论文部分内容阅读
以河南省陆浑灌区为研究对象,将陆浑灌区自1970年建设以来的水资源供需情况相结合,主要从灌区水资源来水与需水分别处于极大极小值和极小极大值时是否引起灌区水资源短缺或是否水资源供需匹配的角度,构建了灌区水资源供需时序相依性VEC-Copula模型,分析了灌区发生极值事件的概率及条件重现期,为灌区需水结构优化和旱涝等极值事件的发生提供实践意义。根据陆浑灌区历史观测数据得到降雨量(P)、灌溉用水量(IR)和作物需水量(ETC)数据序列,首先运用对数方法对数据进行预处理,接着运用协整理论的结构突变理论对作物需水量时间序列进行突变点的分析,以期得到描述灌区1970-2013年以来供需规律更加准确的VEC模型;然后运用Copula方法,对比单Copula函数和混合Copula函数,构建了自然降雨供水条件下和人工灌溉供水条件下的VEC-Copula模型,同时结合条件概率、尾部相关系数,应用模型分析了两类供水在极值条件下的灌区水资源供需匹配的程度;最后将考虑结构突变的VEC-Copula模型与不考虑结构突变的VEC-Copula模型、小波分解后的低频高频VEC-Copula模型进行对比,主要研究结论如下:(1)运用递归法、滚动法和循环回归法检测出受环境、政策、种植结构较大的ETC的突变点为1989年,结果表明:自然降雨条件下考虑趋势项、常数项趋势项和协整向量项的误差修正模型的平均相对误差为12.23%最小,对于波动较大的年份的降水量模拟也更好;人工灌溉条件下考虑趋势项、常数项趋势项和协整向量项的模型的平均相对误差18.41%最小,总体模拟误差维持在20%左右。(2)通过向量误差模型(VEC)的残差项作为时间序列构建的VEC-Copula模型,结果表明:自然降雨条件下当ETC与P分别处于极丰极枯状态时极大极小值条件概率平均值为0.214,重现期的平均值为4.66年,说明灌区有可能出现水资源短缺的风险。VEC-Copula模型的上下尾?LU的概率为0.0081说明灌区在天然降雨作为水资源补给量的情况下,出现水资源极端短缺的风险较低。(3)通过向量误差模型(VEC)的残差项作为时间序列构建的VEC-Copula模型,结果表明:人工灌溉条件下当ETC与IR分别处于极丰极枯状态时极大极小值条件概率平均值为0.011,重现期的平均值为90.06年,灌区在人工灌溉作为水资源补给量的情况下,出现水资源短缺的风险极低的;VEC-Copula模型的上下尾?U L和下上尾?LU为0.0001,说明陆浑灌区人工供需水出现极不协调遭遇情形的可能性不高,在人工灌溉作为水资源补给量的情况下,出现水资源短缺的风险极低。(4)通过构建不考虑结构突变的VEC-Copula、低频数据的VEC-Copula和高频数据的VEC-Copula与考虑结构突变的VEC-Copula通过对比分析,结果表明:(1)通过权重参数、密度表面图的对比分析:天然供水条件下和人工供水条件下,高频数据的VEC-Copula的权重系数C?、G?比其他三个函数的权重系数大得多,高频数据随机性强,具有较明显的上下尾相依关系,但是从天然供水条件下高频数据的VEC-Copula随机波动的不确定性导致构建的VEC-Copula的密度表面图与其他三者不同;低频数据的VEC-Copula权重系数?F比其他三个函数的权重系数C?和G?大得多。(2)通过尾部相关系数对比分析:自然降雨条件下综合四种模型可知作物需水量大于913.6mm时,降水量小于260.18mm这种极值事件的发生概率是极低的。人工供水条件下综合四种模型可知作物需水量大于913.6mm时,灌溉用水量小于0.30×108m3这种极值事件几乎不会发生。(3)自然降雨条件下,最适合描述灌区极大极小值和极小极大值情况的是考虑结构突变的VEC-Copula模型。人工灌溉条件下,从四种模型的条件重现期看出,当灌区作物需水量极大,灌溉用水量极小,水资源出现短缺的情况几乎不会出现。