一种湖泊分级分期旱限水位确定与动态控制方法

周建中，刘志明，娄思静，黄 雯，效文静，武慧铃

（1.华中科技大学 土木与水利工程学院，湖北 武汉 430074；2.华中科技大学 数字流域科学与技术湖北省重点实验室，湖北 武汉 430074）

1 研究背景

受特定自然地理及气候条件影响，我国是世界上干旱灾害最为频繁且损失严重的国家之一［1］。近年来随着全球气候变暖影响加剧，我国干旱极端事件日益增多，2000年以来年平均干旱成灾率超过50%［2］，给我国经济社会发展和生态环境保护造成了巨大损失。世界气象组织、美国气象学会在总结各种干旱定义的基础上将干旱分为气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱四类［3］。为应对干旱，管理部门通常制定干旱计划，主要包含监测和预警、风险评估、缓解和应对三个部分，其中预警是启动抗旱救灾的前提。学者们提出了帕尔默干旱严重程度指数（PDSI）、地表水供应指数（SWSI）和标准化降水指数（SPI）等干旱指标进行干旱预警［4-5］。

长期以来，我国没有建立可用于抗旱应急管理工作的水位（流量）等干旱特征指标，水文报旱、旱情预警、抗旱会商、应急响应、水量调度等抗旱应急管理工作往往缺乏科学依据，存在抗旱减灾指挥决策时机把握不准或应急响应过度的问题。2011年，国家防办及水利部水文局制定《旱限水位（流量）确定办法》［7］，首次提出了旱限水位的概念，旱限水位指江河湖库水位持续偏低，流量持续偏少，影响城镇生活、工农业生产、生态环境等用水安全，应采取抗旱措施的水位。旱限水位的确定应综合考虑江河湖库的主要用水需求，以其最高（大）需求值作为确定依据，以便及时启动抗旱应急响应［6-7］。

目前旱限水位研究成果总体尚少，且主要集中在水库。在《旱限水位（流量）确定办法》［7］中，水库旱限水位的确定主要以一月或数月（干旱预警期）滑动计算的水库应供水量（用水需求与设计来水之差）最大值作为确定依据，全年采用唯一旱限水位值，在实际应用时忽略了水库供需水动态匹配过程，大部分时期水位标准偏高，不利于水资源高效利用［8-10］。针对此不足，宋树东等［11］提出了水库旱限水位分期确定方法，即首先根据水库多年来水和用水规律划分旱限水位分期，再参照《旱限水位（流量）确定办法》确定各分期的旱限水位。张礼兵等［12］在旱限水位分期的基础上，将旱限水位进一步划分为旱警水位和旱枯水位两个等级，优化确定的旱限水位成为水库控制运行的关键指标从而被纳入水库特征水位系统。《旱限水位（流量）确定办法》没有具体针对湖泊制定旱限水位确定方法，湖泊旱限水位研究近乎空白［13］。为此，本文针对上述问题，开展湖泊分级分期旱限水位确定方法研究，并在全国干旱高发带选择干旱期供水矛盾比较突出地区进行试点应用。为进一步提高旱限水位的预警作用，辨识湖泊在来水比预期偏枯时干旱缺水风险，本文在分级分期旱限水位的基础上，充分考虑湖泊入流、水位等预报信息的可用性，提出一种旱限水位动态控制方法，为湖泊抗旱决策和管理提供更为科学合理的技术支撑。

2 湖泊分级分期旱限水位确定方法

旱限水位是一种水文干旱预警指标，能为湖泊生态系统安全、供水安全、航运安全等提供预警作用。湖泊旱限水位研究应从湖泊特征、生态保护、用水需求、水量平衡等不同角度，综合考虑不同时期生产、生活、生态用水需求优先级和保障等级的差异性，开展湖泊旱限水位分级分期研究。

2.1 湖泊旱限水位分级参照《旱限水位（流量）确定办法》，将湖泊旱限水位按照干旱程度划分为旱警水位和旱保水位两个预警等级。湖泊旱警水位指湖泊水位持续偏低，开始影响城乡生活、工农业生产、生态环境等用水安全的临界水位，对应能够保障一般干旱（来水、降水等水文频率P=75%，可根据实际情况调整）年份的用水需求；湖泊旱保水位指湖泊水位持续降低，严重影响城乡生活、工农业生产、生态环境等用水安全的临界水位，对应能够保障特枯干旱（来水、降水等水文频率P=95%，可根据实际情况调整）年份的用水需求。

2.2 湖泊保障目标分析与湖泊类型划分在湖泊功能调查的基础上，明确湖泊功能定位和用水需求保障目标，如图1所示。不同类型湖泊旱限水位计算有所差异，因此根据湖泊来水补给条件，划分为有源湖、无源湖两类；根据有源湖是否供水，划分为有供水功能湖泊和无供水功能湖泊［14］。

图1 湖泊功能调查及旱限水位保障目标分析

2.3 湖泊旱限水位水文要素计算湖泊旱限水位是保障湖泊用水安全的临界水位，遵循水量平衡原理，水文要素计算主要包括：湖泊生态水位确定、湖泊外用水需求计算、湖泊入湖径流和蒸散发计算。

（1）湖泊生态水位确定。湖泊一般都有生态保护功能，根据《河湖生态需水评估导则》确定的基本原则［15-17］，分别采用水文频率分析法、湖泊形态分析法、生物空间法、最枯月平均水位法推求P=75%和P=95%频率下湖泊的生态水位。

水文频率分析法：根据湖泊水位站实测资料序列对各月平均水位进行水文频率分析计算，并选用P-Ⅲ型理论曲线拟合，得到P=75%、P=95%频率下的各月平均水位。

湖泊形态分析法：湖泊生态系统功能与湖泊水面面积密切相关，用湖泊水位作为湖泊地形特征指标，湖泊面积作为湖泊功能指标，根据实测湖泊水位（Z）和湖泊面积（F）资料，建立湖泊水位（Z）和湖泊面积变化率（dF/dZ）关系线，在此关系线上，湖泊面积变化率一般有极大值，极大值对应水位每增加或降低一个单位，湖泊面积将发生显著变化，即湖泊功能将发生显著改变，若极大值对应水位与湖泊天然最低水位相近，则表明极大值对应水位以下湖泊生态系统功能将发生严重退化，此极大值对应水位即为最低生态水位［18-20］，如式（1）所示：

式中：F为湖泊面积，m2；Z为湖泊水位，m；Zmin为湖泊天然最低水位，m；a和b分别为和湖泊水位变幅相比较小的一个正数。

生物空间法：对湖泊水位最为敏感生物生存和繁殖需要的最小空间［18-20］，湖泊最低生态水位计算如式（2）所示：

式中：Z0为湖底平均高程对应的基准水位；ΔZ最敏感生物为最敏感生物所需的最小空间（基准水位增幅），一般选择鱼类；Zemin为湖泊最低生态水位。

最低水位法：天然情况下的低水位对生态系统的干扰在生态系统的弹性范围内，天然最低水位是生态系统水位阈值的下限，不同统计方法确定的天然最低水位（如瞬时最低水位、日均最低水位、月均最低水位等）不同［18-20］，本文取最枯月平均水位作为最低生态水位。

从湖泊生态用水偏安全角度考虑，选取上述4 种生态水位计算结果外包最大值作为生态水位。湖泊旱警水位和旱保水位计算确定的生态水位分别如式（3）—（4）所示：

式中：Ze，旱警，t和Ze，旱保，t分别为第t月旱警水位和旱保水位计算确定的生态水位；Z1，P=75%，t和Z1，P=95%，t分别为第t月P=75%和P=95%频率下水文频率分析法计算的最低生态水位；Z2、Z3、Z4分别为湖泊形态分析法、生物空间法、最枯月平均水位法计算的最低生态水位。

（2）湖泊外用水需求计算。湖泊外用水需求计算一般采用定额预测法，根据基准年经济社会指标及其用水定额，预测规划水平年经济社会指标及其用水定额，定额预测法需水预测总体思路如图2所示。

图2 定额预测法需水预测总体思路

①经济社会指标预测。

式中：Pi、P0分别为规划水平年和基准水平年经济社会指标；a为经济指标i年内的年平均增长率。

②经济社会指标用水定额预测。

用水定额预测既要考虑经济社会的发展，人民生活水平的提高，又要考虑节约用水的管理目标。规划水平年用水定额应根据节水目标等相关规划和历史用水定额变化综合确定。

③经济社会指标需水预测。

式中：Wi为规划水平年经济社会指标需水预测；Pi为规划水平年经济社会指标；Gi为规划水平年经济社会指标用水定额。

湖泊外用水需求一般为生活用水、农业用水和工业用水需求中的一项或数项，其中农业用水需求随降水频率变化而变化；每项用水需求一般包含一个或多个经济社会指标用水需求，如生活用水需求包含城镇和农村生活用水需求。湖泊外用水需求在分项计算汇总后，将各项用水需求按照实际情况分配到各月，一般来说生活用水和工业用水年内分配比较均匀，农业用水年内差异较大，最后汇总各项月内分配得到各月用水需求。

一般来说，湖泊外用水需求会随经济社会发展变化而变化，管理部门应根据当地实际情况定期调整旱限水位，或者适当超高旱限水位以提前预留部分可供水量（湖泊外用水需求）。

（3）湖泊入湖径流计算。根据湖泊基础资料情况，采用不同方法推求湖泊入湖流量。实测资料法：将湖泊入口处控制性水文站实测数据作为该湖泊的入湖流量。水量平衡法：根据湖泊水位实测资料、湖泊出口处控制站实测数据和湖泊水位-容积曲线，通过水量平衡原理推求入湖流量。水文模型法：采用合适的水文模型（集总式、分布式或人工智能等）对该流域的产汇流过程进行模拟，获得完整长序列入湖流量资料。

（4）湖面蒸散发计算。根据湖泊基础资料情况，采用不同方法推求湖泊蒸散发量。实测资料法：将湖泊蒸发站实测数据作为该湖泊的蒸散发。基于MODIS 卫星数据的湖泊蒸散发量计算：通过MCD18A1 产品和中国气象局获取太阳辐照度、日平均空气温度、露点温度以及风速数据，使用Li⁃acre 公式计算湖泊蒸散发量［21］。

2.4 湖泊旱限水位计算

（1）有源湖旱限水位计算。有供水功能湖泊：在生态水位的基础上叠加湖泊外用水需求，考虑入湖径流及蒸散发进行计算，如式（7）—（8）所示：

式中：Z旱警，t和Z旱保，t分别为第t月旱警水位和旱保水位；Ze，旱警，t和Ze，旱保，t分别为第t月旱警水位和旱保水位计算确定的生态水位；V（）为湖泊水位-容积转换函数；WP=75%，t和WP=95%，t分别为第t月P=75%和P=95%水文频率下湖泊外用水需求；RP=75%，t和RP=95%，t分别为第t月P=75%和P=95%水文频率下入湖径流；EP=75%，t和EP=95%，t分别为第t月P=75%和P=95%水文频率下湖面蒸散发；Z（）为湖泊容积-水位转换函数。

无供水功能湖泊：仅考虑生态水位、入湖径流及蒸散发，旱限水位计算公式如式（9）—（10）所示：

（2）无源湖旱限水位计算。由于无源湖泊仅靠降雨及裂隙水补给，蓄水量不大，调蓄功能弱，且大多位于无人区，一般无需设置旱限水位，故不对其旱限水位计算进行具体分析。

2.5 湖泊旱限水位分期根据湖泊年内来水和用水的差异性，分期设置旱限水位，同一分期内湖泊蓄水量、来水量和用水量应具有较高的相似性。Fisher 最优分割法是一种对有序样本进行聚类的方法，其具有能考虑多指标因子、满足时序性以及能够确定分期数目的特性。综合考虑流域多年平均月降水量、湖泊多年平均月入流量、多年平均月水位、多年平均月需水量，采用Fisher 最优分割法按照水文年进行湖泊旱限水位分期［22］。

2.6 湖泊旱限水位修正与确定在2.4 小节计算的逐月旱限水位和2.5 小节分期的基础上，按照如下步骤进行修正：（1）刚性约束修正。湖泊旱限水位应满足现有湖泊特征水位要求，如旱限水位应不高于汛限水位，应不低于通航水位等；（2）弹性约束修正。当湖泊有特殊生态保护要求时，可根据实际情况灵活调整。如某时段某物种处于繁殖期，对湖泊水质要求较高，此时需要抬高旱限水位；（3）分期修正。为提高旱限水位预警作用，同一分期内多个逐月旱限水位应均修正为外包最大值。当某一分期较长，可根据实际需要重新划分子分期。

2.7 湖泊旱限水位合理性检验湖泊干旱事件发生具有不确定性，需要对湖泊分级分期旱限水位进行合理性检验，验证其干旱预警能力。湖泊旱限水位合理性检验步骤如下：

（1）采用蓄水量距平百分率判断历史各时期湖泊的干旱程度［23］，计算公式如式（11）所示：

式中：S为当前湖泊蓄水量；S0为同期多年平均蓄水量。当Ik位于-10%到-30%时，为轻度干旱；当Ik位于-31%到-50%时，为中度干旱；当Ik位于-51%到-80%时，为重度干旱；当Ik＜-80%时，为特大干旱。

（2）将旱限水位与历史各时期水位进行对比，当旱限水位高于同期历史水位时，则判断该历史时期发生了干旱。

（3）统计蓄水量距平百分率判断的4 种干旱程度与旱限水位判断的干旱在历史同期的一致百分比。一致百分比越高，旱限水位对相应干旱程度的预警能力越强。旱警水位一般能较为可靠预警中度干旱及以上，旱保水位一般能较为可靠预警重度干旱及以上。

3 湖泊旱限水位动态控制方法

为进一步提高旱限水位的预警作用，辨识湖泊在来水比预期偏枯时隐藏的干旱缺水风险，在分级分期旱限水位的基础上，建立湖泊入湖流量中长期预报模型，对湖泊旱限水位进行动态控制。基于预报入湖流量的旱限水位动态控制流程如图3所示。

图3 基于预报入湖流量的旱限水位动态控制流程

3.1 湖泊入湖流量中长期水文预报模型湖泊入湖流量中长期预报涉及多种气象水文物理过程，运用相关性分析和灰色关联分析对入湖流量及其影响因素（降水信息、历史入湖径流、湖泊蓄水位等）进行辨识，得到影响入湖流量主要因素的预报因子集；神经网络可以反映多种输入变量与输出量的映射关系，采用BP 神经网络进行入湖流量预报［24-25］，为湖泊旱限水位动态控制提供决策依据。

3.2 湖泊旱限水位动态控制根据入湖流量中长期预报模型结果，评估本月预报流量与频率入湖流量的差异，对湖泊旱限水位进行动态控制。当本月预报来水较频率来水小时，需抬高旱限水位，提前预警未来可能发生旱情，方便及时启动应急响应；当本月预报来水较频率来水大时，无需调整旱限水位。

基于来水预报的湖泊旱限水位动态控制结果好坏与预报精度显著相关。若入湖流量预报精度较差，旱限水位抬升可能会提前应急响应启动时机，使湖泊水资源未能充分利用，故需对入湖流量中长期水文预报模型预报精度进行评估。

4 试点应用

4.1 研究区域概况洪湖地处长江中游左岸，位于湖北省东南部洪湖市和监利县境内，系长江和汉水支流东津河之间的大型浅水洼地壅塞湖，现存湖泊面积348.2 km2，是湖北省第一大湖泊，中国七大天然淡水湖之一。洪湖以调蓄为主，兼具生物栖息、农业灌溉、观光旅游、交通航运等多种功能，是四湖流域中下区的主要调蓄湖泊和重要生态屏障，也是长江中下游地区湖群中最具代表性的内陆淡水湖泊湿地和生物多样性的代表区域之一。洪湖已列入《国际重要湿地名录》，并成立国家级自然保护区［26］。

图4 洪湖区域示意图

经调研考察，洪湖主要保障目标为湖泊生态系统安全，其次为下内荆河灌区沿岸农田灌溉，不考虑航运等其他目标。洪湖为有源供水湖泊。

4.2 湖泊旱限水位水文要素计算

（1）湖泊生态水位确定。水文频率分析法：根据洪湖挖沟咀水位站实测资料序列（1962—2017年逐日水位），对洪湖各月平均水位进行频率分析计算，选用P-Ⅲ型理论曲线配线，得到挖沟咀水位站在P=75%、P=95%频率下各月平均水位设计成果，如表1所示。

表1 洪湖不同频率下各月平均水位设计成果（单位：m）

湖泊形态分析法：通过2012年荆州市水文局实测的最新洪湖湖泊水位Z和湖泊面积F资料（2012年“一湖一勘”资料），构建湖泊水位Z和湖泊水面面积变化率dF/dZ的关系曲线，如图5所示。由图可知，湖泊水面面积变化率关系曲线的最大值对应的水位为23.20 m，与湖泊天然最低水位相近，因此洪湖生态水位Z2为23.20 m。

图5 湖泊水位和湖泊面积变化率关系曲线

生物空间法：鱼类对湖泊生态系统具有特殊作用，同时对低水位最为敏感，因此假定鱼类的生态水位得到满足，则其他类型生物的生态水位也可得到满足。洪湖湖底平均高程为22.50 m，参考生态水位相关文献研究成果得到洪湖鱼类生存要求的最小水深为1.0 m。因此，洪湖生态水位Z3为23.50 m。

最枯月平均水位法：天然情况下的低水位对生态系统的干扰在生态系统的弹性范围内，并不影响生态系统的稳定。洪湖最枯月平均水位Z4为23.03 m。

从湖泊水生态偏安全角度考虑，取水文频率分析法、湖泊形态分析法、生物空间法和最枯月平均水位法4种方法中最大值作为湖泊生态水位，故洪湖在P=75%、P=95%频率下的生态水位如图6所示。

图6 洪湖在P=75%、P=95%频率下的生态水位

（2）湖泊外用水需求计算。下内荆河灌区现状灌溉面积4.25万hm2（2018年），设计灌溉面积5.43万hm2，多年平均综合净灌溉定额3825 m3/hm2，灌溉水有效利用系数0.508。规划2025年灌溉面积4.79万hm2，多年平均综合净灌溉定额3765 m3/hm2，灌溉水有效利用系数0.536。本次选取2020年作为计算水平年，故2020年灌溉面积预测为4.47 万hm2，多年平均综合净灌溉定额3810 m3/hm2，灌溉水有效利用系数0.516。

根据下内荆河灌区多年实际用水情况，2020 规划水平年75%和95%频率下综合灌溉定额分别为4035 m3/hm2和5085 m3/hm2，则灌溉需水量分别为34 980 万m3和44 083 万m3。根据最严格水资源管理制度“三条红线”，下内荆河灌区用水总量控制指标为38 400 万m3，故调整95%频率下内荆河灌区灌溉需水量为38 400 万m3。按照各月农业灌溉系数分配的逐月需水如表2所示。

表2 下内荆河灌区2020年逐月需水

（3）湖泊入湖径流计算。根据洪湖福田寺节制闸实测入湖径流资料序列（1992—2017年逐月入湖径流），对洪湖各月平均入湖径流进行频率分析计算，得到洪湖在P=75%、P=95%频率下各月平均入湖径流设计成果。

（4）湖面蒸散发计算。根据洪湖湖面的遥感卫星观测蒸发资料序列（2001—2015年逐日蒸发深度、2001—2015年逐日湖面面积），对洪湖各月平均蒸发量进行频率分析计算，选用P-Ⅲ型理论曲线配线，得到洪湖在P=75%、P=95%频率下各月平均蒸发量设计成果。

4.3 湖泊旱限水位计算与分期洪湖为有源有供水功能湖泊，根据旱限水位公式（7）—（8）计算的逐月旱限水位如表3所示。

表3 洪湖不同频率下计算的逐月旱限水位（单位：m）

根据洪湖流域多年平均月降水量、湖泊多年平均月入流量、多年平均月水位、多年平均月需水量等数据资料，采用Fisher 最优分割法进行分期。分期结果为：1—4月（枯水分期）；5—6月（农业用水高峰分期）；7—10月（汛期分期）；11—12月（汛后蓄水分期）。

4.4 湖泊旱限水位修正与确定

（1）刚性约束修正。5月1日至8月31日、9月1日至10月15日洪湖汛限水位分别为24.5 m 和25.5 m，部分月份旱限水位超过汛限水位，需要进行修正，洪湖修正后的逐月旱限水位如表4所示。

表4 洪湖修正后的逐月旱限水位（单位：m）

（2）分期修正。考虑到汛期跨度较长，将汛期进一步分为7—8月和9—10月2 个子分期，然后同一分期旱限水位取各逐月旱限水位中最大值，洪湖修正后的分期旱限水位如表5所示。

表5 洪湖修正后的分期旱限水位（单位：m）

4.5 湖泊旱限水位合理性检验计算1962—2017年洪湖历史各月蓄水量距平百分率，判断历史各月干旱程度；根据修正得到的逐月和分期旱限水位，判断历史各月是否干旱；统计蓄水量距平百分率判断的4 种干旱程度与逐月、分期旱限水位判断的干旱的一致百分比，结果如表6 和表7 所示。

表6 洪湖逐月旱限水位与水文干旱结果一致百分比

表7 洪湖分期旱限水位与水文干旱结果一致百分比

由表6 和表7 可知：（1）逐月旱警水位和分期旱警水位对中度干旱的预警能力分别为46.67%和58.33%，对重度干旱的预警能力分别为98.53%和100%，由此可知，旱警水位能较为可靠预警中度干旱，能有效预警重度干旱及以上；（2）逐月旱保水位和分期旱保水位对重度干旱的预警能力分别为56.25%和75%，对特大干旱的预警能力分别为95%和96.25%，由此可知，旱保水位能较为可靠预警重度干旱，能有效预警特大干旱；（3）分期旱限水位的预警能力较逐月旱限水位有所提升。

通过洪湖试点旱限水位计算及合理性检验，验证了湖泊分级分期旱限水位确定方法的有效性。

4.6 洪湖入湖流量预报结果分析本文使用的气象水文数据包括：（1）历史径流。福田寺（闸上）水文站1998—2017 逐日流量；（2）历史降雨。基于ERA5 再分析数据集，通过反距离权重插值方法获得栅格点的月降水量，再通过加权平均获取洪湖流域1998—2017年的面平均降雨量；（3）历史水位。挖沟咀水位站1998—2017年逐日水位数据。

本文在分析洪湖历史径流、降雨和水位资料的基础上，通过相关性分析和灰色关联分析确定了洪湖入湖流量预报因子集，即前1月和2月入湖流量、上年同期入流、月初水位、前1月初水位、上年同期月均水位和月末水位。以上述预报因子作为输入变量，以洪湖同期入湖流量作为输出量，构建洪湖入湖流量中长期预报BP 神经网络模型。构建的网络共有4 层，其中输入层神经元个数为7，第一层隐藏层神经元个数为14，第二层隐藏层神经元个数为11，输出层神经元个数为1。模型训练时设置的期望误差阈值为1×10-5，最大迭代次数为45 000 次，最大学习率为0.16。模型率定期为1998—2012年，检验期为2013—2017年。由于旱限水位主要在枯水期发挥预警作用，因此本文主要预测洪湖非汛期（11月—次年4月）的入湖流量。

BP 神经网络模型训练后，率定期和检验期入湖流量预报过程分别如图7 和图8所示，结果统计如表8所示。由图和表可知，率定期和检验期预报流量过程与实测流量过程趋势一致，且量级相差较小，确定性系数均超过0.8，精度均为乙级，说明构建的预报模型具有较好的拟合能力和泛化能力。基本达到了中长期径流预报要求，可以为洪湖旱限水位动态控制提供决策依据。

图7 率定期洪湖入湖流量预报过程

图8 检验期洪湖入湖流量预报过程

表8 率定期和检验期洪湖入湖流量预报结果统计

4.7 洪湖旱限水位动态控制结果分析根据湖泊入湖流量中长期预报模型结果，评估本月预报流量与频率入湖流量的差异，对湖泊旱限水位进行动态控制。由于实测资料中各月实际入湖流量均大于各月95%频率入湖流量，故本文不对旱保水位（95%频率）进行动态控制。

动态控制结果如下：（1）统计洪湖1998—2017年枯水期（11月—次年4月）共120 个月实际入湖流量过程，与各月75%频率入湖流量进行对比，共有25 个月实际入湖流量低于75%频率入湖流量，若不抬高旱限水位，提前启动应急响应，可能造成6.23 亿m3水资源短缺，如图9（a）所示；（2）按照旱限水位动态控制方法，当本月预报来水较频率来水小时，抬高旱限水位提前预警，当本月预报来水较频率来水大时，无需调整旱限水位，共有21 个月需抬高旱限水位提前预警，如图9（b）所示；（3）在抬高旱限水位的21 个月中，有9 个月实际入湖流量大于预报入湖流量，当采用动态控制方法提前预警，仍可能造成3.83 亿m3水资源短缺，但比不采用动态控制方法，降低了2.4 亿m3可能缺水量；有12 个月实际入湖流量小于预报入湖流量，当采用动态控制方法提前预警，可能造成1.11 亿m3水资源未能充分利用。

图9 洪湖1998—2017年枯水期各月可能缺水量

根据以上结果分析可知，基于来水预报的湖泊旱限水位动态控制结果好坏与模型预报精度显著相关，采用旱限水位动态控制方法辨识湖泊在来水比预期偏枯时干旱缺水风险的整体准确率为84%（21/25）；尽管采用旱限水位动态控制方法可能造成部分月份水资源不能充分利用，但对比不采用旱限水位动态控制方法可能造成部分月份水资源严重短缺情况，采用旱限水位动态控制方法能够极大缓解部分月份水资源的严重短缺，能有效降低可能缺水情况的发生，为湖泊管理人员提供决策支持。

5 结论

为解决湖泊干旱特征指标体系不完善导致抗旱减灾指挥决策时机把握不准、应急响应过度等问题，本文开展了湖泊旱限水位确定方法研究，提出了一种湖泊分级分期旱限水位确定与动态控制方法，实用性较强、可靠性较高，具有广泛工程应用价值。主要创新如下：（1）针对不同类型湖泊，制定了湖泊旱限水位分级、分期标准，提出了一套较为通用的湖泊分级分期旱限水位确定方法。（2）针对湖泊干旱事件发生过程具有不确定性，采用蓄水量距平百分率作为湖泊旱限水位合理性分析的水文干旱指标，建立了一套相对合理的湖泊旱限水位合理性分析方法。（3）针对湖泊旱限水位动态控制问题，在湖泊旱限水位分级分期的基础上，开展了湖泊入湖流量中长期预报研究，形成了一套实用性较强、可靠性较高的湖泊旱限水位动态控制方法。在实际应用中有待进一步的检验和修正。