基于Copula函数的逐月频率法开展衢江生态流量研究

摘要

在气候变化和高强度人类活动的综合作用下,河流天然水文情势发生了一定程度的改变,影响了河流生态系统的结构稳定和功能发挥。河流生态需水评估对维系河流生态系统健康至关重要,是水科学的重要研究内容之一。以衢江为典型研究区,提出基于Copula函数的改进逐月频率法,分析生态流量过程。构建月均流量和年均流量之间的联合概率分布,通过条件Copula进行月均流量的预估;建立月均流量的条件概率与联合概率的相关关系,设立枯水年型月均流量的条件概率目标并计算联合概率;利用联合概率求解月均流量的保证率,根据边缘函数推求各月平均流量设计值;对计算成果进行合理性检验。结果表明:Clayton Copula函数对衢江月均流量和年均流量之间的联合概率分布拟合效果较好;衢江基本生态环境需水量21.2亿m3,占多年平均径流量的36%;生态需水分析成果通过了《河湖生态环境需水计算规范》要求的合理性检验,且在河流生态安全性上偏安全。基于Copula函数的逐月频率法统筹考虑了河流年均流量与月均流量保证率的差异性,是河流生态流量评估的一种有效方法。研究成果可为衢江水资源开发利用及河流生态环境保护提供科学依据和技术支撑,同时对其他流域生态需水评估和水生态文明建设具有重要的参考价值。