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水 利 学 报

２０２２年 １０月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 １０期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）１０ － １１８０ － １４

渭河流域水文干旱历时－ 烈度相依结构动态变化与驱动力分析

马川惠，黄生志，黄 强

（西安理工大学 西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 ７１００４８）

摘要：变化环境下，探究干旱多属性相依结构动态变化及其驱动力，对区域干旱风险管理具有重要意义。以渭河
流域为研究对象，应用 Ｃｏｐｕｌａ函数的极大似然比（Ｃｏｐｕｌａ － ｂａｓｅｄＬｉｋｅｌｉｈｏｏｄ － ｒａｔｉｏ，ＣＬＲ）方法，对水文干旱历时 － 烈
度相依结构进行变异诊断，分析变异前后特征；从气候变化（气象因子、气象干旱特征）与人类活动的角度，阐明
水文干旱历时－ 烈度相依结构可能的驱动因素，获得影响因子重要性排序。结果表明：（１）华县、张家山、状头站
水文干旱历时－ 烈度相依结构分别在 １９９３年、１９８２年、１９９４年发生变异；（２）在相对长的历时下（华县站 ９～１２
个月、状头站 ５～１２个月），华县、状头站相同历时下，变异点前后的烈度增加，且随着历时变长，烈度增加的
幅度上升，干旱加剧态势明显；（３）除气象干旱对水文干旱演变的影响外，水文干旱历时 － 烈度相依结构的动态
变化主要受水分 “需求侧” 因子（人类取用水、潜在蒸散发）的驱动。总体而言，研究成果为干旱多属性相依结
构的非平稳性检测提供了一种新的思路，所提框架可推广应用于其他流域。
关键词：水文干旱；Ｃｏｐｕｌａ函数；干旱历时－ 烈度相依结构；驱动力；随机森林法；渭河流域
中图分类号：Ｐ３３９
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２１０９６１

１ 研究背景

变化环境下，干旱频繁发生，灾害损失增加，严重制约着人类生产生活与经济发展 ［１］ 。据 《中国
水旱灾害公报》 的数据，１９９０—２０１６年，我国因干旱年均粮食损失 ２５２亿ｋｇ，年均饮水困难人数超
２７００万 ［２］ 。因此，干旱问题受到了水文、农业、生态等领域专家学者的广泛关注。美国气象学会将干
旱大致分为四类：气象干旱、农业干旱、水文干旱、社会经济干旱 ［３］ 。水文干旱与径流、地下水、土
壤湿度和其他水文过程相关 ［４］ ，对河流生态系统和人类社会会造成严重的负面影响，例如，河流水位
下降甚至断流，水库蓄水不足影响发电效率等。
干旱具有历时、烈度和强度等多种属性，各属性间具有相依关系，干旱多属性联合频率特征研究
多见报道 ［５ － ７］ ，而以上干旱频率分析多假定使用的水文气象等时间序列满足一致性的要求。近几十年
来，全球气候变暖与人类活动加剧，影响了气象水文诸要素的时空分布特征，干旱演变规律可能发生
变异 ［８ － １１］ ，因此须在干旱多属性联合分布模型及其应用中加以考虑。以往研究主要关注干旱单一属性
（如历时或烈度）是否发生变异，而历时和烈度的相依结构是否发生变异，以及其动态变化的驱动力并
未揭示清楚。干旱的演变受多种因素共同作用，十分复杂，且各因素对干旱历时、烈度等属性分别的
影响可能呈现不对等的现象，干旱历时 － 烈度相依结构发生变异，从而影响干旱频率分析结果，使得
干旱的致灾性分析出现偏差，高估或低估干旱所引发的旱灾，影响着干旱应对与管理效果，造成不必
要的人力物力损失。

收稿日期：２０２１ － １０ － ２７；网络首发日期：２０２２ － ０９ － ３０
网络首发地址：ｈｔｔｐ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０９２８．１５４２．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：国家重点研发计划项目（２０２１ＹＦＣ３０００２０３）；陕西省高校科协青年人才托举计划项目（２０１９０４１３）；国家自然科学基金
项目（ ５１８７９２１３）；陕西省水利科技计划项目（２０１７ｓｌｋｊ － １６）
作者简介：马川惠（ １９９４ － ），博士生，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：２６６９１７４３１３＠ｑｑ．ｃｏｍ
通讯作者：黄强（１９５８ － ），博士，教授，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｓｙｈｕａｎｇｑｉａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ

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