简介：从气象干旱发展成农业干旱和水文干旱，乃至成灾的过程极为复杂，同时，受到降水和气温等气象条件、农业种植方式和灌溉条件、河流来水、水库蓄水和取水条件等诸多因素的影响，因此干旱监测评估与抗旱减灾工作的技术难度大、极具挑战。针对长江流域存在的多因素影响下旱情预报预警难度大、多类型承灾体致灾过程难刻画、多目标抗旱调度难协调等技术难点，本研究成果建立了一套有创新意义和可推广性的技术体系，解决了干旱特征演变、旱情预报与旱灾风险综合评估及应对等方面的关键技术问题，为保障长江流域水安全和能源安全提供了有力科技支撑。

一、 总体思路与技术方案

本研究成果以流域干旱演变和旱情预报、旱灾风险评估及多水源协同调控的关键科学与技术问题为研究对象，综合考虑气候变化、人类活动、极端水文过程、水利工程调度运行等诸多因素的影响，紧密围绕全球规模最大的长江水库群复杂工程需求，以提高长江流域旱情评估预测和供水调度能力为目标，以“干旱情势智能预报→旱灾风险动态评估→多源供水协同调控”为研究主线，以理论推导、模拟仿真、态势推演和工程实践为研究手段，历经十余年系统深入研究，通过理论突破、技术攻关和应用创新，建立了干旱风险下长江流域干支流多源供水协同调控技术体系。

二、 创新性成果

（1）提出了长江流域干旱多尺度辨识与预报技术。重构了长江流域具有统计一致性的千年尺度精细化干旱序列集，识别出长江流域“冷干-暖湿-温干”的波动变化过程，以及2000年以来的小干旱周期特征，解耦并量化了干旱演变过程中多因子的耦合驱动作用；提出了干旱图像三维连通性识别和历时、面积、烈度、强度、中心位置等多维特征的提取方法，明晰了多时空尺度干旱的迁移演化传递过程；构建了具有物理机制的水资源系统干旱评估模型（图3），揭示了气象干旱-水文干旱-农业干旱-生态干旱-社会经济干旱的链式传递演变过程，较传统方法有效提高了干旱事件识别的准确率；首次提出了基于分布式水文模型的旱情预报方法，研发了网络化干旱评估和旱情预报服务平台，实现了旱情单指标静态评估向多指标分级动态评估的转变，实现了历史干旱事件的复盘再现与未来旱情发展的情景推演，显著提升了旱情预测的时效性和准确性。

多指标干旱评估预报模型框架

（2）提出了长江流域旱警指标与旱灾风险评判技术。揭示了气候影响、下垫面条件、水利工程调度、经济社会取用水等多种影响因子的非线性叠加效应与交互机制，创新性研发了基于大数据挖掘的河道枯水演进模型，实现了洪枯水事件的集合模拟与量化归因，尤其是提升了复杂条件下河道枯水演进模拟精度；解析了长江流域干旱强度、历时、影响范围和频度等方面的时空分布特征，提出了面向多类型控制断面的旱警水位计算方法，首次建立了由135个重要控制断面组成的长江干支流主要河段旱警水位指标体系，完善了长江流域江河湖库旱情预警机制；提出了多驱动因子动态变化条件下旱灾风险综合度量成套技术，从动态评估角度，研判不同类型承灾体“旱情→旱灾”的渐变过程及突变特征；揭示了湿润半湿润地区不同承灾体的因旱致灾模式，建立了干旱强度和旱灾损失之间的本构方程，绘制了能够体现长江流域气候特征和地域空间差异性的旱灾风险区划图（图1）。

图1 长江流域及西南诸河城镇干旱灾害风险区划

（3）提出了干旱风险下长江流域多源供水协同调控技术。揭示了干旱影响下长江流域水库群运行与中下游水文情势的映射关系，量化了水库群应急抗旱补水能力及有效作用范围；构建了面向旱期多源互济供水的分布式水资源优化配置模型，实现了多水源协同供水及其在多行业的优化配置；建立了统筹不同区域取用水安全优先级的河湖库渠多源供水调度模型，提出了干旱条件下流域水库群联合调度的适应性优化方法，形成了满足多维用水需求的多源供水协同调控技术；建立了干旱影响下长江流域多源供水调度模式与精细化应急补水调度方案，显著提高了下游干流主要控制断面和重要引调水工程用水安全保障水平（图2）。

图2 2022年维持沙市站水位在29.5m以上

三、 成果应用及社会效益

       本研究成果已被水利部水利水电规划设计总院、长江水利委员会水旱灾害防御局、云南省水利厅、湖北省水利厅、江西省水利厅、三峡梯调等业务主管部门采纳，为国家、流域、区域等旱情评估预测、早灾风险区划、抗旱调度决策、水安全保障规划、引调水工程建设提供了重要技术支撑。一是在国家层面上，提出的旱灾风险评估区划方法与综合应对技术，已应用于全国自然灾害风险普查工作，有效推动了全国旱灾风险区划与防治区划工作；提出的旱灾风险综合应对模式，为“十四五”水安全保障规划的编制提供了重要的技术支撑。二是在流域层面上，绘制了能够体现长江流域气候特征和地域空间差异性的旱灾风险区划图，识别了抗旱工程能力薄弱区域，为引江补汉工程、汉江平原水网工程、鄂北水资源配置工程等引调水工程的规划提供了科学依据；制定了应急备用水源工程建设优化布局方案，支撑了长江经济带沿江取水口和应急各用水源建设规划。三是在区域层面上，该成果在长江流域多个省份的抗旱减灾、水资源管理等业务主管部门得到应用，有效提高了应用区域的旱情评估预测技术水平和旱灾风险防控决策的科学性。

       成果应用取得了显著的经济社会效益，年均减少干旱成灾面积8~12%，年均减灾效益约8.96亿元；干旱时段可利用水资源量提高10~30%，年均减少因旱饮水困难人口15~20%，为水安全和粮食安全提供重要保障。

       研究成果纳入《气候变化持续加剧我国水安全风险亟待实施协同智慧应对》等3份政策咨询建议，并被中办、国办及相关部委采纳。研究成果有效支撑了2022年的长江流域极端干旱应对工作，改变了“大旱必有大灾“的历史宿命，形成了《2022年长江流域干旱特征分析与新时期抗旱减灾应对模式探讨》、《极端干旱天气对经济民生领域影响分析及对策建议》等系列性科技专报，并提交至业务主管部门，向流域相关省（市）发出旱情通报和枯水预警，提醒加强水库、湖泊、塘堰蓄水引水保水工作，全面支撑了2022年长江流域水库群抗旱保供水联合调度专项行动，累计补水61.6亿m3，有效改善了长江中下游沿江取水条件。

       2023年8月2日，由中国大坝工程学会组织召开了科技成果评价会，对“干旱风险下长江流域干支流多源供水协同调控关键技术”成果进行了技术评价，专家组一致认为研究成果在长江流域旱情评估预测、旱灾风险区划、抗旱应急处置等工作中发挥了关键作用，为长江流域水安全保障中提供有力技术支撑，应用前景广阔，研究成果总体达到了国际领先水平。