干旱灾害风险调控的理论技术分析与探讨

徐翔宇，郦建强，李原园

（水利部水利水电规划设计总院，100120，北京）

一、旱灾风险调控研究现状

在我国几千年的历史进程中，旱灾是对经济社会发展影响最大的自然灾害之一。由旱灾引起的社会动荡时有发生，如果统治者应对不当，甚至会导致改朝换代，因此如何降低旱灾风险始终是历代政府的执政重心。我国古代为了降低旱灾风险，建设了都江堰、灵渠、中国大运河等举世闻名的水利工程，通过构建区域水资源的调配和利用体系，减少干旱缺水对农业生产的影响；建立以粮食储备为主的应对策略，通过开仓赈灾等方式，降低旱灾风险。我国古代因受经济社会发展水平和技术手段的限制，应对旱灾是以被动应急抗旱为主策略。进入21世纪，随着全球气候变化加剧、水资源需求增长、人口快速增长和城镇化进程加快，旱灾的发生频率、致灾强度和影响范围都在显著增大，旱灾对我国经济社会和生态环境造成的影响和损失越来越大，旱灾风险程度不断增加，因此，建立我国旱灾风险调控体系已势在必行。

风险分析作为一种处理和应对未知恐惧的手段，可以很好地帮我们解决这个问题。基于风险分析的风险管理面向于决策制定，注重对不确定性的衡量，要求利益相关者的参与，考虑到自然和人类社会的相互作用，实施滚动的决策过程，是制定防灾、抗灾决策，减少灾害损失的最科学方法。旱灾风险管理能够实现从被动抗旱转变为主动抗旱，是科学抗旱、减少旱灾损失的必由之路。

自19世纪末“风险”概念在西方经济领域中被提出以来，已被广泛应用于经济、工程、科学等相关领域。近年，已经有越来越多关于旱灾风险评估的研究，而将旱灾风险用在管理实践上相对较少。Wilhite等（2000年）提出了预防性的风险管理方法，重视旱灾管理的规划，应该从危机管理转向风险管理（Sonmez等，2005年）。Zamani等（2006年）指出资源保护和节约理论可以应用于旱灾心理策略。联合国国际减灾战略署（UNISDR）在2007年关于旱灾风险缓减框架与实践的报告中提出了以旱灾风险和脆弱性为核心概念的干旱管理框架。薛丽等（2007年）认为有效的干旱预警是旱灾风险调控的基础，也是有关管理部门和决策部门防旱抗旱、实施水利调度的决策依据。Marchildon等（2008年）认为制度建设在降低区域旱灾脆弱性方面起着关键作用。喻朝庆（2009年）提出需要明确旱灾风险管理目标与量化标准，并将地下水作为抗旱战略储备物资。吕娟等（2013年）探讨了我国干旱灾害管理的思路转变和未来发展方向。屈艳萍等（2014年）基于致灾因子危险性分析、承灾体暴露性分析和孕灾环境脆弱性分析，构建了旱灾风险管理的战略框架。张强等（2014年）从规划、评估、应对、防灾、制度等角度系统论述了气候变化背景下干旱灾害风险管理的主要策略。金菊良等（2014年）根据旱灾风险的形成机制系统地阐述了旱灾系统，分析了其控制性因数，在此基础上进行旱灾风险调控。金菊良等（2016年）系统论述了旱灾风险的基本概念、识别、评估和调控4个方面关键技术的研究进展以及存在的问题。

二、旱灾风险调控的理论

1.旱灾风险的概念与特征分析

旱灾风险指干旱事件发生的可能性及可能产生的不利影响的综合度量（屈艳萍等，2014年）。从区域灾害系统理论的观点出发，认为干旱是旱灾风险的致灾因子、是风险源，干旱的时空规模会影响旱灾风险的大小。而干旱并不一定会产生旱灾，只有当干旱发展到一定程度之后才会对承灾体产生旱灾损失。这个产生旱灾损失的干旱程度阈值，与承灾体的适应性和抗旱能力有关。孕灾环境在旱灾风险的形成过程中处于重要地位，它不仅会通过抗旱能力影响旱灾损失的产生与否，也会影响旱灾损失规模对于干旱程度的敏感性。适应性和敏感性通过孕灾环境中受致灾因子不利影响的承灾体要素才能体现出来，把这些承灾体要素及其分布称作暴露性，它是承灾体在时间和空间上与致灾因子的一种接触，是致灾因子与承灾体在孕灾环境中相互作用的结果。暴露性、适应性、敏感性和抗旱能力综合反映了承灾体在旱灾风险发生发展过程中的作用，把这四个特性统称为承灾体的脆弱性。承灾体的脆弱性是旱灾风险产生的必要条件，是由干旱到旱灾损失的中间纽带。因此，旱灾风险是在不稳定的孕灾环境中具有危险性的干旱事件经承灾体的脆弱性传递、作用于承灾体而导致承灾体未来可能损失的规模及其发生概率，可简要地把旱灾风险定义为干旱发生的可能性分布函数及干旱导致损失（旱灾损失）的可能性分布函数的总称。其中，干旱发生的可能性分布函数称为干旱风险，它是狭义的旱灾风险，属于自然属性的范畴；因干旱所导致损失（旱灾损失）的可能性分布函数称为旱灾损失风险，它是广义的旱灾风险，属于自然属性与社会属性相复合的范畴，反映了旱灾风险的本质特征。

根据干旱发生和发展的特点，以及干旱灾害链的演变特征，可以推断旱灾风险具有不确定性、动态性、传递性和可调控性等特征。

（1）不确定性

旱灾风险的不确定性(随机性)是源于发生干旱事件的特征，干旱发生的范围、时间和强度都具有随机性，旱灾受各种自然和人类活动因素共同影响，因此旱灾风险也具有随机性。另外，不确定性也可能来自对干旱事件规律认识的不充分性，由于人们对未来孕灾环境、致灾因子和承灾体的变化认识不充分，导致人们对未来干旱和旱灾的预测具有较大的不确定性。

（2）动态性

干旱烈度、历时和范围，以及旱灾影响程度都是随时间动态变化的，因此,旱灾风险也具有随时间变化的动态性。

（3）传递性

干旱风险具有两类传递性：一是内部传递性，就是从干旱风险向旱灾损失风险传递的特性；二是外部传递性，就是旱灾具有向其他灾害传递的可能性，从而形成灾害链。

（4）可调控性

通过发挥承灾体的主观能动性，可降低或规避旱灾风险，因此旱灾风险具有可调控性。

2.旱灾风险调控的基本原理

旱灾风险的整体调控是构建全方位协同化调控体系，旨在从形成区域旱灾风险的全过程全要素角度出发，通过对旱灾系统承灾体的合理调节，维系整个生态系统良性循环的前提下，合理调配水资源的时空分布，把水循环过程中的整体水分亏缺降到最低，使旱灾造成的损失和影响控制在可接受的范围。从水循环角度来看，水循环中“大气过程、地表过程、土壤过程、地下过程”任一环节发生水分亏缺现象均会导致干旱，只有缓解水分亏缺现象，才能有效应对旱灾。从旱灾系统角度来看，基于风险理念的旱灾系统组成包括致灾因子、孕灾环境、承灾体、考虑自适应的抗旱能力等4个子系统。抗旱减灾工作的核心就是基于某一区域经济社会和生态环境的基本状况，通过对旱灾系统中4个子系统相互作用影响的分析，着力缓解水循环中的水分亏缺对经济社会和生态环境的影响，减少危险性、规避暴露性、降低脆弱性，最大限度地减轻旱灾带来的影响和损失。

对于承灾体而言，通过构建水资源—经济社会—生态环境协同发展模式，使得经济社会发展和生态环境保护格局总体上适应区域水循环水分亏缺的特点和干旱的总体特征，构建适应能力强、抗旱风险程度高的承灾体总体格局。对于抗旱能力而言，在加强水资源需求管理、提高水资源利用效率、保护水资源与生态环境、优化水资源配置、完善水资源配置格局基础上，通过水利工程抗旱能力挖掘、抗旱应急备用水源工程体系建设、旱情监测预警和抗旱指挥调度系统建设、抗旱管理服务体系建设等，构建现代抗旱减灾体系，增强经济社会和生态环境系统对干旱的适应能力和应对能力，尽可能降低旱灾风险。

旱灾风险调控通过降低干旱期水循环过程中整体水分亏缺程度，尽可能保证经济社会系统和生态环境系统可持续发展，寻找水资源—经济社会—生态环境协同发展的可行途径，实现旱灾系统中致灾因子、孕灾环境、承灾体、考虑自适应的抗旱能力等4个子系统的协同。

从旱灾风险机理出发，通过对致灾因子、孕灾环境和承灾体进行整体多维协同风险调控，从减少危险性、规避暴露性、降低脆弱性和增强自适应性的角度，寻求科学合理、经济可行、风险可控的调控区间，旱灾风险调控的基本原理见图1。

通过对致灾因子危险性、承灾体暴露性、孕灾环境脆弱性、经济社会和生态环境自适应性等的全方位精准多维调控，需要找到经济合理、抗旱标准适度、损失可接受的旱灾风险区域，关系函数可以表示成：

式中：Rmin为旱灾风险的最小值，Hmin为致灾因子危险性的最小值，Emin为承灾体暴露性的最小值，Vmin为孕灾环境脆弱性的最小值，SAmax为经济社会和生态环境对干旱的自适应性的最大值。

致灾因子受降水量、径流量、土壤水量、地下水量等影响，因此致灾因子危险性的最小值是这些影响因素的函数，可以表示为：

式中：P为降水量，R为径流量，S为土壤水量，G为地下水量。

承灾体暴露性受农业、城市、工业、人饮等方面的影响，因此承灾体暴露性的最小值是这些影响因素的函数，可以表示为：

式中：A为农业影响因素，C为城市影响因素，E为工业影响因素，H为人饮影响因素。

孕灾环境脆弱性受地形、植被、经济社会发展水平、应急能力等方面的影响，因此孕灾环境脆弱性的最小值是这些影响因素的函数，可以表示为：

式中：β为地形坡度，V为植被覆盖度，Ee为经济发展水平，Ea为应急能力。

经济社会和生态环境的自适应性受人饮需求、农业用水需求、工业用水需求、服务业用水需求等方面的影响，因此经济社会和生态环境的自适应性的最大值是这些影响因素的函数，可以表示为：

式中：Hd为人饮需求弹性，Ad为农业用水需求弹性，Ed为工业用水需求弹性，Sd为服务业用水需求弹性。

三、旱灾风险调控技术体系

根据旱灾的生态水文碳循环过程响应关系，基于干旱形成机理和旱灾风险机制，通过对致灾因子、承灾体、孕灾环境从减少危险性、规避暴露性、降低脆弱性和增强自适应性角度的分析，对旱灾风险进行全要素全方位的多维精准调控，寻求旱灾整体损失最低、经济社会成本最小、生态稳定性扰动最低、风险程度可接受的调控区域，提出基于“空间—过程—功能—要素—准则”五位一体的旱灾风险调控技术体系（见图2）。其中，空间调控以经济结构产业布局和水资源调配格局以及抗旱能力格局相适应为核心，过程调控以水循环过程和用水的供用耗排过程相均衡为核心，功能调控以水资源服务功能和水生态服务功能相平衡为核心，结构调控以生活生产方式和用水标准准则相协调为核心。

1.空间调控

图1 旱灾风险调控的基本原理

图2 多维旱灾风险调控技术体系框架

空间调控是对水资源、经济社会和生态环境系统等各要素空间布局、形式、规模等进行调控的技术，主要包括减少水循环过程中的水分亏缺技术和经济结构产业布局调整技术。水循环过程中的水分亏缺技术是针对我国水资源时空分布不均匀、南北方和流域上下游水资源禀赋条件差距巨大的现状，通过完善水资源的调配格局，对水资源的空间分布进行调度，使得水资源与人口、经济、生产力布局和土地等其他资源以及城市分布格局相匹配，解决缺水地区的水分亏缺现象，从而提高区域和流域的水资源和水环境承载能力。经济结构产业布局调整技术是依据经济社会发展与水资源环境容量占用、损益关系，进行生产力要素调控并优化生产力与资源环境的匹配格局，提高水资源的利用效率，引导经济社会发展布局（如人口和城镇、重要工业区、农田布局等）与水资源分布和干旱分布情势相适应，经济社会发展规模适当，要给生态系统预留足够的空间和水资源，保障和促进经济社会发展并减少资源环境付出的代价等。

2.过程调控

过程调控是以水的自然和经济社会两个系统的循环过程为调控对象，主要包括水循环过程技术和经济社会供水需水过程调控技术。水循环过程技术是对水循环过程中的降水过程、地表水过程、土壤水过程、地下水过程和生态水过程的水分亏缺进行调控，调控措施主要包括增加森林覆盖和人工降雨等降水调控技术、修建水利工程完善水量调度措施等地表水调控技术、采取蓄水保墒耕作及地膜覆盖等土壤水调控技术和水源涵养补给及人工回灌等地下水调控技术。供水需水过程调控技术是对干旱期经济社会系统和生态系统的用水过程调控，将有限的水资源用于重点保障居民的基本用水权利，支持经济社会系统和生态系统基本功能的维持，包括通过采取适当减少或暂时停止部分用户供水等非常措施，尽量满足居民基本生活和重要行业最基本用水需求，对于水质要求不高的用水部门，调整新鲜水和再生水的供水比例，增加再生水供水量以替代新鲜水的供水量，保障干旱情形下合理有序供水，实行干旱期间的应急管理，江河、湖泊、水库等的发电、航运、旅游等功能服从并服务于抗旱需要等。

3.功能调控

功能调控是从干旱期水资源减少导致其功能受到影响的角度实施的调控技术，主要包括水资源的资源服务功能调控技术和生态服务功能调控技术。干旱期水资源是有限的，协调处理好水资源经济社会的资源服务功能和生态环境的生态服务功能，是实现水资源—经济社会—生态环境系统之间协同发展的关键。一方面根据干旱期经济社会不同用水对象的重要性，对有限水资源的资源服务功能进行临时调整，保障重要对象的水资源需求；另一方面根据生态环境的最基本用水量，保障水资源的生态服务功能。不管水循环过程中水分亏缺到什么程度，只要能够满足经济社会和生态环境系统对水资源提出的资源服务功能和生态服务功能的需求，干旱对经济社会和生态环境系统的不利影响就在可接受的范围内。

4.要素调控

要素调控是对旱灾风险影响最大的主要要素进行调控，是应对干旱的有效手段之一。要素调控是通过对构成旱灾系统的各主要因子进行调控，也就是对旱灾系统的致灾因子子系统、孕灾环境子系统和防灾减灾措施子系统进行调控，从而实现旱灾风险的调控。致灾因子子系统的影响因子主要是降水、地表水、土壤水和地下水等导致干旱的直接因子，可以通过人工影响天气、水利工程、保墒耕种技术、增加植被、地下水水源涵养等措施进行调控。孕灾环境子系统包括地形地貌、大气背景、水土资源等自然环境，也包括经济社会水平、认识观念、管理体制、应急抗旱能力、抗旱保障能力等人为环境的多种影响因素，可以通过调控各种影响因素，降低孕灾环境的脆弱性，降低旱灾风险。承灾体子系统影响因素包括农村、城市和生态3个方面，其中农村方面主要包括农牧民生活、种植业、畜牧业、林业、渔业等；城市方面主要包括居民生活、工业生产和服务行业等；生态方面主要包括水、土地和生物资源等。防灾减灾措施子系统的调控因子主要是水源工程体系、旱情监测和抗旱指挥调度系统、抗旱管理服务等，增强自适应能力，降低旱灾风险。总之，旱灾风险要素调控技术可通过经济社会结构调整、产业布局优化和水资源调配格局优化等措施，规避承灾体暴露性，降低旱灾风险。

5.准则调控

准则调控是通过建立准则来规范和指导社会和经济活动符合防旱减灾要求，有利于干旱风险调控目标的实现。准则调控技术主要包括政策规章制度和规范生产生活方式。准则调控技术的核心是节水型社会建设，为保障我国经济、社会与环境的健康协调发展和供水安全，必须将厉行节约用水作为一项战略方针长期坚持，要把节水减排工作贯穿于国民经济发展和生产生活的全过程，大力提高水资源利用效率和效益。通过建立健全节水技术开发推广体系，加强对节约用水的管理和制度建设，积极培育和发展节水产业，推进节水型产品认证与市场准入，建立与水资源承载能力相适应的国民经济体系，降低旱灾风险。政策规章制度标准调控是通过制定一系列的政策规章制度标准，对经济社会各个方面进行规范、引导和约束，增强全社会防旱减灾意识，正确应对旱灾，增强经济社会和生态环境系统的干旱适应能力。

四、我国旱灾风险调控实践

我国在水资源宏观调配格局、抗旱减灾应急体系、抗旱基本用水定额体系以及法律法规和规范标准建设等方面进行了大量旱灾风险调控实践。

1.国家宏观水资源调配格局

根据我国水土资源的分布特点、经济社会发展布局以及生态文明建设的总体要求，在全面节约、有效保护水资源的基础上合理开源，以保障饮水安全、粮食安全、能源安全、城市化与工业化发展以及生态保护与修复用水要求为重点，与东北老工业基地振兴、西部大开发、中部崛起和新农村建设相适应，结合《全国主体功能区规划》提出的优化开发区、重点开发区、限制开发区 （农产品主产区）、限制开发区（重点生态功能区）和禁止开发区的战略定位，实施和优化国家宏观水资源配置调配格局是我国应对全国性、区域性干旱的最有力的措施。

2.抗旱减灾应急体系

为了应对日益严峻的旱灾形势，加强对抗旱工作的指导，统筹规划，优化、整合各类抗旱资源，提升综合抗旱能力，最大限度地减轻干旱灾害造成的影响和损失，2011年水利部组织编制了《全国抗旱规划》并经国务院批准组织实施。《全国抗旱规划》是我国今后一个时期推进抗旱减灾工作的重要战略性、基础性与指导性文件，是抗旱减灾管理工作的重要依据。该规划全面系统地分析了我国干旱灾害区域分布和演变趋势，科学评价了我国抗旱减灾工作面临的严峻形势和挑战；明确提出2015年和2020年抗旱减灾的目标任务和区域布局；对水利工程体系抗旱能力建设、抗旱应急备用水源工程体系建设、旱情监测预警和抗旱指挥调度系统建设、抗旱管理服务体系建设等均做出了具体规划和安排。

3.抗旱基本用水定额体系

目前我国制定了一系列的正常用水定额，但对于干旱等特殊情况下的抗旱基本用水定额还处于空白。抗旱基本用水定额是指维持人类生存、作物生长、工业生产、生态环境最基本需求的用水量。抗旱基本用水定额是确定抗旱应急水源工程建设规模的重要依据，研究制定不同旱情等级下的农村生活、农业灌溉、城市居民和工业的抗旱基本用水定额具有重要现实意义。

4.法律法规和规范标准体系

制定抗旱减灾法律法规和规范标准，规范经济社会和人类活动，增强经济社会和生态环境系统对干旱适应能力，依法推进旱灾风险管理具有重要意义。2009年颁布的《中华人民共和国抗旱条例》，标志着我国抗旱减灾工作开始走上法制轨道，但目前完整的法规、制度和技术标准体系还没有形成。近年我国各级政府在建立制度、制定技术标准方面进行了大量工作，如《县级抗旱服务队建设管理办法》《中央防汛抗旱物资储备管理办法》《国家防总防汛抗旱应急工作规程》《国家防汛抗旱总指挥部工作制度》《国家防汛抗旱督查办法（试行）》《水情预警发布管理办法 （试行）》《特大防汛抗旱补助费管理办法》等。根据我国当前抗旱减灾工作的需要，在跨省（区域）、流域水量应急调度预案和河湖生态环境需水计算等方面也进行了深入的研究。 ■