随着人口和经济的增长,全球性环境的恶化和水资源的短缺日趋严重,与人类生存密切相关的干旱问题显得益发突出,干旱问题的研究引起了人们的广泛认识,成为学者们迫切需要解决的问题。宝鸡峡灌区位于陕西省西部,其独特的干燥气候使得干旱频繁发生,不但严重破坏了该地区的生态环境,而且直接影响了该地区的农业发展,也间接的阻碍了其经济的快速发展,因此对宝鸡峡灌区干旱情势进行深入系统的研究,不仅对宝鸡峡灌区抗旱工作十分必要,而且对整个渭河流域的水资源管理也具有十分重要的意义。本文首先用Mann-Kendall统计检验方法,分析了宝鸡峡灌区19812004年降水的时间分布特征和长期变化趋势。然后,应用轮次分析方法、游程分析方法,探讨了丰枯转移概率及连续丰、枯年的分布特点,引入马尔可夫平稳概率研究了干旱发生的自然属性,并用频谱分析法分析了其降水周期性。以干旱强度、干旱周期、丰枯转移概率等指标,刻画了本地区气象干旱特征,得到的主要结论包括:1)19812004年宝鸡峡灌区降水连枯年的出现概率比连丰年的出现概率大,平均连续枯水年数大于平均连续丰水年数;枯（丰）水与偏丰（偏枯）之间的转移突变较大,对用水可能带来不利影响;偏枯年出现的概率最大,偏丰年次之,枯水年最小;宝鸡峡灌区连续枯水23年不仅发生频率较高,而且干旱强度也较大。2)宝鸡峡灌区枯水年出现的概率超过0.54,不到2年就可能出现一次,枯水年占主导地位,对地表水利用不利,防治干旱灾害的任务非常艰巨;偏枯年出现概率最大为0.472,不到3年就可能出现一次,是研究区气象干旱的主要研究对象;正常及水量不足的概率接近0.7,在水资源规划中应予以充分重视。干旱预报在抗旱减灾工作中非常重要,通过预报干旱的发生、发展、衰亡及消退的动态过程,可以尽可能的采取有效措施来减轻或缓解干旱所造成的损失。本文针对近年来研究较多的气象干旱预报和农业干旱预报方法做了简单的概述,详细介绍了加权马尔科夫过程、灰色灾变预测模型,并用来做宝鸡峡灌区的干旱预测,灰色灾变模型的预测结果表明:宝鸡峡灌区将在2008、2012以及2016年发生干旱。详细介绍了时序分析法的发展、原理、主要内容、分析工具等,并采用ARIMA（2,1,3）和ARMA（1,2）模型,对宝鸡峡灌区19812001的年降水量动态数据进行了分析。结果显示,两种模型提供了较准确的预测效果,可以用于灌区年降水量的预测。灾害预测的目的是为了更好地减灾和防灾。因此对研究区的旱情进行评价及抗旱减灾对策的研究十分必要。文章分析了宝鸡峡灌区的旱情现状及干旱成因,并提出了抗旱减灾及解决缺水问题的几点对策:大力推广节水灌溉技术、加强干旱灾害的预测和控制、合理利用水资源等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及选题意义
• 1.2 干旱的概念
• 1.3 干旱问题研究进展
• 1.3.1 干旱成因研究进展
• 1.3.2 干旱预报研究进展
• 1.3.3 干旱指标研究进展
• 1.4 常用干旱指标
• 1.4.1 气象干旱指标
• 1.4.2 农业干旱指标简介
• 1.4.3 其他干旱指标
• 1.5 研究内容
• 1.6 研究方法及技术路线
• 第二章 宝鸡峡灌区年降水量变化规律及气象干旱分析
• 2.1 宝鸡峡灌区概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 灌区内河流概况
• 2.1.3 社会经济
• 2.1.4 气候条件
• 2.1.5 水文及水资源状况
• 2.1.6 灌区工程概况
• 2.2 宝鸡峡灌区年降水序列趋势分析
• 2.2.1 用Mann——Kendall 统计检验进行趋势分析
• 2.2.2 游程检验法进行趋势分析
• 2.2.3 用线性倾向估计方法进行趋势检验
• 2.2.4 宝鸡峡灌区年降水序列趋势分析结果
• 2.3 宝鸡峡灌区气象干旱分析
• 2.3.1 降水序列参数与丰枯分析
• 2.3.2 用频谱分析和方差分析法进行周期性分析
• 2.3.3 马尔柯夫链在气象干旱分析中的应用
• 2.3.4 负轮理论与干旱强度分析
• 2.3.5 应用游程理论分析连续丰枯变化
• 2.4 本章小结
• 第三章 宝鸡峡灌区气象干旱等级预测
• 3.1 加权马尔科夫模型预测
• 3.1.1 加权马尔科夫模型基本思想
• 3.1.2 年降水量Z 指数等级序列
• 3.1.3 计算加权马尔科夫链权重
• 3.1.4 构造转移概率矩阵
• 3.1.5 状态预测
• 3.2 GM（1,1）模型进行干旱预测
• 3.2.1 灰色系统理论简介
• 3.2.2 灰色预测概述
• 3.2.3 GM（1，1）模型
• 3.2.4 宝鸡峡灌区气象干旱的GM（1,1）模型预测
• 3.2.5 GM（1，1）模型存在的缺陷与改进建议
• 3.3 本章小结
• 第四章 宝鸡峡灌区年降水量预测
• 4.1 时间序列分析概述
• 4.1.1 时间序列分析研究进展
• 4.1.2 时间序列分析基本思想
• 4.1.3 时间序列预测
• 4.1.4 时间序列分类
• 4.1.5 时间序列的三个基本特性
• 4.1.6 时间序列的研究工具
• 4.2 ARIMA 模型简介
• 4.2.1 ARIMA 模型原理
• 4.2.2 建立ARIMA 模型的一般方法
• 4.3 模型应用
• 4.3.1 序列的平稳性处理
• 4.3.2 模型的识别与建立
• 4.3.3 模型参数估计和显著性检验
• 4.3.4 模型检验
• 4.3.5 模型预测
• 4.4 两年滑动均值序列的ARMA 模型
• 4.4.1 平稳性检验
• 4.4.2 参数估计与检验
• 4.4.3 模型残差检验
• 4.4.4 模型预测及结果分析
• 4.5 结语
• 第五章 宝鸡峡灌区干旱形势及抗旱减灾对策
• 5.1 宝鸡峡灌区干旱形势及危害
• 5.2 干旱成因
• 5.3 抗旱减灾对策
• 5.4 宝鸡峡灌区水资源紧缺解决对策
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介