气候变化背景下,气候系统稳定性降低,全球及区域水循环系统特征发生深刻变化,干旱形势严峻,我国黄淮海流域旱灾发生频率高达三年两遇,海河流域"十年九旱"。2017年4月1日,党中央、国务院设立河北雄安新区,白洋淀流域位于雄安新区,流域内干旱及水污染问题严重,流域内白洋淀也是华北平原最大的淡水湿地,1970年以后,入淀水量和出淀水量呈明显的减少趋势,在建设雄安新区的国家重大需求下,明晰白洋淀流域干旱自然节律及演变特征是未来新区在不断加剧的干旱情势下规划建设的科学前提。本文以我国华北地区白洋淀流域为研究区,基于"自然-人工"二元水循环理论,采用基于广义水资源量的广义干旱概念,构建了白洋淀流域干旱还原基础理论框架;构建白洋淀流域水循环模拟模型,在此基础上计算流域缺水量,构建标准化水资源短缺指数(SSDI),评价白洋淀流域干旱时空演变规律,并对其评价结果进行验证;分析气象水文、人类活动以及平原区农作物生长需水和山区林草地生态需水演变规律,明晰白洋淀流域干旱演变驱动机理;设置将气候变化对干旱的影响还原以及将人类活动对干旱的影响还原两种情景,定量分析气候变化和人类活动对白洋淀流域蓝水、绿水、农业、生态需水演变的影响,在不同干旱还原情景供需水模拟的基础上,还原白洋淀流域干旱特征变化量,评价白洋淀流域干旱持续时间、频率、强度和面积等特征的变化。本文所取得的主要结论如下:(1)白洋淀流域干旱时空变化规律1960-2013年期间白洋淀流域干旱的高频区主要位于流域山区,频次增加的地区分布较为广泛,以平原地区最为明显。1960-2013年期间白洋淀流域干旱持续时间较长的地区主要位于保定南部和石家庄北部,1991-2013年期间,干旱持续时间增加的地区分布较为广泛,以平原地区最为明显。白洋淀流域干旱强度较大的地区主要位于保定以西的地区。白洋淀流域各等级干旱面积1991-2013年期间相对于1990年以前均有较为明显的增加。对比本次研究计算得到的1961～1990年期间白洋淀流域干旱面积与《海河流域水旱灾害》记载的受灾面积可知,计算得到的典型干旱年份与所记载的典型年份较为符合。(2)白洋淀流域干旱演变驱动机理1990年以后,流域大部分地区降水呈现出减少的态势,温升幅度明显增加,近50年来,流域实际蒸发量和地表径流深呈现出减小的趋势;从1980到2000年期间,白洋淀流域土地利用转化类型可归为退耕还林(草)、城市扩张、水域扩张和耕地开垦,以城市扩张最为明显,其次为耕地开垦;白洋淀流域NDVI呈现出波动上升的趋势,流域山区植被指数呈现出增加的态势。在白洋淀流域需水演变规律方面,近50年来,平原区典型农作物冬小麦和夏玉米生育期内需水量呈现出先减小后增加的趋势;山区林草地生态需水量变化特征与平原区农作物生长需水量基本一致,均是以1990年为节点,呈现出先减少后增加的特点。(3)白洋淀流域干旱特征还原设置将人类活动影响对干旱特征进行还原以及将气候变化影响对干旱特征进行还原两种还原情景。气候变化和人类活动对白洋淀流域变化其蓝水减少的贡献率分别为62.6%和37.4%,气候变化和人类活动对白洋淀流域绿水减小的贡献率分别为67.3%和32.7%;气候变化和人类活动对白洋淀流域典型农作物变化期需水变化的贡献量分别为-21.9mm和+40.6mm。将人类活动影响还原后干旱频次小于还原前水平,将气候变化影响还原后的干旱频次略小于还原前水平,人类活动对干旱频次增加的贡献量远大于气候变化的贡献率;将人类活动影响还原和按照气候变化影响还原后不同干旱强度的面积相比还原前均有较大幅度减少,人类活动和气候变化均导致白洋淀流域干旱强度有所加剧,其中,人类活动对强度加剧的贡献量大于气候变化的影响;将人类活动影响还原后,多年平均干旱面积减少31.3%,将气候变化还原后,多年平均干旱面积与还原前差别不大,人类活动是导致流域干旱面积变化的主要性因素。本文创新点主要有以下3个方面:(1)在对白洋淀流域干旱进行评价的过程中,构建了标准化水资源短缺指数(SSDI)对干旱事件进行评价,减少了使用单一要素干旱评价指标所得结果的片面性。SSDI指数从水资源系统的角度考虑流域需水量和供水量,其中对供水量的分析计算中考虑了蓝水流和绿水流,进而得到流域缺水量,以评价流域干旱发生频次、持续时间、强度和笼罩面积。(2)基于干旱还原理论框架以及SWAT水文模型,将受气候变化和人类活动共同影响时期发生的干旱事件分别还原至天然情景下,识别气候变化和人类活动对干旱发生频次、强度、持续时间和影响范围的贡献率,保证干旱序列统计一致性,为决策者应对未来气候变化背景下日益严峻的干旱事件提供了科学建议。(3)以白洋淀流域为典型案例,将实际干旱事件还原到天然情景,明晰白洋淀流域干旱的自然节律特征,是从根本上揭示干旱演变规律的前提,同时也是面向干旱应对的水资源合理配置及干旱情景下应急生态补水的重要依据。