前言

黄河流域位于干旱半干旱地区,水资源贫乏,时空分布不均,20世纪90年代以来,黄河流域来水持续偏枯,黄河水资源问题日益突出,成为继黄河洪水、泥沙之后的又一热点问题,缺水已成为沿黄河地区社会经济可持续发展的重要制约因素。

黄河流域水旱灾害严重,曾有“中国之忧患”之称。新中国成立以来,黄河流域虽然兴建了大量的水利工程,抵御旱灾的能力有所提高,但由于气候变化和人类活动影响的加剧,旱害仍频繁发生,且损失更为严重。近年来全国范围内严重干旱时有发生,其影响受到全社会的广泛关注,也促进了干旱理论与应用问题的研究。目前,对干旱问题的科学研究主要涉及干旱和旱灾的形成机制、干旱预测预警、干旱监测指标及评价、旱灾损失评估和旱灾风险管理等方面。

渭河是黄河第一大产水和耗水支流,也是黄河水量调度的重点支流,近年来,渭河流域来水偏枯,水资源供需矛盾日益加剧。然而,由于缺乏足够密度的降水、蒸散发、土壤水分等监测信息,该流域径流预报技术应用研究滞后于黄河流域其他区域,径流预报主要采用单一的统计相关方法,其水资源预测预报的水平远不能满足黄河干支流水资源统一管理调度科学实施的需求。

为此,通过水利部公益性行业科研专项经费项目资助,在泾渭河下游(渭河林家村、泾河杨家坪、雨落坪至渭河华县区间,流域面积约4.27万km2)开展了径流预报与干旱监测技术研究。

本项研究在流域降水、蒸散发、径流、干旱特性及变化规律及其相互关系等分析研究的基础上,利用卫星遥感信息和地面观测信息,探讨降水、实际蒸散发、土壤含水量的时空连续监测,实现空间监测和分布式水文模型的耦合,探索对该区域的综合干旱实时监测及评估。本项研究取得了以下主要研究成果和创新点:

(1)利用大口径闪烁仪LAS系统进行水文大气观测,建立了与卫星像元相对应校正模式;利用能量与水平衡原理和方程进行泾渭河流域时空连续的基于气象卫星的降雨、蒸散发和干旱监测。

(2)建立了基于Block-Kringing、反距离权重高程插值方法的降雨空间展布技术,分析降雨数据的不确定性及各项差异性,得到连续面雨量场估计,为土壤含水量动态模拟、径流预报、干旱监测等提供基础数据。

(3)构建了耦合于生态水文分析工具的泾渭河流域厚层土壤水动态模拟模型模块,探讨了基于遥感信息获取的水循环过程模拟计算方法,并进行了2004—2011年渭河流域厚层土壤水动态模拟;研发了“植被覆盖度动态获取系统”,获取了研究区地表植被覆盖度批量野外信息;提出了厚层土体土壤水运动动态模拟方法,揭示了土壤水运动机理和流域土壤水效应;开展了多源遥感数据产品的有效性分析及指定数据源生态因子遥感反演技术研究和优化。

(4)采用以二维侧向流模拟的单层网格结构的坡面产流模型和具有一维侧向流的马斯京根流量演算法,建立了具有一定物理意义的大尺度分布式水文模型,开发了基于大尺度分布式水文模型的径流预报系统,实现了泾渭河下游空间和时间连续的以日为单位的径流过程预报。

(5)采用遥感等多源空间信息,探讨了基于土壤含水量过程模拟的干旱监测技术;基于不同行业干旱评估方法,提出了泾渭河下游干旱的综合评估技术;根据作物水分生长函数Jensen模型,结合泾渭河下游地区的实际情况,建立了基于自然与人工相结合的“综合旱情”评估方法,并实现抗旱效益的定量估算。

本项研究通过了水利部组织的验收,研究成果得到了与会专家的一致认可,给出A等评价结果。本书是该项研究成果的总结,共分10章。第1章流域概况,第2章大口径闪烁仪观测,第3章基于卫星的降水与实际蒸散发监测,第4章降雨空间展布技术,第5章基于分布式水文模型的径流预报技术,第6章径流预报应用系统开发,第7章干旱监测与评估,第8章旱灾损失评估及灌溉效益分析,第9章干旱监测应用系统开发,第10章总结。第1、2、3、5、6章由黄河委员会水文局赵卫民、王春青、刘晓伟、狄艳艳、温丽叶、刘吉峰、戴东、杨健、邱淑会负责编写;第4章由梁忠民、狄艳艳、刘晓伟负责编写,第7～9章由河海大学梁忠民负责编写,刘代勇、易知之、李燕、王栋、杨好周参与了部分内容的编写;第10章由王春青、梁忠民、刘晓伟负责编写。需要说明的是,由北京师范大学杨胜天负责完成的利用遥感反演土壤含水量监测研究成果已在《生态水文模型与应用》专著中阐述并出版,本书略去相关内容。

本项研究成果已在北京师范大学、河海大学教学与研究中进行应用,取得了很好的效果;最终研究成果已在黄河水利委员会水文局投入生产应用,为黄河流域防汛抗旱、水资源统一管理和调度提供了技术支撑。

由于作者水平有限,书中难免有不妥之处,敬请读者批评指正。

作者

2014年7月