2013年中國南方農業旱災風險形成機理研究——以湖南省衡陽市為例

劉蘭芳，陳 濤，肖志成，譚青山，金菊良，周松秀

（1.衡陽師范學院 資源環境與旅游管理系，湖南 衡陽 421002；2.湖南衡陽市氣象局，湖南 衡陽 421001；3.合肥工業大學 水資源與環境工程研究所，安徽 合肥 230009）

干旱缺水制約農業可持續發展［1］，嚴重威脅中國糧食安全，旱災風險也就成為中國農業生產面臨的重大問題。據統計我國氣象災害損失約占各類自然災害損失的70%，而旱災損失占氣象災害損失的50%以上［2］。隨著全球變暖，蒸發加強，干旱危險性加劇，旱災風險性有增強趨勢［3］。因此，全球變暖背景下，識別與診斷干旱致災因子，探討旱災風險形成機制對中國農業防旱抗旱具有重要的理論意義。旱災風險研究已成為災害學界的熱點問題［4］。近幾十年來，我國旱災研究側重旱災風險評價指標構建、干旱指標等級劃分以及干旱時空分布規律等［5］。但綜合考慮致災因子、孕災環境以及抗災應急管理的研究不多，同時現有的區域旱災研究主要集中在北方干旱區，而對于南方季節性旱災風險的成因研究較少［6－9］。

2013年6月以來，中國南方出現了長時間高溫少雨天氣。依據災害系統論，表明中國南方遭遇了高強度的干旱致災因子。中國南方又是重要的水稻生產基地，高強度的干旱致災因子，給水稻生產造成一定影響。從風險角度來看，也就是南方水稻生產出現了旱災風險。在區域災害研究中，一般可用農業旱情來描述旱災風險，即可采用農業旱災受災率與成災率進行量化評價。當旱災受災率大于50%時，或成災率大于60%，可判定為特大干旱。2013年衡陽市一季中稻受災率為58.7%，成災率達79.1%。由此可見，2013年衡陽市遭遇了特大旱災風險。如此巨大的旱災災情風險是多種因素共同作用的結果。根據區域自然災害系統理論，災害風險是致災因子、孕災環境以及抗災應急管理系統共同作用的結果。為此，本文立足系統理念，從致災因子、孕災環境以及抗旱應急管理三個方面分析2013年衡陽市旱災風險的形成機理。

1 干旱高危險性是旱災風險形成的直接原因

災害系統論認為，形成災情風險的直接因素叫致災因子，其程度用危險度確定。針對同樣的承災體而言，致災因子危險度越高，造成的災情越大，也就是旱災風險性越大。2013年中國南方旱災風險的形成與高危險性干旱致災因子有著密切聯系。本文用綜合氣象干旱指數CI來判定干旱致災因子的危險度（Hd）。

1.1 2013年干旱危險度確定方法

干旱危險度確定方法眾多，本文采取綜合氣象干旱指數法（CI）。因為綜合干旱指數法（CI）考慮了降水和蒸發兩個因子，季節性干旱區更適合采取此方法。其計算公式為：

公式（1）中Z30、Z90分別是近30d和近90d標準化降水指數；M30是近30d相對濕潤指數；a表示近30d標準化降水系數，這里取平均值0.4；c是近30d相對濕潤系數，平均取0.8。依據《氣象干旱等級》國家標準，當連續10天CI≤－0.6時，就確定為發生一次干旱過程。干旱過程的開始日為第1天出現CI≤－0.6的日期，結束日期為最后1次CI＞－0.6的日期。干旱危險度（Hd）就是干旱過程中所有天的CI指數和，計算公式為：

公式（2）中Hd為干旱危險度，其值越小，危險性越高；CIni為干旱過程中第i天的綜合干旱指數；n為干旱過程的總天數。

1.2 2013年衡陽市干旱危險度特征分析

依據衡陽市7個氣象觀測站2013年1月1—2013年10月逐日氣溫、降水數據，利用公式（1）計算出各站點每天的CI值，同時依據CI≤－0.6確定干旱過程，利用公式（2）計算干旱過程中的干旱危險度（Hd），結果見表1。

表1 衡陽市干旱過程診斷及干旱危險度（2013年1月—2013年10月）

續表

由表1看出，2013年衡陽市各個縣域均出現了較長的干旱過程，干旱危險度較高，導致衡陽市自6月中旬以來，一直遭遇旱災風險。最早一次干旱過程是3月9日～3月19日，發生在衡陽縣；持續時間最長的一次干旱過程出現在衡南縣，長達140d。將各個縣域干旱持續日數累計統計，以衡陽縣干旱日數最大，為150d，常寧市干旱日數最小，為98d。干旱危險度最高是衡南縣，衡陽縣次之。正是這種干旱危險性的區域差異，使得衡南縣、衡陽縣、祁東縣成為了旱災高風險區，而常寧市、耒陽市為旱災低風險區。

2 敏感的孕災環境誘發了旱災風險

2.1 異常的環流導致持續高溫少雨天氣

從500hPa高度場圖（圖1a）可以看出：歐亞大陸范圍內為強經向環流，西太平洋副熱帶高壓發展強盛并向西伸，588位勢米閉合高壓單體控制東海，湖南及華南大部在586位勢米控制范圍之內，在中國大陸西北部為586位勢米閉合高壓單體控制，中心大約在35°N，90°E附近。由圖1b看出，暖中心與高度中心相匹配。這種波長較長的高壓中心位置分布及與溫度場的配置，有利于天氣系統的持續和穩定。致使衡陽市長時間受到586位勢米閉合高壓單體控制，從而導致該區域長時間的高溫少雨的天氣。從中層環流（圖2）可以看見，在80～110°E，30～40°N有15℃和18℃的暖中心存在，衡陽市位于暖中心的東側，而700hPa和850hPa環流以西風為主，故衡陽市中層大氣出現暖平流，從而對衡陽市起著增溫的作用。由圖3可知，衡陽市垂直速度為正值，反映該處的下沉氣流強，不具備降水形成條件。結合上述高層溫度分布情況，由于大氣高層溫度比常年要低，高層空氣下沉并增強，使中低層的溫度維持在比較高的水平，而衡陽市正好處于這個區域，造成此地區長時間出現高溫少雨天氣。再者，2013年臺風活動較常年偏少也是衡陽市長時間高溫少雨形成的原因之一。臺風是中國南方地區降水的重要天氣系統之一，常年平均有3～4個臺風登陸給我國內陸地區帶來豐富的降水。但2013年6月以來，登陸臺風只有2個，且臺風勢力弱小，根本沒有進入到湖南省衡陽市。此外，2013年6月至7月，南海夏季風偏弱，不能與北方的冷空氣在長江以南地區交匯也是造成衡陽市長時間高溫少雨天氣的原因之一。

圖1 2013年7月500hPa高度場（a，10gpm）和溫度場（b，℃）

圖2 2013年7月700hPa溫度場

圖3 2013年7月700hPa垂直速度圖

2.2 嚴重的水土流失強化了干旱危險性

衡陽市土壤以紅壤為主，約占整個衡陽市土壤面積的57.9%。由于紅壤保水能力差，一旦遇上干旱季節，土壤蓄水不足，容易形成季節性土壤缺水；在雨季，紅壤區地表徑流過大，又加速了水土流失。據湖南省土壤侵蝕遙感調查資料，衡陽市2012年土壤侵蝕總面積3 896km2，占全市土地總面積的25.5%，其中中度以上土壤侵蝕面積2 902km2，占總侵蝕面積的74.5%。其中以衡南縣土壤侵蝕面積最大，全縣土壤侵蝕面積915km2，占其總面積的34%，尤其是在紫色頁巖和第四紀粘土大面積分布的丘崗荒地，在其特定的氣候土壤條件下，植被破壞后很難恢復，許多地方長期以來植被稀少，生態環境繼續惡化，造成土地退化嚴重，甚至土地荒蕪，基巖裸露，呈現出以侵蝕劣地為標志的紅色荒漠化景觀。水土流失嚴重，導致阻塞河湖山塘，從而加劇了2013年干旱的危險性。

3 抗旱應急管理系統不完善強化了旱災風險性

完善而有效的抗旱應急管理系統可以減輕旱情，也就是能降低災害風險，反之則會強化災害風險性。抗旱應急管理是一個動態管理，包括干旱發生前的預防災害的各類措施以及干旱發生過程中的抗旱決策等。2013年衡陽市旱災損失嚴重，致災因子強度大是根本原因，但抗旱應急管理中存在的諸多問題起著強化作用。

3.1 水利工程防旱能力不足

衡陽市屬于典型的亞熱帶季風性濕潤氣候，年降水量豐富，但季節分布不均勻，要保證農業用水安全，必須實施跨時間調水，也就是在雨季要依靠水利工程進行蓄水，因此水利設施的數量與質量是衡陽市農業有效防御干旱災害的首要手段。衡陽市現有水利設施數量不能滿足農業蓄水需要。目前全市擁有各類水利設施44.16萬處，但大、中型水庫嚴重不足，其設計灌溉面積1.867×105hm2，全市耕地面積達2.93×105hm2，尚有1.07×105hm2耕地缺乏良好的灌溉條件。全市擁有的小型水利設施數量較多但蓄水能力小，且其分布極不均勻并淤積嚴重，尤其是水田集中成片的區域，缺乏水利設施，導致水稻種植區需水量大，但蓄水量小的矛盾的產生。全市有效灌溉率為75%，尚有25%的水稻田沒有水利灌溉設施，而這部分水田又是重要的水稻生產基地，致使其干旱災害風險大。水利設施除了數量不足，還存在工程質量差，安全灌溉效率較低的問題。衡陽市水利設施絕大部分建于20世紀50—60年代，因當時資金少，設備材料緊缺，設計標準偏低，通過幾十年的運行，工程老化，無資金維修與更新改造，工程安全問題日益嚴重。據調查統計，全市58%的中型水庫為嚴重病險水庫，71%的山坪塘屬于漏塘，40%的小型水庫不能正常蓄水。由于數量不足且安全蓄水能力差，導致全市尚有651 623人處于飲水十分困難，灌溉用水十分困難的耕地達3.9×104hm2（見表2）。由表2看出，以衡東縣有效灌溉率最大，故2013年干旱期間，衡東縣水稻受災面積偏小；祁東縣有效灌溉率最低，也致使該縣水稻受災面積最大，實地考察得知，祁東縣風石堰鎮小橋村水稻旱災受災率為90%以上，近50%的中稻顆粒無收。

表2 衡陽市主要水利設施與抗旱能力及缺水統計情況

3.2 抗旱應急處理措施不得力

如前所述，2013年自6月中旬以來，衡陽市就進入了高溫干旱過程，但其間抗旱應急處理措施不得力，主要表現在：

一是機電灌溉設備維修管理不到位，導致實際灌溉效率不足。抗旱減災最直接的方式就是及時引水灌溉，灌溉效率高低一方面決定于充足水源，對于衡陽市而言，如前所述，由于水利設施不足，2013年前期蓄水十分有限，這加大了干旱期間抗旱的艱巨性；另一方面，衡陽市2013年實際灌溉效率較低（見表3）。衡陽市實際灌溉效率偏低，其原因主要是80%左右的電灌站建于20世紀60—70年代，其運行時間達40多年，長時間運行，又沒有專業人員進行及時維修與管理，大部分設備老化，難以進行高效灌溉，甚至有些電灌站無法正常運行。如衡山縣不能正常運行的電灌站占27%，衡南縣電灌站80%屬于淘汰設備，祁東縣能正常工作的電灌站只有10%［10］。本區稻田成片的區域其水源是從水庫、山塘，通過溝渠引水灌溉，而所有的溝渠也始建于20世紀50—70年代，都是土質溝渠，以漫灌的方式進行灌溉，其水資源利用率為30%左右。由此可見，本就不足的水資源，由于設備老化，灌溉方式陳舊，造成實際灌溉能力顯著下降，干旱風險性明顯加強。

表3 2013年衡陽市灌溉效率統計

二是干旱監測與預警信息系統不健全，導致衡陽市抗旱應急處理不當。自然災害一般具有突發性，盡早進行災前預報，提醒人們做好各項應對災害的準備以及如何在最短的時間提示處在危險中的承災體及時進行抗災減災都十分重要。2013年干旱出現前，氣象部門沒有做到未雨綢繆，未能提示水利部門、農業部門做好抗旱的物質準備，尤其是在5月沒有保證水利設施充分蓄水，導致6月以來抗旱缺少水源。再者，由于干旱監測結果不及時，直至7月上旬，政府部分還未意識到干旱的嚴重性，特別是基層領導沒有引導農戶做好抗旱的心理準備與物質儲備，使得當地農戶面對長時間的高溫干旱天氣時束手無策。

此外，抗旱應急管理處理不當行為還表現在引水灌溉缺乏全局考慮，農戶之間、水稻種植農戶與水庫承包者之間難以相互協調，造成人為放大旱災風險性。實地調查得知，祁東縣風石堰鎮唐福沖水庫有一定數量的蓄水，可以保證其灌溉區水稻種植所需水量，但水庫承包者因顧及自己的利益，不愿意放水給水稻種植戶進行水利灌溉，致使其灌溉區干旱風險性擴大。

4 結 語

2013年衡陽市旱災風險性的形成是天災與人禍共同結果。一方面是環流異常導致高危險性的干旱過程，另一方是農田水利設施薄弱導致抗旱能力不足，同時還存在抗旱應急管理處理不當，使得抗旱減災難以實現。因此衡陽市應加強水利設施建設，健全抗旱應急管理系統，提高區域抗旱減災能力。

［1］王婷，袁淑杰，王鵬，等.基于兩種方法的四川水稻氣候干旱風險評價對比［J］.中國農業氣象，2013，34（4）：455－461.

［2］劉彤，閆天池.我國的主要氣象災害及其經濟損失［J］.自然災害學報，2011，20（2）：90－95.

［3］王靜愛，孫恒，徐偉，等.近50年中國旱災的時空變化［J］.自然災害學報，2002，11（2）：1－6.

［4］賈慧聰，王靜愛.國內外不同尺度的旱災風險評價研究進展［J］.自然災害學報，2011，20（2）：138－145.

［5］秦越，徐翔宇，許 凱，等.農業干旱災害風險模糊評價體系及其應用［J］.農業工程學報，2013，29（10）：83－91.

［6］LONG Xin，ZHEN Lin，CHENG Shengkui，et al.Quantitative assessment and spatial characteristics of agricultural drought risk in the Jinghe Watershed，northwestern China［J］.Journal of Resources and Ecology，2011，2（4）：338－343.

［7］周揚，李寧，吳吉東.內蒙古地區近30年干旱特征及其成災原因［J］.災害學，2011，28（4）：67－73.

［8］王志強，馬箐，廖永豐，等.農業旱災適應性評價與適應模式研究：以山西省大同縣為例［J］.干旱區資源與環境，2013，27（3）：67－73.

［9］石城，蔣尚明，金菊良，等.江淮丘陵區農業旱災規律分析［J］.衡陽師范學院學報，2013，34（3）：92－96.

［10］劉蘭芳.亞熱帶稻區水利設施與抗旱能力評價及安全減災研究：以湖南省衡陽市為例［J］.中國農村水利水電，2012（3）：146－148.