变化环境下我国干旱灾害的综合应对

翁白莎 ，严登华

（1.中国水利水电科学研究院水资源研究所，100038，北京；2.天津大学建筑工程学院，300072，天津）

干旱在我国每年都会发生，平均2～3年就会发生一次严重的干旱灾害；1951—2006年我国年均干旱受灾面积为2 194.3万hm2，是同期年均雨涝受灾面积的2.25倍。我国干旱发生的频率、影响范围与影响程度均呈快速增加趋势，1990—1999年和2000—2006年年均干旱受灾面积较1951—2006年分别增加了13.5%和17.2%；1990年以来，我国年均因旱灾造成的直接经济损失约占同期GDP的1%以上，遇严重干旱年景，该比例超过2%。如何应对变化环境、即由人类活动和自然过程相互交织的系统驱动所引起的一系列陆地、大气与水循环变化下的干旱，已成为我国经济社会发展过程中亟待解决的关键问题之一。

本文将在系统识别干旱危害机制及成因的基础上，分析我国干旱特征及发展趋势，并剖析我国在抗旱减灾中存在的问题，进而提出我国干旱综合应对在从“危机管理”向“风险管理”转变的同时，还应在构建物理机制统一的水资源及伴生过程模拟平台的基础上建立干旱风险评价指标体系，为综合应对变化环境下我国的干旱问题提供依据。

一、干旱危害及成因识别

1.干旱的危害

干旱直接影响我国的粮食安全。据1950—2006年的资料统计，全国年均受旱面积2 159.81万hm2，成灾面积 949.60万 hm2，因旱损失粮食154.03亿 kg。其中 1991—2006年全国年均因旱粮食绝收面积289.58万 hm2，饮水困难人口2 923.14万人，饮水困难牲畜2316.64万头。连续干旱还会改变植被条件、土壤的理化生性质以及水文地质条件，进而影响产汇流过程和社会水循环过程，以及水循环伴生的水环境、水生态和水沙过程，诱发一系列次生生态、环境和社会问题。

在干旱期间，河流水量的减少，湖泊水位的降低，使其接纳污染物的空间减少，稀释能力降低，这样，污染物的浓度就会增加。如果进入水中的污染物数量保持不变，但接纳它们的水量减少一半，那么污染物的浓度就会增加一倍，这就会增加污染程度使其超出安全范围。因此，干旱使水污染更加严重，水环境问题更加突出。

2.干旱成因识别

干旱是在全球气候变化和人类活动双重驱动下，水资源—经济社会—生态与环境复杂系统极值缺水过程在不同时空尺度上的综合体现。按受旱机制分类，干旱分为：气象干旱、水文干旱、农业干旱和经济社会干旱。按受旱成因分类，干旱分为：资源型干旱，即干旱区降水量稀少，土壤缺水，不足以满足人的生存和经济发展的需求；工程型干旱，即缺少水利工程的开发调度；政策型干旱，即非理性的水资源分配；结构型干旱，即水质水量达不到用水要求；布局型干旱，即追求经济社会快速发展情势下的水土资源不匹配；管理型干旱，即水资源得不到高效利用和有效调配，缺少全局可靠规划与应对策略；复合型干旱，即多种因素综合作用下的干旱。

系统识别干旱成因是变化环境下我国干旱综合应对的重要前提和基础。从我国干旱成因来看，既受到全球气候变化的影响，也受到经济社会发展过程中非理性水土资源开发活动的影响，同时，强调自然成因和以“危机管理”为主要范式的干旱应对方略也未能有效减缓干旱危害。全球增暖背景下水循环速率的增加，使得水循环系统的稳定性降低；连续少雨等极值天气过程发生的频率和影响范围的增加，从根本上导致了干旱发生的频率、范围和强度增加；同时，全球变化还使得生产、生活和生态需水增加，用水保证率要求增加，加剧了水资源短缺的局面。经济社会发展过程中水资源需求量的无限增长及对水资源的过度开发，使得有效降水和可调控水资源量减少，可调控水资源格局发生变化，增加了区域干旱发生的风险；水利工程系统对水资源的综合调控能力仍不能满足干旱综合应对要求(见图1)。

二、我国干旱特征及在抗旱减灾中存在的问题

1.我国干旱特征

全球自然灾害死亡的人数中有61%是气象灾害造成的，我国近十几年平均每年发生的气象灾害中又以旱灾最多，占总受灾面积的55%。

我国干旱具有普遍性、连续性、季节性和地域性等分布性特征。春季，干旱主要集中在华北大部、东北西部、海南、云南和四川南部，发生频率高达50%～80%；夏季，干旱主要集中在东北西部、华北大部、西北东部及黄淮北部，发生频率达50%～60%；秋季，我国干旱多发区主要分布在东北西南部、华北、黄淮、长江中下游地区和华南等地，发生频率为40%～60%；冬季是全年降水最少的季节，北方农作物停止生长，对作物生长有影响的干旱主要出现在南方。华南、西南为冬旱主要发生区，华南南部及云南大部发生频率达50%～70%。

我国干旱问题越来越突出，发生频率越来越高，影响区域越来越广，经济损失越来越大。我国旱灾发生的频率和强度，以及受灾人数和财产损失程度均有增长的趋势。20世纪50年代平均成灾面积为518万hm2，60年代为 799万 hm2，70年代增至856 万 hm2，80 年代达 1 129 万hm2，90年代高达1 194万hm2，进入21世纪后，2000—2003年4年干旱平均成灾面积达1960万hm2。特别强调的是，2009年我国出现了罕见的50年一遇的特大旱灾，河南、安徽、山东等10个省份遭遇严重干旱，其中山东省农田受旱面积高达2 030万亩（135万hm2），安徽省直接经济损失近16亿元，河南省13万人出现饮水困难。2009年我国干旱主要特征为降水严重偏少，气温偏高；农作物受旱面积大，程度高；部分地区农村饮水困难突出；江河来水持续偏枯，水利工程蓄水严重不足。

2.我国在抗旱减灾中存在的问题

目前，公开发表的干旱定义一共有150多个，每个定义都与某一种活动或某一科学分支相关联。对于农民来说，干旱就是持续一段时间、使农作物产量减少的干燥天气。而气象学家则认为干旱是因长期少雨而空气干燥、土壤缺水的气候现象。对于水利学家来说，干旱就是一段时间内，江河湖库流量和水位有所降低，淡水总量少，不足以满足人的生存和经济发展的现象。因此，目前尚缺乏统一的干旱定义。

据统计，全国有一半以上的耕地缺少灌溉设施，而现有的农田水利工程也因老化失修，难以发挥其价值，效益衰减。大部分地区在旱灾发生时直接抽取地下水进行灌溉，通过这一途径将水从含水层中转移走的速度要快于水流入含水层使其得到补充的速度，一旦地下含水层干涸，干旱过后的降雨必须持续很长时间，让雨水充分渗透，这样水才能向下滴流，使流失的地下水重新恢复。因此，不合理的抗旱灌溉制度加大了干旱可恢复性的难度，甚至超出地下水资源的承载能力，致使隐性干旱的发生。

我国传统的抗旱工作模式是危机管理，即在旱情出现后才对干旱作出反应，临时组织动员广大干部群众，并拿出大量资金和物资投入抗旱减灾工作中。但随着社会主义市场经济体系的不断完善，传统的危机管理模式在观念、措施、手段和政策上呈现出一些不适应的地方：一是重视“抗”,忽视“防”，难以做到以最小的投入取得最大的抗旱减灾效果；二是重视工程措施，忽视非工程措施，难以发挥工程设施的最大抗旱效益；三是重视行政手段，忽视经济、法律、科技手段，抗旱减灾能力缺陷明显；四是重视经济效益，忽视生态效益，难以满足和谐发展要求。

三、变化环境下我国干旱综合应对措施

变化环境下，我国干旱应在实地观测实验以及水循环、水化学、水生态和水沙过程机制识别的基础上，构建干旱指标和模拟预测系统，形成层次化的综合应对体系。从长期宏观发展战略层次上，构建与水资源承载能力相适应的经济社会发展模式（重点种植结构和工业产业结构），可从根本上减少干旱危害；在中尺度时段上，优化水资源调配体系是干旱综合应对的重点；在短尺度时段上，需制定有效应急预案，保障应急水源。

1.实现物理机制统一的水循环及伴生过程模拟及预测预报

传统的气象气候学、水文学、农学和水文地质学的关注焦点分别是大气过程、地表过程、土壤过程以及地下过程，将自然水循环和自然—社会水循环的整体性割裂，因此，应建立物理机制统一的水循环及伴生过程模拟模型，如图2和图3所示。为建立统一物理机制的模型，在模拟开发过程中，要做到模拟要素过程统一、过程表达统一、参数统一和时空尺度统一。

模拟要素过程统一，是指在模拟过程中，考虑到模型耦合的需要和气候—水文—生态—环境—水沙过程的相互影响机制，对模拟的各要素过程进行选取，将各要素过程统一到大气过程、水循环过程（包括地表过程、土壤过程、地下过程）以及水环境和水生态过程中。过程表达统一，一方面是指对于所遴选的基本要素过程选用的数学/物理方程要相同；另一方面是指对于水循环及伴生过程相互影响机制的描述和表达要统一。参数统一，首先表现在参数的物理内涵要统一；其次是指对于所搜集到的多源数据，由于监测方式、基位（天基、空基、地基、海基等）、时空尺度和精度不一致，彼此之间存在较大的差距，不能直接进行应用，在模型输入数据进行模拟预测分析时，要注意进行多源数据的同化。时空尺度统一是指在水循环及伴生过程模拟中，将采用不同时间单位（如水文模拟往往以小时或日为单位，能量过程模拟往往以分钟为单位）和不同空间单位（如水文过程往往是以规则的单元格剖分空间，而生态过程则需要充分考虑到各类植被的空间分布及其立地条件）的模拟过程应用相关的时间尺度转化措施统一到一致的时空尺度上。

2.构建干旱指标体系

不同时期不同地区不同行业对干旱的界定是不一样的。在英国，干旱就是连续15天不下雨，或者在这期间，每天的降雨量不超过1.25mm。美国气象局对干旱的定义是持续21天或21天以上，降雨量低于该地区往年同期降雨量的30%。在北非的部分地区，至少两年不下雨才算是干旱。在印度尼西亚的巴厘，6天不下雨就构成一次干旱。气象干旱与降雨量、蒸发和温度等气候变量有关；农业干旱主要取决于干旱出现的时间、该地区的农作物类型以及降水量；水文干旱与地下水水位、径流变化、水库蓄水量、土壤湿度及积雪量等水系统变量有关；社会经济干旱主要取决于社会环境和经济环境。因此，构建一套适合我国国情的干旱指标体系，对于叙述干旱水平、持续时间、危害程度和分布范围，决定采取干旱对策的时机和响应级别，掌握和比较不同干旱事件的特征具有重要的指导意义。

干旱指标应反映所关注的干旱类型，包括需水、供水、面对干旱表现出来的脆弱性和干旱潜在的影响。干旱指标的表现取决于数据的可获取性和数据质量，在应用于干旱前应该经过测试，在干旱后应该进行评价。干旱指标的选取必须考虑时间和空间的敏感性和特殊性，对不同时期和不同地区采用不同的干旱指标，还要综合考虑各类因素对干旱的影响，尽可能反映水循环及伴生过程中各组成部分之间复杂的相互关系及其影响，建立多指标的干旱指标体系。同时，还要确定与干旱水平在统计上具有一致性的干旱指标阈值，界定干旱的发展和消退。

3.抗旱模式从危机管理向风险管理转变

风险是指事件未来可能结果的发生以及结果带来损失的发生和大小的不确定性。而风险管理就是在对风险进行识别、预测和评价的基础上，优化各种风险处理技术，以一定的风险处理成本达到有效控制和处理风险的过程。其中干旱风险管理是在分析影响区域水安全的不确定因素的基础上，计算风险指标和干旱风险指数，综合分析和评价干旱缺水现象发生的可能性大小、干旱历时长短、系统恢复正常供水的能力，以及干旱缺水的严重程度，进而为水资源管理和决策者提供科学的决策依据。对于由供水水源、供水设施和供水区域组成的供水系统，假定供水设施是可靠的，以及供水区域是限定的，这样供水系统的失事就可以简单地定义为供水水源不能满足供水要求，以至于出现干旱缺水现象。干旱风险管理要求我们有效整合社会资源，从各种抗旱措施中优选最佳方案或将各种抗旱措施有机结合起来，以最小的抗旱投入获得最大的减灾效果。

基于物理机制统一的干旱预警预报模拟模型以及干旱指标体系，按照风险管理的理论准则绘制干旱风险图。干旱风险图是编制抗旱预案的一项重要内容，能直观反映不同干旱等级受旱范围、受旱面积、人口、旱情发展态势、干旱造成的损失以及抗旱工程分布等，能为抗旱决策提供必要的依据，是指导抗旱工作的一个重要手段。根据现有的地图、工程图、规划图和遥感影像图，以及各类有关文件、调查报告、统计数据（如经济数据、气象资料、水文数据和社会数据等），绘制干旱风险图，包括农田受旱面积分布图、农村饮水困难分布图、水利工程抗旱能力分布图、干旱对生态影响分布图和城市供水分布图等。

加强干旱发生的不确定性研究，探讨干旱损失不确定性影响因素之间的相关性、时空变化规律及其耦合作用，进一步加强干旱风险分析理论与模型的研究，从而逐步建立一套涵盖社会合理性、经济合理性、生态合理性等多维分析指标的科学的干旱风险分析指标体系，绘制一套能够充分反映干旱危险性、环境脆弱性、承灾体易损性和旱灾损失程度的干旱风险图。同时，还要加强风险评估结果的可靠性研究，从而进一步推动干旱的风险管理。

最后，根据干旱风险图提出相应的应对策略。例如：加强基础设施建设，增进水资源调配能力；强化非常规水源利用，实现多种水源综合配置；加强需水管理，全面建设节水型社会；实施最严格的水资源保护，维护可再生能力；健全法规和制度体系，实施严格的水资源管理等。

四、结 论

在全球气候变化和经济社会发展过程中非理性水土资源开发活动的影响下，我国干旱发生的频率、影响范围与影响程度不断增加，而强调自然成因和以“危机管理”为主要范式的干旱应对方略也未能有效减缓干旱危害。在全球环境变化的前提下，面对我国干旱缺乏明确统一的干旱定义、完整有效的干旱指标体系以及中长期干旱预警预报系统的现状下，我国干旱综合应对在从 “危机管理”向“风险管理”转变的同时，还应构建物理机制统一的水资源及伴生过程的模拟平台和干旱风险评价指标体系，绘制干旱风险图，为有效合理地提出干旱应对策略提供强有力的依据。但是，我国干旱发生频率大，影响范围广，且具有不确定性、普遍性、季节性、连续性和地域性等多样特征，要实现全面准确实时的干旱预警以及中长期干旱预报尚需作进一步研究。

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