1.5　研究方法及技术路线

项目研究总体思路为：根据灌区历史资料和观测数据，分析灌区降雨量、灌溉用水量与作物需水自身演变规律以及量化其间的作用机理；在此基础上，根据不同来水条件，构建两类水资源短缺风险联合概率分布模型；最后，以河南省陆浑灌区为例，分析不同需水结构下的灌区水资源短缺风险及相应的调控机制，提出面向水资源短缺风险规避的灌区需水结构优化布局。主要研究方法与技术路线（图1.1）如下。

图1.1　项目研究技术路线图

（1）补充收集缺失的历史资料和观测数据，根据灌区主要气象站点、河川径流控制水文站点以及农业发展长系列资料，分析主要气象因子（如降水、气温等）、参考作物腾发量（采用彭曼公式计算）、灌溉用水量以及灌区作物需水量的概率统计规律和随机变化特性；运用多时间尺度分析方法（如小波分析或EMD方法），解析不同时间尺度上气象因子、灌溉用水量与作物需水量的周期性波动特征，系统揭示各随机变量在年内、年际间的时间分异特征和演变规律。

（2）应用多元统计分析方法，量化降雨量、灌溉用水量与作物需水量之间的相关性，特别是有效降水、灌溉用水量与作物需水量三者之间的作用关系；应用协整理论与分析方法，解析不同时间波动周期下，有效降水、灌溉用水量与作物需水量之间的短期波动和长期均衡关系；应用集对分析理论和方法，对不同时间尺度下有效降水、灌溉用水量与作物需水量的不确定性进行分析，从同一性、差异性和对立性三个方面深入剖析这种不确定性在不同时间尺度上存在的主要关系及其随波动周期的发展趋势。

（3）针对有效降水、灌溉用水量以及灌区作物需水量的概率统计特性，应用水文频率分析方法，选用相应的随机变量概率分布函数；在此基础上，应用Copula函数，构建两类水资源短缺风险联合概率分布模型：第一类是有效降水与作物需水量的二维联合概率分布模型，用以分析不同量级有效降水与作物需水量的联合概率分布、条件概率分布以及遭遇组合重现期，用于揭示自然降水条件下的灌区水资源短缺风险；第二类是有效降水、灌溉用水量与作物需水量之间的三维联合概率分布模型，分析不同量级有效降水、灌溉用水量与作物需水量的联合概率分布、条件概率分布以及遭遇组合重现期，用于揭示自然降水和灌溉用水量组合来水条件下的灌区水资源短缺风险。

（4）以我国北方典型渠灌灌区—陆浑灌区为研究案例，根据灌区现状及未来发展规划，设定灌区需水结构调整方案，计算灌区作物需水量；利用构建的灌区水资源短缺风险联合概率分布模型，预测未来不同来水和需水结构组合条件下的灌区水资源短缺风险；根据预测结果，结合作物需水量、农产品价格以及农业总体布局和发展规划，对设定方案进行比选，并不断进行信息反馈和模拟调控，最终提出抵抗水资源变动风险能力较强，且灌区经济效益较高的需水结构优化布局模式。