经验频率法分析干旱空间分布特征

2010-02-28沈兴凤李永战赵晓燕王春杰

水科学与工程技术 2010年6期

沈兴凤，李永战，赵晓燕，王春杰

（1.秦皇岛市水利勘测设计有限公司，河北秦皇岛 066000；2.秦皇岛市水利勘测处，河北秦皇岛 066000；3.东港市铁甲水库管理处，河北东港 118300）

近年，干旱灾害影响范围已由农业为主扩展到工业、城市、生态等领域，工农业争水、城乡争水和国民经济挤占生态用水现象越来越严重。部分省市还经常出现两季及以上的连旱，对国民经济发展造成重大的损失和影响。面临如此严峻的干旱情势，开展抗旱规划工作就显得十分迫切和必要。而历史干旱规律分析是开展抗旱规划、评价现状抗旱能力及合理进行抗旱应急水源规划的前提。历史干旱规律分析包括干旱时间分布特征分析和空间分布特征分析。下面以秦皇岛市为例，详细说明历史干旱规律的空间分布特征分析过程。为简化分析过程，以旱粮食损失率来近似代替旱灾损失率，以农业旱灾等级划分来反映旱灾严重程度。

1 基本情况

秦皇岛市地处河北省东北部，北依燕山，南濒渤海，地形趋势北高南低，呈阶梯状分布。该市属暖温带半湿润季风气候，受地形、季风影响，降水量时空分布不匀，年际变化大，干旱持续时间长，东部市区易旱、等级高，发生频率高，且干旱危害程度大。

近年，秦皇岛市干旱呈连季旱发生频次增大、影响范围逐渐加大、损失愈发严重等趋势。

2 资料与方法

2.1 资料

本文所用资料为秦皇岛市各行政分区（市区、抚宁县、昌黎县、卢龙县、青龙县）1990～2007年粮食产量与因旱粮食减产量统计序列。

2.2 因旱粮食损失率计算

因旱粮食损失率（Li）是指发生的旱灾对粮食减产影响量占正常年份粮食产量的比例，可定量反映当年的干旱程度。其计算公式如下：

其中，正常年份粮食产量为前3a粮食产量的平均值。

根据（1）式计算出的因旱粮食损失率（Li），查询“农业旱灾等级划分标准”（见表1），确定出当年的旱灾等级，从而得出历年旱灾等级序列。

表1 农业旱灾等级划分标准

2.3 旱灾损失率经验频率计算

将得出的15a因旱粮食损失率从大到小排列，根据（2）式计算旱灾损失率经验频率。

式中 Pi为旱灾损失率经验频率（%）；i为年号；n为统计年数；m为按由大到小顺序排列的序号第m项。

2.4 因旱粮食损失率与旱灾等级统计分析

通过计算，1993～2007年15a中，2000年因旱粮食损失率最大，为25.5%，该年旱灾等级为严重旱灾；1999年次之，因旱粮食损失率为14.8%，中度旱灾；1995年和1998年因旱粮食损失率最小，均为0.6%，无旱。15a中发生严重干旱1a，中度干旱6a，轻度干旱2a，无旱6a，没有发生特大干旱。

2.5 干旱发生频率

秦皇岛市旱灾损失率由图1可知：秦皇岛市特大旱灾（Li＝30%）的累积经验频率为3%，严重旱灾（Li＝15%）的累积经验频率为18%，中度旱灾（Li＝8%）的累积经验频率为38%，轻度旱灾（Li＝3%）的累积经验频率为66%。

通过计算，秦皇岛市特大旱灾发生频率为3%，严重旱灾发生频率为15%，中度旱灾发生频率为20%，轻度旱灾发生频率为28%。发生频率最大的即为秦皇岛市易发旱灾等级，所以秦皇岛市易发旱灾等级为轻度旱灾，发生频率为28%。

综合上述分析得出：

（1）秦皇岛市区特大旱灾发生频率为13%，严重旱灾发生频率为28%，中度旱灾（易发旱灾）发生频率为32%，轻度旱灾发生频率为24%。

（2）抚宁县特大旱灾发生频率为3%，严重旱灾发生频率为13%，中度旱灾（易发旱灾）发生频率为19%，轻度旱灾发生频率为17%。

（3）昌黎县特大旱灾发生频率为0%，严重旱灾发生频率为3%，中度旱灾发生频率为13%，轻度旱灾（易发旱灾）发生频率为22%。

（4）卢龙县特大旱灾发生频率为4%，严重旱灾发生频率为15%，中度旱灾（易发旱灾）发生频率为21%，轻度旱灾发生频率为17%。

（5）青龙县特大旱灾发生频率为0%，严重旱灾发生频率为5%，中度旱灾发生频率为17%，轻度旱灾（易发旱灾）发生频率为23%。

3 秦皇岛市干旱空间分布特征分析

根据秦皇岛市各县区易发旱灾及发生频率情况，绘制出秦皇岛市旱灾易发地区分布图，见图2。秦皇岛市历史干旱规律在空间分布上的特征：①易发中度旱灾县区3个，其中频率大于30%有1个，频率小于30%有2个；易发轻度旱灾县区有2个；②易发旱灾等级东部较为严重，西部较轻；中部较为严重，南北较轻。秦皇岛市易发旱灾等级没有特大旱灾、严重旱灾，没有无旱县区。