分析和评估河湖水量波动影响因素的方法与流程

1.本发明涉及湖水资源评价技术领域，特别涉及一种分析和评估河湖水量波动影响因素的方法。


背景技术：

2.湖泊是陆地上分布最广泛的水体之一,是陆地水圈的重要组成部分，与自然界水循环密切相关。作为与人类生存和发展密切相关的自然资源，湖泊在调节区域气候、城乡供水、改善生态环境、保护生物多样性、农用灌溉、观光旅游、航运交通、发电养殖等方面发挥着重要作用。湖泊资源的核心是水资源,它是维持湖泊生态系统稳定和健康发展的物质基础，因此合理分析和评估湖泊水资源量具有重要意义。
3.

技术实现要素：

4.根据本发明实施例，提供了一种分析和评估河湖水量波动影响因素的方法，包含以下步骤：根据河湖水量演变的过程，分析获得河湖水量演变的影响因素；将影响因素分为气象因素和其他因素两大类，气象因素为地面以上与河湖水量密切相关的因素，其他因素为人类强活动区内地表径流以及地下水相关因素；分析评估气象因素对河湖水量演变的影响；采集计算相同时间内的干旱指数和湖泊面积，根据干旱指数和湖泊面积的相关性分析评估空气干湿程度对湖泊面积的影响；分析评估其他因素对河湖水量演变的影响。
5.进一步，干旱指数为标准化降水蒸散指数spei。
6.进一步，标准化降水蒸散指数spei计算公式为式中为日潜在蒸散发量；为净辐射；g为土壤热通量；t为2m高度气温；为2m高度风速；：饱和水汽压；为实际水汽压；δ为饱和水汽压随温度变化的斜率；饱和水汽压随温度变化的斜率的计算公式为
：干湿球常数，=0.00163*p/λ，其中p为大气压力，蒸发潜热λ=2.50025
‑
0.002365*。
7.进一步，标准化降水蒸散指数与湖泊面积为正相关。
8.进一步，空气干湿程度与标准化降水蒸散指数为正相关。
9.根据本发明实施例的分析和评估河湖水量波动影响因素的方法，本案通过分析气象因素和其他因素对湖水量的影响强弱，可以分析出对湖水量的主要影响因素，提高对湖水量波动的评估判断。
10.要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并 且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。
11.附图说明
12.图1为根据本发明实施例分析和评估河湖水量波动影响因素的方法的流程图。
13.具体实施方式
14.以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。
15.首先，将结合图1描述根据本发明实施例的分析和评估河湖水量波动影响因素的方法，用于影响湖水量的因素的分析和评估，其应用场景很广。
16.如图1所示，本发明实施例的分析和评估河湖水量波动影响因素的方法，包含以下步骤：s1：如图1所示，根据河湖水量演变的过程，分析获得河湖水量演变的影响因素。
17.s2：如图1所示，将影响因素分为气象因素和其他因素两大类，气象因素为地面以上与河湖水量密切相关的因素，其他因素为人类强活动区内地表径流以及地下水相关因素。
18.河湖水量密切相关的因素，例如：湖面直接降水量和湖水蒸发量，湖面直接降水量和湖水蒸发量分别为湖泊补给和排泄的组成部分，河湖水量的变化可以单独与湖面直接降水量和湖水蒸发量密切相关，可以能与空气干湿程度密切相关。地表径流以及地下水因素既可以受自然因素影响发生改变，也可以受人类活动相关因素影响发生改变。自然因素中的径流因素主要是指非人类强活动区内湖盆或流域下垫面演变导致产汇流条件在历史时期发生变化，进而在相同降水条件下汇入或者流出湖泊的径流量改变，例如低覆被区，随着植被盖度增加导致地表截留增强，径流减小等。自然因素中的地下水因素主要是指湖盆或流域由于自然水循环过程导致的区域性地下水水位下降，导致地下水与湖水脱节，进而地下水补给湖水减小、消失，甚至出现湖水下渗补给地下水的现象。人类活动相关因素主要是指由于农田取用地表或地下水进行灌溉、水利工程拦蓄或者取用地表水等过程改变湖泊水循环，导致湖泊偏离自然演变规律。
19.s3：如图1所示，分析评估气象因素对河湖水量演变的影响。
20.s4：如图1所示，采集计算相同时间内的干旱指数和湖泊面积，根据干旱指数和湖
泊面积的相关性分析评估空气干湿程度对湖泊面积的影响。
21.干旱指数是研究干旱特征的重要参数，目前应用最广的干旱指数有标准化降水指数（spi）以及标准化降水蒸散指数（spei）。spei在spi的基础上考虑了潜在蒸散发量，能够更好反映气候干暖化背景下大气水分的盈亏状态。湖泊面积（或者水量）是降水、蒸发等湖泊补给和排泄项综合作用的结果。因此spei可以反映空气干湿状况对湖泊水量的影响。标准化降水蒸散指数spei计算公式为式中为日潜在蒸散发量；为净辐射；g为土壤热通量；t为2m高度气温；为2m高度风速；：饱和水汽压；为实际水汽压；δ为饱和水汽压随温度变化的斜率；饱和水汽压随温度变化的斜率的计算公式为水汽压随温度变化的斜率的计算公式为：干湿球常数，=0.00163*p/λ，其中p为大气压力，蒸发潜热λ=2.50025
‑
0.002365*。
22.通过湖泊所在区域年际、季节、月等时间尺度上spei的分布情况和spei的变化趋势分析（mann
‑
kendall趋势），可以定性判断空气干湿状况对湖泊水面面积的影响程度。且标准化降水蒸散指数与湖泊面积为正相关，空气干湿程度与标准化降水蒸散指数为正相关，spei值的分布情况，对湖泊的影响强弱见下表。
23.当spei随时间呈现显著下降趋势时（p < 0.05）,表明空气具有干旱趋势，那么湖泊面积萎缩风险加大。当spei随时间呈现显著上升趋势时（p < 0.05）,表明空气具有湿润
趋势，有利于湖泊面积扩大。
24.鉴于湖泊面积处于动态变化状态，特别是一些湖盆开阔、水深较浅的湖泊，单一降水事件或者不同时段日照、风速等差异都会导致湖泊面积发生变化。目前长序列的湖泊面积的获取主要是基于航拍或者遥感影像解译提取，该方法获得的湖泊面积是无人机或卫星过境时间点的湖泊面积，而spei计算往往是基于气象站逐小时或者逐日数据统计结果，所以大量实践表明即使其他湖泊补排项不变时spei与湖泊面积的决定系数也很少大于0.7（p<0.05）。我们建议在spei与湖泊面积的回归分析中，将决定系数r2 <0.25的湖泊划分为湖泊面积变化轻微受空气干湿状况影像的湖泊，这类湖泊一般处于干旱或者湿润地区或者人工补给湖泊，这类湖泊有稳定的地表水、地下水或者人工补水来源，且湖泊外排通道畅通，气候干湿变化短期内对湖泊面积影响较小；将0.25≤r2 <0.5的湖泊划分为湖泊面积变化受空气干湿状况中度影响的湖泊，这类湖泊在自然界最为常见，他们的补给来源波动性较强，排泄项增加时湖泊补给量不能弥补湖泊前期水量平衡关系；将r2≥0.5的湖泊划分为湖泊面积变化受控于空气干湿状况影响的湖泊，这类湖泊在干旱半干旱地区主要表现为季节性湖泊，雨季或者连续丰水年湖泊面积扩张，旱季或者枯水年湖面萎缩甚至消失，地下水对湖泊补给微弱，地表径流同样取决于降水与蒸发的动态关系。
25.s5：如图1所示，分析评估其他因素对河湖水量演变的影响。
26.水是人类生产和生活必不可少的资源，人类各种活动必然会对水资源产生一定程度的影响。精准量化大范围各类人类活动对水资源的影响目前很难实现。因此，我们只对与湖泊水量密切相关，并且可以获取其相关长序列监测或者统计数据的人类活动进行分析。根据对六百余个湖泊的调查分析，我们发现农田、水库、地下水超采区以及城镇等因素的空间分布规律与湖泊水量长时间序列的时空变化关系密切，且这些数据容易获取，并能够反映人类活动的强弱。农田、城镇建筑物属于土地利用分类中的重要组成部分，其分布及面积可以通过土地利用/土地覆盖遥感分类方法获取，也可以采用已有的成果产品（如，欧洲航天局的land cover cci等）。水库位置及其控制流域面积可以通过水利年鉴以及河湖特征手册或相关图件或统计资料等获取，另外也可以根据水库位置结合数字高程模型或地形图提取水库控制流域面积。地下水超采区范围及面积主要是由水资源主管部门根据水位监测数据划定，相关信息可以通过水资源主管部门获取。
27.人类活动对湖泊水量的影响强弱主要通过以下两个标准判识。
28.第一，如果同一时期内湖泊或者湖泊群所在流域的农田面积、城镇建筑物面积、地下水超采区面积、水库控制流域面积累加值达到流域面积的50%以上，并且湖泊面积演变与降水、蒸发、spei无显著相关关系，那么我们认为该时期这一流域范围内的湖泊面积变化受控于人类活动。如果湖泊面积与降水、蒸发、spei有显著相关关系（r2≥0.5，p<0.05），那么我们认为该时期这一流域范围内的湖泊面积变化同时受控于人类活动以及气候变化。
29.第二，如果同一时期内湖泊或者湖泊群所在流域的农田面积、城镇建筑物面积、地下水超采区面积、水库控制流域面积累加值没有达到流域面积的50%以上，但是农田面积、城镇建筑物面积、地下水超采区面积、水库控制流域面积中一个或者多个因素（含多因素累加）与相同时期内湖泊面积显著相关（r2≥0.5，p<0.05），并且湖泊面积演变与降水、蒸发、spei无显著相关关系，那么我们认为该时期这一流域范围内的湖泊面积变化受控于人类活动。如果湖泊面积与降水、蒸发、spei有显著相关关系（r2≥0.5，p<0.05），那么我们认为该
时期这一流域范围内的湖泊面积变化同时受控于人类活动以及气候变化。
30.以上，参照图1描述了根据本发明实施例的分析和评估河湖水量波动影响因素的方法，本案通过分析气象因素和其他因素对湖水量的影响强弱，可以分析出对湖水量的主要影响因素，提高对湖水量波动的评估判断。
31.需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
32.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。