基于非一致频率分析方法的农业干旱成灾率研究

2019-05-21林越

水利规划与设计 2019年5期

林越

(铁岭市防汛抗旱指挥部办公室，辽宁铁岭 112000)

全球气候变化对区域水资源产生较为明显的影响，使得区域干旱程度逐步加剧。近些年来，辽宁西部作为北方地区典型受旱区，受灾面积和成灾比例都呈现较为明显的上升趋势。近些年来，对于农业干旱成灾频率的研究大都还是基于平稳系列进行分析，但农业干旱影响的因素较多，农业干旱成灾数据系列满足非平稳变化的数据系列，因此采用平稳系列的方式来进行农业干旱成灾频率的分析适用性不高，为此本文采用在水文非一致性分析效果较好的频率分析方法，以辽宁西部干旱区域为研究实例，对其受农业干旱影响下的成灾率进行分析，分析成果对于受旱条件下的农业受灾保护措施具有参考价值。

1 干旱成灾非一致性分析方法

干旱成灾主要表现在对农业粮食方面造成的损失，因此干旱成灾率非一致性分析主要结合农业粮食单位面积成灾率进行计算，计算公式为：

I=S/A×100%

(1)

式中，S—受旱影响的成灾面积，万hm2；A—区域农作物播种的面积，万hm2。

在具体分析时，需要对干旱成灾率进行非一致的线性叠加特性分析，计算公式为：

Xt=Yt+Pt+St

(2)

式中，Yt—干旱成灾率的确定性成分；Pt—干旱成灾率的不确定性成分；St—干旱成灾率的随机成分。

在干旱成灾率分析时，需要对干旱强度进行分析和划分。首先需要进行干旱指标的分析，干旱指标的计算公式为：

(3)

式中，X—区域的干旱指标；xi—不同站点的不同尺度的干旱指数。

考虑到农业干旱受灾率的分析，建立农业受灾面积与干旱指数的变化关系如下：

Ii=Si/Di

(4)

式中，Si—第i受干旱影响的农业受灾的面积；Di—受干旱影响年份农作物播种的面积；Ii—第i受干旱影响的百分比指数。

结合干旱影响程度，需要对农业干旱程度进行定量分析，计算公式为：

(5)

式中，Q—干旱强度；其他变量含义同上。

2 研究结果

2.1 区域概况

本文以辽宁西部旱区为研究实例，该区域年平均降水量439～684mm，最大可能蒸发量为677～1121mm。研究区3—9月份的降雨越多，则发生农业干旱灾害的风险就越小，故降雨因子与干旱灾害风险呈负相关性。将3—9月份多年平均降水量等间隔分为10类，相应的降雨量最大区域赋最小值1，降雨量最少的区域赋最大值10，得到3—9月份多年平均降水量因子图层的重分类数据集，如图1所示。易旱面积比例越大，则灾害风险越大，据此将易旱面积比例最大的县区赋值为10，最小的赋值1，其他县区单元进行等间隔划分，得到易旱面积比例数据集重分类图。

图1 研究区域降雨及作物成灾面积空间分布

2.2 干旱强度与成灾比例之间的相关性分析

对研究区不同等级干旱强度下的成灾比例进行相关分析，绘制了不同强度的农业干旱成灾面积比率曲线，分析结果见表1和图2。

从分析结果可看出，区域的高频率干旱强度与成灾率呈现正相关性，相关系数逐步增加，而在低频干旱强度与成灾率的相关性较低，这主要是因为低频干旱强度下农业干旱受灾率影响的因素较多。从相关性分析结果可以看出，干旱强度与农业干旱成灾率总体相关性不高，但总体均为正相关。从农业干旱成灾率面积曲线可看出，随着干旱强度的逐级增加，农业干旱成灾率面积曲线呈现一定的非线性正态分布，这也表明农业干旱成灾率的非一致的波动变幅的状态。

表1 不同程度干旱强度与成灾比例之间的关系

图2 不同干旱强度下的农业干旱成灾率面积曲线

2.3 干旱强度与成灾比例时空分布关系分析

对各区域干旱强度和成灾比例进行时空分布关系的分析，分析结果见表2。

表2 各区域干旱强度下的成灾比例分析

注：R0表示重旱成灾比例，R1表示特旱成灾比例

从表2中可以看出，8#区域各干旱强度下的成灾比例高于其他区域，原因是8#区域是农业产值大区，干旱强度下的农业干旱成灾比例与区域农业种植结构和农作物生长属性有着较为明显的相关关系。从不同干旱强度下的成灾比例分布可以看出，干旱成灾比例总体呈现南大北小的分布特征，这主要是农业种植种类和结构分布影响。因此要降低区域不同干旱强度，特别是重旱和特旱强度下的成灾比例，需要合理调整农业种植种类和种植结构。

2.4 干旱受灾率与干旱受灾指数的关系分析

分析了各典型区域农业干旱受灾率与干旱受灾指数的关系变化曲线，分析结果如图3所示。

图3 各区域干旱受灾指数与干旱受灾概率相关曲线分析

从图3可以看出，干旱指数在10%～50%之间变化时，区域农业干旱受灾率呈现锯齿形变幅，而在干旱指数超过50%后，其干旱受灾率呈现较为平稳的变化过程，这主要是因为在10%～50%干旱受灾指数下，农业干旱受灾率影响的因素较多，因此在这一段过程中，农业干旱受灾率变幅较大，而到干旱指数超过50%后，农业干旱受灾率影响因素较少，因此其变幅逐步趋于稳定。

2.5 干旱受灾率综合评估结果

对各区域的农业干旱受灾率进行综合评估，评估分析结果见表3。

表3 各区域不同干旱等级下的受灾率综合评估结果

从表3可以看出，发生严重和特大干旱的受灾风险率相比于轻度和中度干旱有所减少，这主要是因为区域抗旱措施实施力度逐年加大，许多抗旱措施逐步发挥效益，区域农作物的布局和种类也根据旱区的特性进行一定程度的调整。轻度和中度干旱的受灾风险率呈现一定程度的上升变化趋势，这主要是因为在区域发生轻度和中度干旱发生的频率较高，在60%以上，因此发生区域轻度和中度干旱的成灾率要高于严重干旱和特大干旱。