基于农业旱灾损失风险曲线的区域旱灾风险率空间分布研究

2021-06-01徐敏

水利规划与设计 2021年5期

徐敏

(辽宁省本溪水文局，辽宁本溪 117000)

由于干旱影响使得农业产量及产值损失影响的定量评估称作为农业旱灾损失评估[1]。农业干旱在众多干旱影响中尤为显著，农作物的正常生产受干旱水分短缺影响较为直接[2]。由于农作物耕作面积及种类的差异使得其对不同生长阶段的需水要求不同，对于不同作物构成其干旱程度以及干旱发生时间产生的影响具有显著的区别[3]。当前有一些研究成果[3-13]将“旱灾风险”与“干旱风险”做为相同的概念，这主要是没有对干旱风险、旱灾损失以及灾害风险等概念进行明晰所致。其次由于缺少旱灾风险评估的物理机制模型，无论是采用随机概率还是模糊综合风险评估方法，都不能对旱灾风险的物理过程进行表述，因此很难对风险要素内在相关性和演变过程进行有效反映，无法对复杂变化环境下旱灾风险的随机程度进行定量表征。再次旱灾风险定量评估手段较少，大都以定性描述为主，缺少技术方法[14]。为此需要对农业干旱风险物理机制进行分析，提出其定量评估方法，建立相应的评估技术体系[15]。为此本文从提升旱情防御能力出发，对旱灾风险损失的评估指标进行合适选取，基于统计学方法对旱灾风险及损失率进行定量评估。研究成果对于旱区风险评估方法具有重要的参考价值。

1 农业因旱损失模型建立

依据SL 663—2014《干旱灾害等级标准》，农业干旱灾害评估指标及等级标准规定，农业干旱灾害评估指标包括粮食因旱损失率指标。主要适用于夏粮秋粮和全年粮食因旱损失评估。采用粮食因旱损失指标评估农业旱灾害时，粮食因旱损失率应执行以下规定:

Pg1=Wg1/Wgt×100%

(1)

式中，Pg1—评估区域粮食因旱损失率，%；Wg1—评估区域粮食因旱损失量，t；Wgt—评估区域正常年份或夏(秋)粮的粮食总产量，t。

依据SL 663—2014，农业干旱灾害评估指标包括粮食因旱损失量指标。主要适用于夏粮秋粮和全年粮食因旱损失评估。粮食因旱损失量应按下式计算：

Wg1=q[(A1-A2)×20%+(A2-A3)×55%+A3×90%]

(2)

式中，Wg1—评估区粮食因旱损失量，t；q—评估区正常年份的粮食平均单产量(评估年前3年且剔除严重水旱灾害等灾害年的单产平均值)，t/hm2；A1、A2、A3—评估区食作物因旱受灾面积、成灾面积和绝收面积，hm2。

2 资料收集

收集完成辽西18个县旱情统计资料，时间尺度为1990—2020年。数据来源于辽宁省抗旱规划统计数据。主要包括旱情发生、结束时间，受旱、受灾、成灾、绝收、粮食作物播种面积，以及粮食产量等资料。根据受灾、成灾、绝收、粮食作物播种面积等数据，可以计算得到各年干旱事件的因旱损失率。

3 农业旱灾损失风险曲线的构建

建立干旱频率和其对应干旱损失率的曲线方程，结合散点分布，对其拟合方程进行回归和优化分析，对农业旱灾损失风险曲线进行绘制。基于该曲线可以对农业旱灾损失风险进行不同频率的分析，从而获取对应不同干旱频率的农业旱灾损失。辽西地区10个典型县的干旱频率和农业旱灾损失拟合曲线如图1所示。

从分析结果可看出，选取的18个试点县区的干旱频率和因旱损失率之间具有较好的相关度，各散点均匀分布在拟合曲线的两侧，拟合方程的相关系数均高于0.5。各县区干旱频率和因旱损失率的拟合曲线满足对数变化特征，潜在因旱损失呈现随着着干旱频率的降低而逐步增加的变化趋势。

4 干旱频率空间分布图

结合各县区的的干旱频率—因旱损失关系曲线，分别对5%、10%、20%、30%、50%、60%因旱损失率对应的干旱频率空间分布进行分析，结果如图2所示。

为了使干旱频率空间分布更为直观，以干旱重现期作为指标分别进行7个区间分布显示。干旱频率空间分布图是从干旱发生的可能性角度来反映区域发生干旱的危险程度随着干旱影响范围及时间增大而增高，干旱损失随着干旱重现的加大而逐步严重。从分析结果可看出，因旱损失率低于20%的情况下，各县区干旱重现期均低于10年一遇，绥中地区干旱重现期最高，其次为建平县。随着干旱损失率的增加，各县区干旱重现期逐步增高，30%旱损失率下，干旱重现期在6～10年一遇增幅达到10%，绥中干旱重现期介于20～50年一遇，具有发生严重干旱的风险，其次为黑山县，为干旱中风险地区。当因旱损失率为50%和60%时，各县区均为干旱中高风险地区，干旱重现期均在10年一遇以上，其中绥中和黑山县可发生极端干旱情况，需要重点关注这两个县区的干旱情况。

图1 各典型县区干旱频率和因旱损失率间的定量关系曲线

续图1 各典型县区干旱频率和因旱损失率间的定量关系曲线

图2 干旱频率空间分布图

续图2 干旱频率空间分布图

5 因旱损失空间分布图

根据建立的干旱频率-因旱损失关系拟合公式，推求不同干旱重现期对应的因旱损失，即得因旱损失空间分布图。因旱损失空间分布图如图3所示。

从分析结果可看出，当干旱重现期5年一遇情况下，因旱损失中风险地区主要集中在阜新地区的阜蒙县和彰武县。随着干旱重现期的增加，因旱损失的高风险、中风险地区的比例不断增加，相比于5年一遇，干旱重现期为10年以上时，因旱损失率超过30%的中高风险区的增比在25%～45%之间。从10年一遇到50年一遇，阜蒙县和彰武的因旱损失率均明显高于其他县区，为因旱损失率高风险地区。