受全球气候变化和人类活动等因素的影响,干旱事件频繁发生,给生态、环境、社会经济的发展带来严重的损害。以径流为主要研究要素的水文干旱联系着气象和农业干旱,研究水文干旱对流域水循环、水资源合理配置以及防旱抗旱起着重要作用。本文以汾河上游为研究区域,采用上静游、汾河水库、寨上和兰村站4个水文站1956~2000年的年、月径流序列为基础资料。首先,通过数理统计的方法,对不同时间尺度的径流序列进行分布优选。其中,分布函数的选择范围有正态分布(NOR)、指数分布(EXP)、对数分布(LN2)、伽马分布(GAM2)、皮尔逊Ⅲ分布(P-Ⅲ)、对数皮尔逊Ⅲ分布(LP-Ⅲ)、威布尔分布(W)、广义极值分布(GEV)、极值I型分布(EV1)、广义帕累托分布(GPA)、逻辑分布(LO)、广义逻辑分布(GLO)。其次,构建汾河上游地区水文干旱指数,划分干旱等级。最后,采用线性趋势法、Mann-Kendall法、R/S分析法、Hilbert-Huang变换和马尔科夫模型分析汾河上游水文干旱特性并预测各水文干旱等级的发生概率。主要研究内容和取得成果如下:(1)汾河上游不同尺度径流量服从的最优分布函数选择。月尺度下,汾河上游上静游、兰村水文站的连续径流序列服从的最佳分布函数为GPA,汾河水库站径流序列的最佳分布函数为GEV,寨上水文站的连续径流序列服从的最优分布函数则是LP-III分布。季尺度下,上静游、寨上、兰村站的径流序列服从的最佳分布函数为W,汾河水库站径流序列的最佳分布函数则为LP-III。年尺度下,汾河上游4个站点径流序列均服从GEV分布。(2)汾河上游水文干旱指数构建及等级划分。根据径流序列的最优分布,标准正态化其累积分布函数后计算得到汾河上游不同尺度下的标准径流干旱指数(standardizedstreamflowdroughtindex,ssdi)。等级划分选用3种方案,第1种是标准降水指数(standardizedprecipitationindex,spi)的干旱等级,第2种是对径流丰枯细化后划分干旱等级,第3种是根据标准正态曲线特性划分得到的干旱等级。将3种方案与汾河流域实际记载的历史干旱事件进行对比,得出第3种方案划分得到的等级适合评价汾河上游地区的水文干旱。(3)汾河上游不同时间尺度下各干旱等级分析。汾河上游1月多发生重旱,2月多发生轻旱、中旱。因冰雪消融,3月~6月以无旱、轻旱为主。7~10月为汾河上游汛期集中月份,以无旱和轻旱为主。11月多发生轻旱、中旱,12月径流补给来源缺乏,发生轻旱、中旱、重旱等级的次数较多。汾河上游春季多发生轻旱,夏季以无旱为主,秋季以轻旱为主,无旱次之,冬季则是轻旱、中旱、重旱发生偏多的季节。月尺度下,汾河上游平均连续3个月发生无旱、轻旱、特旱,平均连续2~3个月发生中旱、重旱。季尺度下,各干旱等级间平均连续历时基本为2个季度。年尺度下,汾河上游多发生轻旱,平均连续2年左右发生无旱、中旱和重旱,平均连续3年发生轻旱,特旱在年尺度下不易连续发生。(4)汾河上游水文干旱特性分析。汾河上游不同时间尺度下的干旱序列主要在1970年左右发生突变。时间尺度越小,干旱序列可能存在的周期越多,时间尺度越大,干旱序列的周期个数越集中。时间延长至年尺度时,汾河上游干旱序列可能存在2~3年、4年、5~7年、22年的周期。汾河上游水文干旱序列随时间的延长呈明显下降趋势,且变化趋势具有正持续性。(5)汾河上游各水文干旱等级发生概率预测。初始状态为无旱或轻旱时,汾河上游在未来1~6个月再次发生无旱与轻旱的概率最大;若初始状态为中旱、重旱,未来1~2月最有可能发生其状态本身,3~6月最可能发生轻旱;初始状态为特旱时,未来1月内再次发生特旱的概率较高,随着预测时间的延长,特旱转移至其他干旱等级的概率增大。