2013年中國南方地區農業旱災風險評估——以湖南省衡陽市為例

劉蘭芳, 肖志成, 陳 濤, 周松秀

(1.衡陽師范學院 資源環境與旅游管理系, 湖南 衡陽 421008; 2.湖南衡陽市氣象局, 湖南 衡陽 421001)

2013年中國南方地區農業旱災風險評估——以湖南省衡陽市為例

劉蘭芳1, 肖志成1, 陳 濤2, 周松秀1

(1.衡陽師范學院 資源環境與旅游管理系, 湖南 衡陽 421008; 2.湖南衡陽市氣象局, 湖南 衡陽 421001)

資助項目：國家自然科學基金項目“我國亞熱帶稻區旱災風險評估與安全減災機理研究:以衡陽盆地為例”(41171075)； 湖南省科技廳計劃資助項目(2012 FJ3019)； 湖南省重點學科人文地理支持項目〔湘教通(2011)76號〕

第一作者：劉蘭芳(1965—),女(漢族),湖南省祁東縣人,博士，教授,主要從事區域自然災害研究工作。E-mail:741291694@qq.com。

摘要：[目的] 對南方典型區域的旱災風險進行評估，為南方防旱減災決策提供依據。[方法] 運用降水標準化指數法(SPI)對2013年湖南省衡陽市干旱危險性進行評價，構建評估指標體系，借助數學模型評估旱災脆弱性。[結果] 衡陽縣、祁東縣為特旱，衡東縣、衡南縣、常寧市、耒陽市屬于重旱區，衡山縣為中旱區。選擇降水量、水利化程度等8個指標體系，并構建數學模型計算衡陽市7個縣域水田系統旱災脆弱度。水田系統旱災脆弱度以衡南縣最大，為0.627，耒陽市最小，為0.429；衡陽縣、衡南縣、祁東縣、常寧市為高度脆弱區，衡山縣、衡東縣、耒陽市是低度脆弱區。[結論] 綜合干旱危險性與水田系統脆弱性來看，衡陽市西部農業旱災風險高于東部農業旱災風險。

關鍵詞：旱災風險; 南方地區

干旱是客觀存在且具有不確定性的一種水量相對虧缺的自然現象，從自然屬性看，干旱有氣象干旱與水文干旱。無論是北方還是南方，氣象干旱與水文干旱一直是我國農業面臨的重大自然致災因子之一，制約著農業可持續發展。為了保障農業穩步發展，理應在科學評估農業旱災風險基礎上，尋找有效的防旱抗旱對策。我國北方農業旱災風險評估已引起學術界的高度重視，但南方旱災風險評估沒有引起學術界的充分關注[1]。然而近年來，南方氣象干旱事件接連不斷，2006年夏季，重慶和四川地區持續高溫少雨，遭遇百年一遇的伏旱[2]；2010年貴州、湖南、廣西等省區遭遇重大旱災；2011年中國南方5省遭遇百年難遇的干旱，旱災受災人口達3 483.3萬，423.6萬人飲水困難，農作物受災面積3.705×106hm2，直接經濟損失149.4億元；2013年，中國南方再一次遭遇干旱災害風險。客觀事實表明，在全球變暖背景下，中國南方干旱災害風險性呈增長趨勢，因此，加強南方干旱災害風險研究具有重要的理論價值與現實意義。

目前，國內外對旱災風險評估方面已進行了大量的研究，其內容涉及到干旱指標等級劃分與旱災脆弱性評價等。針對干旱指標等級劃分的研究頗多，大致有氣象干旱指標、水文干旱指標、農業干旱指標以及社會經濟干旱指標等[3]。氣象干旱指標主要是依據氣象數據，建立數學模型進行計算獲取的指標，其目的用于診斷某時段內因天氣異常引起的水分虧欠程度；水文干旱是指水循環系統失衡的水資源短缺現象，其判斷指標主要從徑流量角度考慮；農業干旱是農作物在生長過程中的缺水現象，農業干旱指標主要從土壤含水率與農業旱情方面確定；社會經濟干旱指標主要評估由于氣象干旱與水分干旱所造成的經濟損失，通常擬用損失系數法。許多學者采取損失系數法對我國北方地區旱災風險進行了研究。如薛昌穎等[4]利用河北及京津地區1949—2000年的冬小麥實際產量資料，選取歷年減產率的變異系數、歷年平均減產率和減產率風險概率作為評價指標，估算了干旱氣候條件下河北及京津地區歷年冬小麥產量災損的風險水平。張文宗等[5]以氣象減產等級為指標，對河北省冬小麥旱災風險進行了分析，提出了河北省冬小麥旱災風險指數的計算方法并進行了區劃。許凱等[6]采取旱災損失的概率曲線法對河北承德市的農業旱災進行了風險評估。綜觀農業旱災風險評估的研究成果，存在一些不足。首先，關于氣象干旱、水文干旱、農業干旱與旱災風險的關系有待進一步研究。本研究認為氣象干旱是水文干旱與農業干旱發生的前提條件，一般而言，如果某個區域出現了水文干旱或農業干旱，其前期往往出現了氣象干旱，因此氣象干旱危險性評估是旱災風險評估的重要內容。其次，無論是從干旱等級指標還是從旱災脆弱性角度評價旱災風險性，大多數學者都選擇我國北方干旱與半干旱區為案例進行實證研究[7-11]，而對于南方濕潤地區的季節性干旱災害未引起大家的重視，但南方季節性干旱災害突出，對農業發展以及生態環境的影響明顯，為此應加強南方季節性干旱災害的風險研究。此外，缺乏對區域旱災的綜合風險研究。從農業旱災風險形成機理來看，農業旱災風險性的形成是干旱危險性與農業系統脆弱性綜合作用的結果[12]，因此旱災風險評估要重視對干旱危險性和農業系統脆弱性的綜合研究。針對現有旱災風險評估缺乏南方濕潤地區的實證研究，本研究選取季節性氣象干旱十分明顯的衡陽市為研究區域，利用衡陽市近30 a降水量氣候平均值與2013年逐日降水數據，借助數學方法分別計算衡陽市轄區的7個縣域氣象干旱等級指數，從而揭示2013年衡陽市氣象干旱的區域差異。借鑒前人研究成果，本研究認為農業旱災風險是氣象干旱背景下，因不同的農田系統特征而產生，為此既評估了不同縣域的氣象干旱危險性，同時又構建了縣域尺度的水田系統旱災脆弱性的評估指標與評估方法，依托衡陽市各個縣域的相關數據對7個縣域水田系統旱災脆弱性進行定量評估。評估結果對于衡陽市有效實施農業防旱抗旱、減輕旱災損失，保障水稻生產及糧食安全具有重要的參考價值，也是區域制定中長期農業發展政策的依據。

1研究區概況

衡陽市位于湖南省南部地區，湘江中游，地處26°07′—27°28′N，111°32′—113°17′E。全市總面積15 310 km2，其中山地占21%，丘陵占27%，平原占20.8%，水面占4%。地勢由西南向東北傾斜，構成典型的盆地地形特征。境內河長5 km的大小河流393條，這些大小河流隸屬湘江水系，其徑流均為雨水補給型。由于地理位置、地形、季風環流等綜合影響，降雨、徑流時空差異明顯。從空間上來看，周圍山地降雨、徑流豐富，中部廣闊的丘陵、平原區域水資源貧乏。該區降雨集中在3—6月，約占年降雨量60%～70%，汛期(4—6月)地表徑流占年徑流的70%～80%，其它時期地表徑流貧乏，尤其是7—9月，無論是降雨量還是徑流量都偏少，而7—9月正是晚稻需水時期，因此氣象干旱是水稻生產面臨的嚴重致災因子。為了降低氣象干旱造成的影響，衡陽市自20世紀60年代以來修建了一些水利設施，但現有的水利設施嚴重不足且大多分布在周圍的山丘地帶，而中部水田成片的區域灌溉條件較差，導致水稻生產很大程度上依賴自然降水，一旦自然降水異常，極易造成水稻旱災發生。統計分析得出：當7—9月的降水距平低于-30%時，區域內水稻生產就出現嚴重的旱情。2013年衡陽市7—9月降水距平平均值為-35.9%，是本世紀以來降水距平最小的一年(圖1)，與此同時，來自洞庭湖區等其它區域的客水補給也嚴重不足，致使農業出現嚴重旱情。調查得知，2013年氣象干旱造成衡陽市農業直接經濟損失高達39.54萬元，一季中稻受災率為58.7%，成災率達79.1%；20%的稻田無法正常栽種晚稻,已經栽種的晚稻受災率64.5%。該市286條中小河流斷流，水庫干涸27座，因旱造成47.2萬人飲水困難，大牲畜12.3萬頭缺乏水源。由于2013年氣象干旱突出，以2013年為案例，進行旱災風險分析具有較好的代表性，有利于衡陽市應對類似2013年氣象干旱的防旱減災，對我國亞熱帶稻區應對類似干旱問題也有一定的借鑒作用。

2研究方法

何為旱災風險性，災害學界目前還沒有統一的定論。國際減災戰略(ISDR)及Blaikie[13]認為，自然災害是致災因子危險性與承災體脆弱性共同作用的結果。依據該理論，將農業旱災風險性定義為氣象干旱危險性與旱災脆弱性共同作用的結果。分別進行氣象干旱危險性評估與旱災脆弱性評估。

圖1　衡陽市2001-2013年7-9月降水距平百分率

2.1　氣象干旱危險性評估方法

南方季節性干旱主要是降水異常引起，故干旱危險性指數可用標準化降水指數確定，即采用Z指數法判定干旱危險性。依據國家氣象干旱等級劃分標準[14]和衡陽市歷年干旱情況，計算Z指數(即標準化降水指數，SPI)，將干旱危險性等級劃分成5個等級(表1)。

表1　干旱危險性等級劃分標準

2.2　旱災脆弱性評估指標體系及評估方法

2.2.1旱災脆弱性評估指標體系旱災脆弱性是指承災體敏感于遭受干旱威脅和損失的性質與狀態，它受到區域自然系統與社會系統共同影響。衡陽市以種植水稻為主，按照水稻生產的特點與旱災脆弱性形成原因以及指標數據的可取性，本研究選取降水量、蒸發量、森林覆蓋率、水田密度、農民人均純收入、水利化程度、水稻種植面積、人口密度等8個要素作為旱災脆弱性評價指標。在8個指標中，有些與旱災脆弱性呈正相關，既數值越大，旱災脆弱性越強。如蒸發量越大，水稻遭受干旱威脅可能性越大，也就是旱災脆弱性愈強；人口越多，需水量也多，旱災脆弱性愈強；同樣道理，當水田密度與水稻種植面積愈大時，旱災脆弱性也愈強。降水量越多，水稻遭受干旱威脅越少，旱災脆弱性越小；水利設施是抗旱最有效的措施，水利化程度越高，抗旱效率越好，旱災脆弱性越弱；農民人均純收入越大，用于抗旱的經費越多，抗旱能力越強，旱災脆弱性越小；森林具有蓄水功能，當森林覆蓋率越高時，其蓄水量越多，旱災脆弱性越小。由此可見，降水量、農民人均純收入、森林覆蓋率以及水利化程度與旱災脆弱性呈反相關，也就是數據越大，旱災脆弱性越小。

2.2.2旱災脆弱性評估方法按照上述選取的8個指標，獲取研究區相關數據(表2)，由于有些指標與旱災脆弱性呈正相關，有些呈反相關，為了一致性與避免計算過程中數據龐大而繁瑣，對研究區的原始數據可以采取公式(1—2)進行簡化處理，其中呈正相關的指標用公式(1)處理，如蒸發量、人口密度、水田密度以及水稻種植面積；降水量、農民人均純收入、森林覆蓋率以及水利化程度與旱災脆弱性呈反相關，用公式(2)處理。旱災脆弱性是降水量、水利化程度等8個因素共同作用的結果，每個因素所起的作用不同，為此用不同權重反映，同時建立數學模型對區域進行旱災脆弱性評估，即公式(3)。

(1)

(2)

(3)

3結果分析

3.1　氣象干旱危險性評估結果分析

以衡陽市轄區的7個縣為研究對象，選擇各個縣域2013年6—10月的降水量作為時段降水量X，計算各個縣域的干旱危險性指數。按照表1對計算結果進行等級劃分，在此基礎上，利用GIS技術進行空間分析。由圖2看出，2013年衡陽市7個縣域均面臨著不同等級的干旱危險性，其中衡山縣屬于中旱；衡東縣、衡南縣、常寧市、耒陽市等4個縣市遭遇重旱，占衡陽市整個縣域單元的57.1%，衡陽縣、祁東縣為特旱，特旱縣域占28.6%。圖2表明，衡陽市西北部干旱危險性高于東南部，這說明2013年衡陽市西北部降水與歷史時期相比，降水量減少程度較大。造成這種降水異常的主要原因是2013年6月初以來西太平洋副高偏強，夏季風明顯變弱，使得衡陽市西北部長期處在副高脊線控制，下沉氣流為主，缺乏降水形成條件。與歷史時期氣候相比，衡山縣2013年降水量稍有減少，這與南岳衡山地形抬升，造成少量地形雨相關。

圖2　衡陽市2013年干旱危險性分布

3.2　旱災脆弱性結果分析

依據確定的旱災脆弱性評估指標體系，獲取衡陽市7個縣域相關原始數據(表2)，其中降水量、蒸發量數據來自于衡陽市氣象局，其它數據來自于衡陽市統計局。利用公式(1—2)對表2數據進行規范化處理，通過專家咨詢與借助以往研究成果，得出各個指標的權重，數據處理結果與權重詳見表3。基于表3數據，利用公式(3)可以求得衡陽市7個縣域旱災脆弱性指數，結果詳見表4。由表4可知，衡南縣旱災脆弱性最強，高達0.627；耒陽市最小，為0.429。為了更直觀地反映旱災脆弱性區域差異，用區域旱災脆弱性指數的平均值0.535作為劃分標準，旱災脆弱性指數高于0.535的縣域為高度脆弱區，旱災脆弱性指數低于0.535的縣域定位低度脆弱區。依據評價結果，利用GIS技術繪制衡陽市水田系統旱災脆弱性空間分布圖(圖3)。由圖3看出，衡陽市西部旱災脆弱性高于東部旱災脆弱性。這主要是由于東部經濟較發達，水利化程度高。

圖3　衡陽市2013年水田系統旱災脆弱性分布

地區降水量/mm農民人均純收入/元水利化程度/(m3·hm-2)森林覆蓋率/%水田密度/(hm2·hm-2)人口密度/(人·km-2)水稻種植面積/(103hm2)蒸發量/mm衡山縣463.188331.6546.417.344629.4947.4衡東縣448.688561.6353.715.435357.7979.7衡陽縣404.384771.9437.619.944692.0964.3衡南縣423.898731.5429.420.939697.21032.7祁東縣442.277271.6935.717.350468.4859.3常寧市438.771191.2949.516.142560.4821.4耒陽市456.5105452.5648.914.648174.3883.2

表3　衡陽市2013年水田系統旱災脆弱性評估數據處理結果

表4　衡陽市2013年水田系統旱災脆弱性評估結果

4結 論

(1) 衡陽市西北部干旱危險性高于東南部，尤其是衡陽縣、祁東縣干旱危險性最強，這與2013年祁東縣、衡陽縣大面積一季水稻枯死絕收的實際情況吻合。由此可見，Z指數法判定衡陽市氣象干旱危險性具有較好的可信性。

(2) 旱災脆弱性是水田系統敏感于遭受干旱威脅的性質與狀態，受到區域自然環境與社會因素的共同影響。基于旱災脆弱性的形成原因，選取水利化程度、農民人均收入、森林覆蓋率、蒸發量等8個指標作為水田系統旱災脆弱性評估指標體系，借助數理分析方法構建了旱災脆弱性評估模型。從氣象部門、農業部門等獲取了衡陽市水田系統旱災脆弱性評估數據，分別計算了衡陽市縣級行政區的旱災脆弱性。旱災脆弱性最大的是衡南縣，脆弱度為0.627，最小的是耒陽市，為0.429。衡山縣、衡東縣以及耒陽市屬于低度脆弱區，祁東縣、衡陽縣、衡南縣以及常寧市屬于高度脆弱區，大體上表現為衡陽市東部旱災脆弱性低于西部旱災脆弱性，旱災脆弱性這種空間分布強化了衡陽市旱災風險性的區域差異。

(3) 農業旱災風險形成過程十分復雜，涉及到的因素眾多，如何從綜合的角度，評估旱災風險是旱災研究領域中難度較大的課題。本研究基于國際減災戰略(ISDR)及Blaikie的自然災害風險評估概念模型，確定干旱危險性判定方法與旱災脆弱性評估模型，并將其運用到衡陽市2013年旱災風險評估當中，具有一定的科學意義，但對于綜合風險指數有待下一步研究。

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Assessment of Agricultural Drought Risk in Southern China in 2013 A Case Study in Hengyang City, Hu’nan Province

LIU Lanfang1, XIAO Zhicheng1, CHEN Tao2, ZHOU Songxiu1

(1.Dept.ofResourceEnvironment&TourismManagement,HengyangNormalUniversity,Hengyang，Hu’nan421002,China; 2.HengyangMeteorologicalBureau,Hengyang，Hu’nan421001,China)

Abstract：[Objective] The prior work of drought risk assessment taken Hengyang City as a typical region in Southern China was conducted to guide the consequent drought-control decision-making.[Methods] The standardized precipitation index was used to assess the drought risk in Hengyang City of Hu’nan Province in 2013. The mathematical model is built to calculate the drought vulnerability in the city by selecting indicator system.[Results] The drought risk of Hengyang City was sub-zoned as followings: extreme drought subzone includes Hengyang and Qidong Counties; severe drought subzone includes Hengdong, Hengnan, Changning and Leiyang Counties, and Hengshan County is in the moderate drought subzone. After that, eight indicators as precipitation, the degree of irrigation, and etc. were used to calculate the drought vulnerability of the paddy filed system in seven counties of Hengyang City with a mathematical method. The drought vulnerability of the paddy filed system in Hengnan County has the maximum valueas(0.627), Leiyang County has the minimum value(0.429). The counties of Hengyang, Hengnan, Changning and Qidong are highly vulnerable areas and the counties of Hengshan, Hengdong and Leiyang belong to low vulnerable areas.[Conclusion]The western counties of Hengyang City may potentially undergo more frequent and greater drought risk than the western counties when both drought risk and the vulnerability of the paddy filed system were considered.

Keywords:drought risk; Southern China

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)02-0274-05

中圖分類號：S423, X43

收稿日期：2014-01-13修回日期：2014-04-02