遼西北農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險評價

遼西北農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險評價

農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生頻次遼寧西北是遼寧省的主要旱區(qū)。這個地區(qū)位于西部山區(qū)。干旱少雨，土地貧瘠，水土流失和土沙化嚴(yán)重。自然條件不好。它被稱為“十年九旱”。農(nóng)業(yè)干旱的頻繁發(fā)生在整個省份，對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響，尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境。因此,重視并積極采取措施應(yīng)對農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生是一項緊迫任務(wù)。風(fēng)險分析是研究具有不確定性系統(tǒng)的有效的技術(shù)工具,而農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害現(xiàn)象極其復(fù)雜,涉及的因素眾多,不確定程度較高,因此將風(fēng)險理論用于農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害研究,應(yīng)用風(fēng)險量化、風(fēng)險評價技術(shù)研究農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害,對有效的干旱災(zāi)害管理具有重要的意義。1陸性氣候特點(diǎn)遼西北位于遼寧省西北部,主要包括朝陽、阜新、錦州、葫蘆島、鐵嶺5個地級市和沈陽市的康平、法庫縣。該區(qū)處于亞干旱氣候區(qū),屬典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候,主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是干旱多風(fēng),夏季炎熱多雨,冬季寒冷干燥。年平均氣溫7.2~8.3°C,≥10°C積溫3321~3532°C,無霜期144~200d,年日照時數(shù)2823~2944h,年太陽輻射量5719~6050MJ/m2,多年平均降水量450~700mm左右。由于季風(fēng)的影響,降水中的60%~65%集中在夏季,降雨的年際變化也很大,據(jù)各雨量站統(tǒng)計,歷年降雨量最大最小之比在2~3左右。2研究方法和數(shù)據(jù)來源2.1學(xué)習(xí)方法2.1.1自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)自然災(zāi)害風(fēng)險是指未來若干年內(nèi)可能達(dá)到的災(zāi)害程度及其發(fā)生的可能性。根據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險的形成機(jī)理,自然災(zāi)害風(fēng)險是危險性(H)、暴露性(E)、脆弱性(V)和防災(zāi)減災(zāi)能力(R)綜合作用的結(jié)果,通常采用自然災(zāi)害指數(shù)表征風(fēng)險程度,可表示為:自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)=危險性∩暴露性∩脆弱性∩防災(zāi)減災(zāi)能力2.1.2量分析的方法層次分析法(AHP)是一種對指標(biāo)進(jìn)行定性定量分析的方法。通過將每個因子的組成指標(biāo)成對地進(jìn)行簡單的比較、判斷和計算,得出每個指標(biāo)的權(quán)重,以確定不同指標(biāo)對同一因子的相對重要性。2.1.3評價對象權(quán)重的確定加權(quán)綜合評價法(WCA)是依據(jù)評價指標(biāo)對評價總目標(biāo)影響的重要程度,預(yù)先分配一個相應(yīng)的權(quán)重系數(shù),然后與相應(yīng)的被評價對象各指標(biāo)的量化值相乘后再相加。計算公式為式中P為某評價對象所得的總分;Ai為某系統(tǒng)第i項指標(biāo)的量化值(0≤Ai≤1);n為某系統(tǒng)評價指標(biāo)個數(shù)。2.2農(nóng)業(yè)統(tǒng)計特征分析本文所用到的數(shù)據(jù)有屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù),屬性數(shù)據(jù)包括遼西北6個市的氣象數(shù)據(jù)、水資源數(shù)據(jù)、土壤特征數(shù)據(jù)、玉米特征數(shù)據(jù)、水利工程與灌溉設(shè)施數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù);空間數(shù)據(jù)包括研究區(qū)行政區(qū)劃圖、地形圖(DEM)、土地利用圖、土壤類型圖、河流水庫分布圖。上述數(shù)據(jù)、資料主要來源于《遼寧省水資源》、《2006年遼西北地區(qū)特大伏旱》、《遼寧省統(tǒng)計年鑒1996-2006》、《遼寧省水旱災(zāi)害》、《遼寧省社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計資料匯編——農(nóng)村經(jīng)濟(jì)部分1996-2006》以及中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。3建立農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險評估指數(shù)adri的過程3.1干旱災(zāi)害風(fēng)險農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害是指由外界環(huán)境因素造成作物體內(nèi)水分失去平衡,發(fā)生水份虧缺,影響作物正常生長發(fā)育,進(jìn)而導(dǎo)致減產(chǎn)或失收的現(xiàn)象。它涉及到土壤、作物、大氣和人類對資源利用等多方面因素,所以是各類干旱中最復(fù)雜的一種。它不僅是一種物理過程,而且也與生物過程和社會經(jīng)濟(jì)有關(guān)。干旱造成的危害準(zhǔn)確地反映了干旱災(zāi)害引起的作物產(chǎn)量的波動和損失,它是由自然、社會、經(jīng)濟(jì)、作物類型和抗災(zāi)特性以及管理能力構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。根據(jù)有關(guān)自然災(zāi)害風(fēng)險理論和上述干旱災(zāi)害形成機(jī)制,農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險是指干旱的活動(發(fā)生、發(fā)展)引起的農(nóng)作物產(chǎn)量的波動和損失的可能性。一般而言,農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險取決于4個因素:干旱災(zāi)害的危險性、干旱災(zāi)害的暴露性(承災(zāi)體)、承災(zāi)體的脆弱性(易損性)和抗旱減災(zāi)能力。其中,危險性表征干旱能否發(fā)生;暴露性表征干旱發(fā)生后能否作用于承災(zāi)體,強(qiáng)調(diào)承災(zāi)體的社會價值;脆弱性表征承災(zāi)體能否經(jīng)受得起損害,強(qiáng)調(diào)承災(zāi)體本身的自然屬性;抗旱減災(zāi)能力表征人類自身的能動作用對災(zāi)害的防御和抑制。一個區(qū)域農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險的大小是這4個因素綜合作用的結(jié)果(圖1)。3.2對農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險的影響農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險的形成是多因素綜合作用的結(jié)果,對于作物干旱來說,除了氣候條件外,還有土壤性質(zhì)、地貌類型、地下水狀況、作物本身的需水特征,以及干旱災(zāi)害管理水平、區(qū)域的抗旱減災(zāi)能力等人為因素,都影響其干旱災(zāi)害風(fēng)險的發(fā)生及強(qiáng)度。因此,基于以上的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險形成機(jī)理和草原火災(zāi)風(fēng)險評價流程圖,從農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害的發(fā)生學(xué)角度建立農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險概念框架(圖2),并在此基礎(chǔ)上,選取遼西北最主要的玉米作物作為研究對象,建立了農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險評價的指標(biāo)體系(表1)。農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害危險性基于造成農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害的自然變異因素和程度,主要指極端的氣候條件(無雨或少雨、空氣干燥和干熱、蒸發(fā)量大等)及自然地理環(huán)境。危險性指標(biāo)的選取,主要考慮影響干旱災(zāi)害發(fā)生的氣象條件、土壤以及地形因素。通過綜合分析,本文選擇4~9月降水量表示作物生長期內(nèi)降水的多少,前期積雪量表示頭年雨量對底墑的影響,4~9月連續(xù)無雨日數(shù)表示降雨的均勻程度或者干旱持續(xù)時間。蒸發(fā)量的多少從側(cè)面反應(yīng)了降雨的有效率。一個地區(qū)的干旱指數(shù)的計算式為其中T為月平均溫度,H為月相對濕度,P為月總降水量,m為相應(yīng)月份。干旱指數(shù)的大小直接定義了區(qū)域的干濕程度,也是氣候干旱程度的指標(biāo)。干旱頻率反映了干旱發(fā)生的可能性。除氣象因素外,水資源(天然徑流量、地下水資源量、水庫供水能力)以及下墊面因素(土壤和地形)也是農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生、發(fā)展的重要因素。暴露性(承災(zāi)體)是指可能受到危險因素威脅的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。承災(zāi)體的脆弱性表示受災(zāi)區(qū)暴露物體在農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害中受影響的程度。危險性作用于一定的承災(zāi)體便產(chǎn)生了災(zāi)害,農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害承災(zāi)體的主要對象就是農(nóng)作物,承災(zāi)體的暴露性主要表現(xiàn)在各種農(nóng)作物的播種面積,對于農(nóng)作物來說,播種面積越大,暴露性越大。干旱對農(nóng)作物播種面積的影響范圍以百分比表示損失程度和地域差異性,它與干旱造成的農(nóng)作物減產(chǎn)量有著密切的相關(guān)性,而生產(chǎn)水平高的地區(qū)抵抗干旱的能力也高,造成農(nóng)業(yè)損失的可能性也低(文獻(xiàn)),因此選用易旱程度(易旱作物面積與耕地面積之比)、農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量以及農(nóng)作物水供需比值作為脆弱性指標(biāo)?？购禍p災(zāi)能力表示受災(zāi)區(qū)在長期和短期內(nèi)能從農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害中恢復(fù)的程度。區(qū)域抗旱減災(zāi)能力與農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害的形成是呈反相關(guān)的,區(qū)域抗旱設(shè)備數(shù)量以及有效灌溉率(有效灌溉面積/農(nóng)作物總面積)表示灌溉能力的高低,農(nóng)業(yè)抗旱支出、農(nóng)業(yè)技術(shù)人員、農(nóng)民人均收入以及抗旱減災(zāi)預(yù)案的制定反映了政府和群眾抗旱的投入水平,抗旱減災(zāi)預(yù)案的制定則是政策法規(guī)是否完整的體現(xiàn),可避免盲目抗旱,減少干旱造成的損失。由于所選指標(biāo)單位不同,為便于計算,需對每個指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理,具體方法如下:正向指標(biāo):指標(biāo)值越大,農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險越大,屬于最大最優(yōu)型,令:負(fù)向指標(biāo):指標(biāo)值越大,農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險越小,屬于最小最優(yōu)型,令:式中Xij為第i個對象的第j項指標(biāo);X′ij為無量綱化處理后第i個對象的第j項指標(biāo)值;Xmax和Xmin分別為該指標(biāo)的最大值和最小值對于不能量化的土壤和地貌類型指標(biāo),采取定量賦值法賦值(文獻(xiàn))。根據(jù)自然地理學(xué)理論可以發(fā)現(xiàn),干旱災(zāi)害在不同地形地貌和土壤類型上發(fā)生的概率不同。通過對土壤肥力、土壤蓄水能力和地貌耕作的適宜性的統(tǒng)計分析,對土壤類型和地貌類型采取定量賦值,最終量化值是每一類型所占比重乘以該類量化值之后和的平均值,結(jié)果列于表2、表3。利用層次分析法(AHP)計算各個評價指標(biāo)的權(quán)重值,用以表示其對農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險的相對貢獻(xiàn)率。對多位不同專業(yè)專家咨詢后,把各指標(biāo)按照相對重要程度進(jìn)行九分位打分,利用專家判斷值構(gòu)造判斷矩陣并進(jìn)行一致性檢驗,得到各指標(biāo)的權(quán)重,結(jié)果如表1所示。3.3干旱災(zāi)害風(fēng)險農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)(ADRI)顯示的是對農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的概率(P)及其潛在損失(D)的綜合評價,其大小與危險性(H)、暴露性(E)、脆弱性(V)和抗旱減災(zāi)能力(R)有密切關(guān)系。危險性、暴露性及其脆弱性越大,農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的概率及其潛在損失也越大,即干旱災(zāi)害風(fēng)險越大;而抗旱減災(zāi)能力越強(qiáng),農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的概率及其潛在損失就越小,即干旱災(zāi)害風(fēng)險越小。根據(jù)以上的分析,利用自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)法、加權(quán)綜合評價法和層次分析法,建立了農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險指數(shù),用以表征農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險程度,具體計算公式如下:式中ADRI為農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險指數(shù),用于表示農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險程度,其值越大,農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險程度也越大;X為各評價指標(biāo)的量化值;H(X)、E(X)、V(X)、R(X)的值相應(yīng)的表示危險性、暴露性、脆弱性和抗旱減災(zāi)能力的大小,利用式(1)計算可得;WH、WE、WV、WR分別為利用層次分析法得到的危險性、暴露性、脆弱性和抗旱減災(zāi)能力的權(quán)重值,見表1。4農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險程度及等級基于上述評價指標(biāo)體系和模型,假定在每一縣市中每一指標(biāo)都平均分布,對遼西北地區(qū)各縣市分別選取指標(biāo)體系中的指標(biāo),并計算各縣市各個指標(biāo)的多年平均值。利用式(1)~式(4)對遼西北地區(qū)各個農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險評價指標(biāo)進(jìn)行計算,得到吉林省西部各縣市的危險性、暴露性、脆弱性和抗旱減災(zāi)能力值(圖3),并得到遼西北地區(qū)各縣市農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)值。為了比較說明農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害各因子對總體風(fēng)險的貢獻(xiàn)程度,在對區(qū)域整體風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上,每次只集中分析單一因子的危險性、暴露性、脆弱性和抗旱減災(zāi)能力。結(jié)果表明,高風(fēng)險區(qū)域內(nèi)的朝陽和阜新地區(qū)以及沈陽的康平、法庫,在危險性和脆弱性2個因子上的值都很高,阜新地區(qū)雖然抗旱減災(zāi)能力較高,但其總體風(fēng)險仍然較高,這說明一個區(qū)域農(nóng)業(yè)干旱是否頻繁,總體上受制于自然地理環(huán)境的制約。這幾個地區(qū)氣候干旱,導(dǎo)致農(nóng)作物供水不足,脆弱性加大,而抗旱減災(zāi)能力所起的作用較弱,因此整體風(fēng)險高于其他地區(qū)。暴露性低的區(qū)域主要是農(nóng)作物播種面積小、抗旱減災(zāi)能力高的一些市轄區(qū),如錦州市、錦州太和區(qū)、鐵嶺市、鐵嶺清河區(qū)、調(diào)兵山市以及朝陽市,除朝陽市外,風(fēng)險水平都較低,總體處于低風(fēng)險區(qū)域范圍。剩余區(qū)域的4個因子值均處于中間地位,沒有比較突出的單一因子值,因此風(fēng)險水平屬于中風(fēng)險。為了評價農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險程度,根據(jù)研究區(qū)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害的實際狀態(tài),并考慮農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)的最大值和最小值,對遼西北農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險度進(jìn)行了4級評價,結(jié)果如表4所示。利用農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)值以及農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃的界限值,借助GIS技術(shù)得到的遼西北農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險評價結(jié)果及其區(qū)劃如表5和圖4所示。表5和圖4顯示了遼西北農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險輕、低、中和高4種類型的區(qū)域范圍以及風(fēng)險指數(shù)的特征值,且不同風(fēng)險類型的風(fēng)險指數(shù)具有明顯的差異,風(fēng)險指數(shù)的最大值、最小值和平均值都隨著風(fēng)險程度的提高而增大。從全區(qū)來看,農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害的風(fēng)險程度集中在中度以上,屬于中風(fēng)險和高風(fēng)險的區(qū)域有18個,所占比重高達(dá)62%;而輕風(fēng)險和低風(fēng)險的區(qū)域有11個,占總區(qū)域的38%。結(jié)合風(fēng)險區(qū)劃圖可以發(fā)現(xiàn),遼西北農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險的水平空間格局,大致是東南方向低,西北方向高。5風(fēng)險評價模型檢驗為了檢驗研究中提出的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害評價方法和模型的適用性,以遼西北2006年(典型干旱年)的旱情與農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)進(jìn)行了比較研究。由于資料的局限性,在計算風(fēng)險過程中,主要考慮的是糧食作物中的玉米,因此選擇與其相近的遼西北2006年造成的糧食減產(chǎn)系數(shù),對風(fēng)險評價模型進(jìn)行檢驗。減產(chǎn)系數(shù)計算公式為式中C為綜合減產(chǎn)系數(shù)(%);I1為受災(zāi)(減產(chǎn)1成以上)面積占播種面積的比例;I2為成災(zāi)(減產(chǎn)3成以上)面積占播種面積的比例;I3為絕收(減產(chǎn)8成以上)面積占播種面積的比例。圖5所示為遼西北2006年糧食減產(chǎn)系數(shù)的空間分布。將風(fēng)險評價區(qū)劃圖(圖4)與2006年遼西北受干旱影響糧食減產(chǎn)系數(shù)區(qū)劃圖(圖5)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn),兩者可以較好的匹配,大體上都是東部和南部低,西北部和中部高。因此,本文通過指標(biāo)選取,利用自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)法、層次分析法和加權(quán)綜合評分法建立模型進(jìn)行農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險評價與風(fēng)險區(qū)劃是合理的。在數(shù)據(jù)允許的情況下,可以依據(jù)此模型來評價不同類型農(nóng)作物和不同區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)