變化環(huán)境下我國干旱災(zāi)害的綜合應(yīng)對

翁白莎 ，嚴(yán)登華

（1.中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所，100038，北京；2.天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，300072，天津）

干旱在我國每年都會發(fā)生，平均2～3年就會發(fā)生一次嚴(yán)重的干旱災(zāi)害；1951—2006年我國年均干旱受災(zāi)面積為2 194.3萬hm2，是同期年均雨澇受災(zāi)面積的2.25倍。我國干旱發(fā)生的頻率、影響范圍與影響程度均呈快速增加趨勢，1990—1999年和2000—2006年年均干旱受災(zāi)面積較1951—2006年分別增加了13.5%和17.2%；1990年以來，我國年均因旱災(zāi)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約占同期GDP的1%以上，遇嚴(yán)重干旱年景，該比例超過2%。如何應(yīng)對變化環(huán)境、即由人類活動和自然過程相互交織的系統(tǒng)驅(qū)動所引起的一系列陸地、大氣與水循環(huán)變化下的干旱，已成為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展過程中亟待解決的關(guān)鍵問題之一。

本文將在系統(tǒng)識別干旱危害機(jī)制及成因的基礎(chǔ)上，分析我國干旱特征及發(fā)展趨勢，并剖析我國在抗旱減災(zāi)中存在的問題，進(jìn)而提出我國干旱綜合應(yīng)對在從“危機(jī)管理”向“風(fēng)險(xiǎn)管理”轉(zhuǎn)變的同時(shí)，還應(yīng)在構(gòu)建物理機(jī)制統(tǒng)一的水資源及伴生過程模擬平臺的基礎(chǔ)上建立干旱風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，為綜合應(yīng)對變化環(huán)境下我國的干旱問題提供依據(jù)。

一、干旱危害及成因識別

1.干旱的危害

干旱直接影響我國的糧食安全。據(jù)1950—2006年的資料統(tǒng)計(jì)，全國年均受旱面積2 159.81萬hm2，成災(zāi)面積 949.60萬 hm2，因旱損失糧食154.03億 kg。其中 1991—2006年全國年均因旱糧食絕收面積289.58萬 hm2，飲水困難人口2 923.14萬人，飲水困難牲畜2316.64萬頭。連續(xù)干旱還會改變植被條件、土壤的理化生性質(zhì)以及水文地質(zhì)條件，進(jìn)而影響產(chǎn)匯流過程和社會水循環(huán)過程，以及水循環(huán)伴生的水環(huán)境、水生態(tài)和水沙過程，誘發(fā)一系列次生生態(tài)、環(huán)境和社會問題。

在干旱期間，河流水量的減少，湖泊水位的降低，使其接納污染物的空間減少，稀釋能力降低，這樣，污染物的濃度就會增加。如果進(jìn)入水中的污染物數(shù)量保持不變，但接納它們的水量減少一半，那么污染物的濃度就會增加一倍，這就會增加污染程度使其超出安全范圍。因此，干旱使水污染更加嚴(yán)重，水環(huán)境問題更加突出。

2.干旱成因識別

干旱是在全球氣候變化和人類活動雙重驅(qū)動下，水資源—經(jīng)濟(jì)社會—生態(tài)與環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)極值缺水過程在不同時(shí)空尺度上的綜合體現(xiàn)。按受旱機(jī)制分類，干旱分為：氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱和經(jīng)濟(jì)社會干旱。按受旱成因分類，干旱分為：資源型干旱，即干旱區(qū)降水量稀少，土壤缺水，不足以滿足人的生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求；工程型干旱，即缺少水利工程的開發(fā)調(diào)度；政策型干旱，即非理性的水資源分配；結(jié)構(gòu)型干旱，即水質(zhì)水量達(dá)不到用水要求；布局型干旱，即追求經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展情勢下的水土資源不匹配；管理型干旱，即水資源得不到高效利用和有效調(diào)配，缺少全局可靠規(guī)劃與應(yīng)對策略；復(fù)合型干旱，即多種因素綜合作用下的干旱。

系統(tǒng)識別干旱成因是變化環(huán)境下我國干旱綜合應(yīng)對的重要前提和基礎(chǔ)。從我國干旱成因來看，既受到全球氣候變化的影響，也受到經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展過程中非理性水土資源開發(fā)活動的影響，同時(shí)，強(qiáng)調(diào)自然成因和以“危機(jī)管理”為主要范式的干旱應(yīng)對方略也未能有效減緩干旱危害。全球增暖背景下水循環(huán)速率的增加，使得水循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低；連續(xù)少雨等極值天氣過程發(fā)生的頻率和影響范圍的增加，從根本上導(dǎo)致了干旱發(fā)生的頻率、范圍和強(qiáng)度增加；同時(shí)，全球變化還使得生產(chǎn)、生活和生態(tài)需水增加，用水保證率要求增加，加劇了水資源短缺的局面。經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展過程中水資源需求量的無限增長及對水資源的過度開發(fā)，使得有效降水和可調(diào)控水資源量減少，可調(diào)控水資源格局發(fā)生變化，增加了區(qū)域干旱發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)；水利工程系統(tǒng)對水資源的綜合調(diào)控能力仍不能滿足干旱綜合應(yīng)對要求(見圖1)。

二、我國干旱特征及在抗旱減災(zāi)中存在的問題

1.我國干旱特征

全球自然災(zāi)害死亡的人數(shù)中有61%是氣象災(zāi)害造成的，我國近十幾年平均每年發(fā)生的氣象災(zāi)害中又以旱災(zāi)最多，占總受災(zāi)面積的55%。

我國干旱具有普遍性、連續(xù)性、季節(jié)性和地域性等分布性特征。春季，干旱主要集中在華北大部、東北西部、海南、云南和四川南部，發(fā)生頻率高達(dá)50%～80%；夏季，干旱主要集中在東北西部、華北大部、西北東部及黃淮北部，發(fā)生頻率達(dá)50%～60%；秋季，我國干旱多發(fā)區(qū)主要分布在東北西南部、華北、黃淮、長江中下游地區(qū)和華南等地，發(fā)生頻率為40%～60%；冬季是全年降水最少的季節(jié)，北方農(nóng)作物停止生長，對作物生長有影響的干旱主要出現(xiàn)在南方。華南、西南為冬旱主要發(fā)生區(qū)，華南南部及云南大部發(fā)生頻率達(dá)50%～70%。

我國干旱問題越來越突出，發(fā)生頻率越來越高，影響區(qū)域越來越廣，經(jīng)濟(jì)損失越來越大。我國旱災(zāi)發(fā)生的頻率和強(qiáng)度，以及受災(zāi)人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失程度均有增長的趨勢。20世紀(jì)50年代平均成災(zāi)面積為518萬hm2，60年代為 799萬 hm2，70年代增至856 萬 hm2，80 年代達(dá) 1 129 萬hm2，90年代高達(dá)1 194萬hm2，進(jìn)入21世紀(jì)后，2000—2003年4年干旱平均成災(zāi)面積達(dá)1960萬hm2。特別強(qiáng)調(diào)的是，2009年我國出現(xiàn)了罕見的50年一遇的特大旱災(zāi)，河南、安徽、山東等10個(gè)省份遭遇嚴(yán)重干旱，其中山東省農(nóng)田受旱面積高達(dá)2 030萬畝（135萬hm2），安徽省直接經(jīng)濟(jì)損失近16億元，河南省13萬人出現(xiàn)飲水困難。2009年我國干旱主要特征為降水嚴(yán)重偏少，氣溫偏高；農(nóng)作物受旱面積大，程度高；部分地區(qū)農(nóng)村飲水困難突出；江河來水持續(xù)偏枯，水利工程蓄水嚴(yán)重不足。

2.我國在抗旱減災(zāi)中存在的問題

目前，公開發(fā)表的干旱定義一共有150多個(gè)，每個(gè)定義都與某一種活動或某一科學(xué)分支相關(guān)聯(lián)。對于農(nóng)民來說，干旱就是持續(xù)一段時(shí)間、使農(nóng)作物產(chǎn)量減少的干燥天氣。而氣象學(xué)家則認(rèn)為干旱是因長期少雨而空氣干燥、土壤缺水的氣候現(xiàn)象。對于水利學(xué)家來說，干旱就是一段時(shí)間內(nèi)，江河湖庫流量和水位有所降低，淡水總量少，不足以滿足人的生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)象。因此，目前尚缺乏統(tǒng)一的干旱定義。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國有一半以上的耕地缺少灌溉設(shè)施，而現(xiàn)有的農(nóng)田水利工程也因老化失修，難以發(fā)揮其價(jià)值，效益衰減。大部分地區(qū)在旱災(zāi)發(fā)生時(shí)直接抽取地下水進(jìn)行灌溉，通過這一途徑將水從含水層中轉(zhuǎn)移走的速度要快于水流入含水層使其得到補(bǔ)充的速度，一旦地下含水層干涸，干旱過后的降雨必須持續(xù)很長時(shí)間，讓雨水充分滲透，這樣水才能向下滴流，使流失的地下水重新恢復(fù)。因此，不合理的抗旱灌溉制度加大了干旱可恢復(fù)性的難度，甚至超出地下水資源的承載能力，致使隱性干旱的發(fā)生。

我國傳統(tǒng)的抗旱工作模式是危機(jī)管理，即在旱情出現(xiàn)后才對干旱作出反應(yīng)，臨時(shí)組織動員廣大干部群眾，并拿出大量資金和物資投入抗旱減災(zāi)工作中。但隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)體系的不斷完善，傳統(tǒng)的危機(jī)管理模式在觀念、措施、手段和政策上呈現(xiàn)出一些不適應(yīng)的地方：一是重視“抗”,忽視“防”，難以做到以最小的投入取得最大的抗旱減災(zāi)效果；二是重視工程措施，忽視非工程措施，難以發(fā)揮工程設(shè)施的最大抗旱效益；三是重視行政手段，忽視經(jīng)濟(jì)、法律、科技手段，抗旱減災(zāi)能力缺陷明顯；四是重視經(jīng)濟(jì)效益，忽視生態(tài)效益，難以滿足和諧發(fā)展要求。

三、變化環(huán)境下我國干旱綜合應(yīng)對措施

變化環(huán)境下，我國干旱應(yīng)在實(shí)地觀測實(shí)驗(yàn)以及水循環(huán)、水化學(xué)、水生態(tài)和水沙過程機(jī)制識別的基礎(chǔ)上，構(gòu)建干旱指標(biāo)和模擬預(yù)測系統(tǒng)，形成層次化的綜合應(yīng)對體系。從長期宏觀發(fā)展戰(zhàn)略層次上，構(gòu)建與水資源承載能力相適應(yīng)的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展模式（重點(diǎn)種植結(jié)構(gòu)和工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)），可從根本上減少干旱危害；在中尺度時(shí)段上，優(yōu)化水資源調(diào)配體系是干旱綜合應(yīng)對的重點(diǎn)；在短尺度時(shí)段上，需制定有效應(yīng)急預(yù)案，保障應(yīng)急水源。

1.實(shí)現(xiàn)物理機(jī)制統(tǒng)一的水循環(huán)及伴生過程模擬及預(yù)測預(yù)報(bào)

傳統(tǒng)的氣象氣候?qū)W、水文學(xué)、農(nóng)學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)的關(guān)注焦點(diǎn)分別是大氣過程、地表過程、土壤過程以及地下過程，將自然水循環(huán)和自然—社會水循環(huán)的整體性割裂，因此，應(yīng)建立物理機(jī)制統(tǒng)一的水循環(huán)及伴生過程模擬模型，如圖2和圖3所示。為建立統(tǒng)一物理機(jī)制的模型，在模擬開發(fā)過程中，要做到模擬要素過程統(tǒng)一、過程表達(dá)統(tǒng)一、參數(shù)統(tǒng)一和時(shí)空尺度統(tǒng)一。

模擬要素過程統(tǒng)一，是指在模擬過程中，考慮到模型耦合的需要和氣候—水文—生態(tài)—環(huán)境—水沙過程的相互影響機(jī)制，對模擬的各要素過程進(jìn)行選取，將各要素過程統(tǒng)一到大氣過程、水循環(huán)過程（包括地表過程、土壤過程、地下過程）以及水環(huán)境和水生態(tài)過程中。過程表達(dá)統(tǒng)一，一方面是指對于所遴選的基本要素過程選用的數(shù)學(xué)/物理方程要相同；另一方面是指對于水循環(huán)及伴生過程相互影響機(jī)制的描述和表達(dá)要統(tǒng)一。參數(shù)統(tǒng)一，首先表現(xiàn)在參數(shù)的物理內(nèi)涵要統(tǒng)一；其次是指對于所搜集到的多源數(shù)據(jù)，由于監(jiān)測方式、基位（天基、空基、地基、?；龋?、時(shí)空尺度和精度不一致，彼此之間存在較大的差距，不能直接進(jìn)行應(yīng)用，在模型輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬預(yù)測分析時(shí)，要注意進(jìn)行多源數(shù)據(jù)的同化。時(shí)空尺度統(tǒng)一是指在水循環(huán)及伴生過程模擬中，將采用不同時(shí)間單位（如水文模擬往往以小時(shí)或日為單位，能量過程模擬往往以分鐘為單位）和不同空間單位（如水文過程往往是以規(guī)則的單元格剖分空間，而生態(tài)過程則需要充分考慮到各類植被的空間分布及其立地條件）的模擬過程應(yīng)用相關(guān)的時(shí)間尺度轉(zhuǎn)化措施統(tǒng)一到一致的時(shí)空尺度上。

2.構(gòu)建干旱指標(biāo)體系

不同時(shí)期不同地區(qū)不同行業(yè)對干旱的界定是不一樣的。在英國，干旱就是連續(xù)15天不下雨，或者在這期間，每天的降雨量不超過1.25mm。美國氣象局對干旱的定義是持續(xù)21天或21天以上，降雨量低于該地區(qū)往年同期降雨量的30%。在北非的部分地區(qū)，至少兩年不下雨才算是干旱。在印度尼西亞的巴厘，6天不下雨就構(gòu)成一次干旱。氣象干旱與降雨量、蒸發(fā)和溫度等氣候變量有關(guān)；農(nóng)業(yè)干旱主要取決于干旱出現(xiàn)的時(shí)間、該地區(qū)的農(nóng)作物類型以及降水量；水文干旱與地下水水位、徑流變化、水庫蓄水量、土壤濕度及積雪量等水系統(tǒng)變量有關(guān)；社會經(jīng)濟(jì)干旱主要取決于社會環(huán)境和經(jīng)濟(jì)環(huán)境。因此，構(gòu)建一套適合我國國情的干旱指標(biāo)體系，對于敘述干旱水平、持續(xù)時(shí)間、危害程度和分布范圍，決定采取干旱對策的時(shí)機(jī)和響應(yīng)級別，掌握和比較不同干旱事件的特征具有重要的指導(dǎo)意義。

干旱指標(biāo)應(yīng)反映所關(guān)注的干旱類型，包括需水、供水、面對干旱表現(xiàn)出來的脆弱性和干旱潛在的影響。干旱指標(biāo)的表現(xiàn)取決于數(shù)據(jù)的可獲取性和數(shù)據(jù)質(zhì)量，在應(yīng)用于干旱前應(yīng)該經(jīng)過測試，在干旱后應(yīng)該進(jìn)行評價(jià)。干旱指標(biāo)的選取必須考慮時(shí)間和空間的敏感性和特殊性，對不同時(shí)期和不同地區(qū)采用不同的干旱指標(biāo)，還要綜合考慮各類因素對干旱的影響，盡可能反映水循環(huán)及伴生過程中各組成部分之間復(fù)雜的相互關(guān)系及其影響，建立多指標(biāo)的干旱指標(biāo)體系。同時(shí)，還要確定與干旱水平在統(tǒng)計(jì)上具有一致性的干旱指標(biāo)閾值，界定干旱的發(fā)展和消退。

3.抗旱模式從危機(jī)管理向風(fēng)險(xiǎn)管理轉(zhuǎn)變

風(fēng)險(xiǎn)是指事件未來可能結(jié)果的發(fā)生以及結(jié)果帶來損失的發(fā)生和大小的不確定性。而風(fēng)險(xiǎn)管理就是在對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識別、預(yù)測和評價(jià)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化各種風(fēng)險(xiǎn)處理技術(shù)，以一定的風(fēng)險(xiǎn)處理成本達(dá)到有效控制和處理風(fēng)險(xiǎn)的過程。其中干旱風(fēng)險(xiǎn)管理是在分析影響區(qū)域水安全的不確定因素的基礎(chǔ)上，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，綜合分析和評價(jià)干旱缺水現(xiàn)象發(fā)生的可能性大小、干旱歷時(shí)長短、系統(tǒng)恢復(fù)正常供水的能力，以及干旱缺水的嚴(yán)重程度，進(jìn)而為水資源管理和決策者提供科學(xué)的決策依據(jù)。對于由供水水源、供水設(shè)施和供水區(qū)域組成的供水系統(tǒng)，假定供水設(shè)施是可靠的，以及供水區(qū)域是限定的，這樣供水系統(tǒng)的失事就可以簡單地定義為供水水源不能滿足供水要求，以至于出現(xiàn)干旱缺水現(xiàn)象。干旱風(fēng)險(xiǎn)管理要求我們有效整合社會資源，從各種抗旱措施中優(yōu)選最佳方案或?qū)⒏鞣N抗旱措施有機(jī)結(jié)合起來，以最小的抗旱投入獲得最大的減災(zāi)效果。

基于物理機(jī)制統(tǒng)一的干旱預(yù)警預(yù)報(bào)模擬模型以及干旱指標(biāo)體系，按照風(fēng)險(xiǎn)管理的理論準(zhǔn)則繪制干旱風(fēng)險(xiǎn)圖。干旱風(fēng)險(xiǎn)圖是編制抗旱預(yù)案的一項(xiàng)重要內(nèi)容，能直觀反映不同干旱等級受旱范圍、受旱面積、人口、旱情發(fā)展態(tài)勢、干旱造成的損失以及抗旱工程分布等，能為抗旱決策提供必要的依據(jù)，是指導(dǎo)抗旱工作的一個(gè)重要手段。根據(jù)現(xiàn)有的地圖、工程圖、規(guī)劃圖和遙感影像圖，以及各類有關(guān)文件、調(diào)查報(bào)告、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（如經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、氣象資料、水文數(shù)據(jù)和社會數(shù)據(jù)等），繪制干旱風(fēng)險(xiǎn)圖，包括農(nóng)田受旱面積分布圖、農(nóng)村飲水困難分布圖、水利工程抗旱能力分布圖、干旱對生態(tài)影響分布圖和城市供水分布圖等。

加強(qiáng)干旱發(fā)生的不確定性研究，探討干旱損失不確定性影響因素之間的相關(guān)性、時(shí)空變化規(guī)律及其耦合作用，進(jìn)一步加強(qiáng)干旱風(fēng)險(xiǎn)分析理論與模型的研究，從而逐步建立一套涵蓋社會合理性、經(jīng)濟(jì)合理性、生態(tài)合理性等多維分析指標(biāo)的科學(xué)的干旱風(fēng)險(xiǎn)分析指標(biāo)體系，繪制一套能夠充分反映干旱危險(xiǎn)性、環(huán)境脆弱性、承災(zāi)體易損性和旱災(zāi)損失程度的干旱風(fēng)險(xiǎn)圖。同時(shí)，還要加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果的可靠性研究，從而進(jìn)一步推動干旱的風(fēng)險(xiǎn)管理。

最后，根據(jù)干旱風(fēng)險(xiǎn)圖提出相應(yīng)的應(yīng)對策略。例如：加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增進(jìn)水資源調(diào)配能力；強(qiáng)化非常規(guī)水源利用，實(shí)現(xiàn)多種水源綜合配置；加強(qiáng)需水管理，全面建設(shè)節(jié)水型社會；實(shí)施最嚴(yán)格的水資源保護(hù)，維護(hù)可再生能力；健全法規(guī)和制度體系，實(shí)施嚴(yán)格的水資源管理等。

四、結(jié) 論

在全球氣候變化和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展過程中非理性水土資源開發(fā)活動的影響下，我國干旱發(fā)生的頻率、影響范圍與影響程度不斷增加，而強(qiáng)調(diào)自然成因和以“危機(jī)管理”為主要范式的干旱應(yīng)對方略也未能有效減緩干旱危害。在全球環(huán)境變化的前提下，面對我國干旱缺乏明確統(tǒng)一的干旱定義、完整有效的干旱指標(biāo)體系以及中長期干旱預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀下，我國干旱綜合應(yīng)對在從 “危機(jī)管理”向“風(fēng)險(xiǎn)管理”轉(zhuǎn)變的同時(shí)，還應(yīng)構(gòu)建物理機(jī)制統(tǒng)一的水資源及伴生過程的模擬平臺和干旱風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，繪制干旱風(fēng)險(xiǎn)圖，為有效合理地提出干旱應(yīng)對策略提供強(qiáng)有力的依據(jù)。但是，我國干旱發(fā)生頻率大，影響范圍廣，且具有不確定性、普遍性、季節(jié)性、連續(xù)性和地域性等多樣特征，要實(shí)現(xiàn)全面準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的干旱預(yù)警以及中長期干旱預(yù)報(bào)尚需作進(jìn)一步研究。

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