基于農(nóng)業(yè)旱災(zāi)損失風險曲線的區(qū)域旱災(zāi)風險率空間分布研究

徐 敏

(遼寧省本溪水文局，遼寧 本溪 117000)

由于干旱影響使得農(nóng)業(yè)產(chǎn)量及產(chǎn)值損失影響的定量評估稱作為農(nóng)業(yè)旱災(zāi)損失評估[1]。農(nóng)業(yè)干旱在眾多干旱影響中尤為顯著，農(nóng)作物的正常生產(chǎn)受干旱水分短缺影響較為直接[2]。由于農(nóng)作物耕作面積及種類的差異使得其對不同生長階段的需水要求不同，對于不同作物構(gòu)成其干旱程度以及干旱發(fā)生時間產(chǎn)生的影響具有顯著的區(qū)別[3]。當前有一些研究成果[3-13]將“旱災(zāi)風險”與“干旱風險”做為相同的概念，這主要是沒有對干旱風險、旱災(zāi)損失以及災(zāi)害風險等概念進行明晰所致。其次由于缺少旱災(zāi)風險評估的物理機制模型，無論是采用隨機概率還是模糊綜合風險評估方法，都不能對旱災(zāi)風險的物理過程進行表述，因此很難對風險要素內(nèi)在相關(guān)性和演變過程進行有效反映，無法對復(fù)雜變化環(huán)境下旱災(zāi)風險的隨機程度進行定量表征。再次旱災(zāi)風險定量評估手段較少，大都以定性描述為主，缺少技術(shù)方法[14]。為此需要對農(nóng)業(yè)干旱風險物理機制進行分析，提出其定量評估方法，建立相應(yīng)的評估技術(shù)體系[15]。為此本文從提升旱情防御能力出發(fā)，對旱災(zāi)風險損失的評估指標進行合適選取，基于統(tǒng)計學方法對旱災(zāi)風險及損失率進行定量評估。研究成果對于旱區(qū)風險評估方法具有重要的參考價值。

1 農(nóng)業(yè)因旱損失模型建立

依據(jù)SL 663—2014《干旱災(zāi)害等級標準》，農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害評估指標及等級標準規(guī)定，農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害評估指標包括糧食因旱損失率指標。主要適用于夏糧秋糧和全年糧食因旱損失評估。采用糧食因旱損失指標評估農(nóng)業(yè)旱災(zāi)害時，糧食因旱損失率應(yīng)執(zhí)行以下規(guī)定:

Pg1=Wg1/Wgt×100%

(1)

式中，Pg1—評估區(qū)域糧食因旱損失率，%；Wg1—評估區(qū)域糧食因旱損失量，t；Wgt—評估區(qū)域正常年份或夏(秋)糧的糧食總產(chǎn)量，t。

依據(jù)SL 663—2014，農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害評估指標包括糧食因旱損失量指標。主要適用于夏糧秋糧和全年糧食因旱損失評估。糧食因旱損失量應(yīng)按下式計算：

Wg1=q[(A1-A2)×20%+(A2-A3)×55%+A3×90%]

(2)

式中，Wg1—評估區(qū)糧食因旱損失量，t；q—評估區(qū)正常年份的糧食平均單產(chǎn)量(評估年前3年且剔除嚴重水旱災(zāi)害等災(zāi)害年的單產(chǎn)平均值)，t/hm2；A1、A2、A3—評估區(qū)食作物因旱受災(zāi)面積、成災(zāi)面積和絕收面積，hm2。

2 資料收集

收集完成遼西18個縣旱情統(tǒng)計資料，時間尺度為1990—2020年。數(shù)據(jù)來源于遼寧省抗旱規(guī)劃統(tǒng)計數(shù)據(jù)。主要包括旱情發(fā)生、結(jié)束時間，受旱、受災(zāi)、成災(zāi)、絕收、糧食作物播種面積，以及糧食產(chǎn)量等資料。根據(jù)受災(zāi)、成災(zāi)、絕收、糧食作物播種面積等數(shù)據(jù)，可以計算得到各年干旱事件的因旱損失率。

3 農(nóng)業(yè)旱災(zāi)損失風險曲線的構(gòu)建

建立干旱頻率和其對應(yīng)干旱損失率的曲線方程，結(jié)合散點分布，對其擬合方程進行回歸和優(yōu)化分析，對農(nóng)業(yè)旱災(zāi)損失風險曲線進行繪制?；谠撉€可以對農(nóng)業(yè)旱災(zāi)損失風險進行不同頻率的分析，從而獲取對應(yīng)不同干旱頻率的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)損失。遼西地區(qū)10個典型縣的干旱頻率和農(nóng)業(yè)旱災(zāi)損失擬合曲線如圖1所示。

從分析結(jié)果可看出，選取的18個試點縣區(qū)的干旱頻率和因旱損失率之間具有較好的相關(guān)度，各散點均勻分布在擬合曲線的兩側(cè)，擬合方程的相關(guān)系數(shù)均高于0.5。各縣區(qū)干旱頻率和因旱損失率的擬合曲線滿足對數(shù)變化特征，潛在因旱損失呈現(xiàn)隨著著干旱頻率的降低而逐步增加的變化趨勢。

4 干旱頻率空間分布圖

結(jié)合各縣區(qū)的的干旱頻率—因旱損失關(guān)系曲線，分別對5%、10%、20%、30%、50%、60%因旱損失率對應(yīng)的干旱頻率空間分布進行分析，結(jié)果如圖2所示。

為了使干旱頻率空間分布更為直觀，以干旱重現(xiàn)期作為指標分別進行7個區(qū)間分布顯示。干旱頻率空間分布圖是從干旱發(fā)生的可能性角度來反映區(qū)域發(fā)生干旱的危險程度隨著干旱影響范圍及時間增大而增高，干旱損失隨著干旱重現(xiàn)的加大而逐步嚴重。從分析結(jié)果可看出，因旱損失率低于20%的情況下，各縣區(qū)干旱重現(xiàn)期均低于10年一遇，綏中地區(qū)干旱重現(xiàn)期最高，其次為建平縣。隨著干旱損失率的增加，各縣區(qū)干旱重現(xiàn)期逐步增高，30%旱損失率下，干旱重現(xiàn)期在6～10年一遇增幅達到10%，綏中干旱重現(xiàn)期介于20～50年一遇，具有發(fā)生嚴重干旱的風險，其次為黑山縣，為干旱中風險地區(qū)。當因旱損失率為50%和60%時，各縣區(qū)均為干旱中高風險地區(qū)，干旱重現(xiàn)期均在10年一遇以上，其中綏中和黑山縣可發(fā)生極端干旱情況，需要重點關(guān)注這兩個縣區(qū)的干旱情況。

圖1 各典型縣區(qū)干旱頻率和因旱損失率間的定量關(guān)系曲線

續(xù)圖1 各典型縣區(qū)干旱頻率和因旱損失率間的定量關(guān)系曲線

圖2 干旱頻率空間分布圖

續(xù)圖2 干旱頻率空間分布圖

5 因旱損失空間分布圖

根據(jù)建立的干旱頻率-因旱損失關(guān)系擬合公式，推求不同干旱重現(xiàn)期對應(yīng)的因旱損失，即得因旱損失空間分布圖。因旱損失空間分布圖如圖3所示。

從分析結(jié)果可看出，當干旱重現(xiàn)期5年一遇情況下，因旱損失中風險地區(qū)主要集中在阜新地區(qū)的阜蒙縣和彰武縣。隨著干旱重現(xiàn)期的增加，因旱損失的高風險、中風險地區(qū)的比例不斷增加，相比于5年一遇，干旱重現(xiàn)期為10年以上時，因旱損失率超過30%的中高風險區(qū)的增比在25%～45%之間。從10年一遇到50年一遇，阜蒙縣和彰武的因旱損失率均明顯高于其他縣區(qū)，為因旱損失率高風險地區(qū)。

圖3 因旱損失空間分布圖

續(xù)圖3 因旱損失空間分布圖

6 結(jié)論

(1)干旱事件頻率與因旱損失率之間呈現(xiàn)負相關(guān)性，驗證了基于干旱事件過程的旱災(zāi)風險定量評估方法的合理性。

(2)干旱頻率空間分布圖可對區(qū)域干旱發(fā)生強度、范圍以及持續(xù)時間的風險度高低有所反映，干旱重現(xiàn)期較大的區(qū)域可能引發(fā)的旱災(zāi)損失越嚴重。

(3)在同一干旱頻率條件下，因旱損失高風險區(qū)主要集中在阜蒙縣和彰武縣，均為阜新地區(qū)，建議加強阜蒙縣和彰武縣的抗旱能力建設(shè)，提高區(qū)域抗旱能力。