西南地區(qū)水稻洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估與區(qū)劃*

楊建瑩，霍治國,2**，吳 立 ，張桂香，汪天穎

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西南地區(qū)水稻洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估與區(qū)劃*

楊建瑩1，霍治國1,2**，吳 立1，張桂香1，汪天穎1

（1. 中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2. 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044）

為全面評估水稻洪澇的綜合風(fēng)險(xiǎn)，基于自然災(zāi)害系統(tǒng)理論和農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法，利用西南地區(qū)（重慶、四川、貴州和云南）193個(gè)氣象站1961-2012年逐日降水資料、396個(gè)縣（市）1981-2012年水稻產(chǎn)量、面積資料和17個(gè)農(nóng)氣站點(diǎn)水稻生育期數(shù)據(jù)，以及西南地區(qū)數(shù)字高程（DEM）數(shù)據(jù)，構(gòu)建區(qū)域水稻洪澇災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體暴露性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性和區(qū)域抗災(zāi)能力指數(shù)，以及綜合風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，對西南地區(qū)水稻洪澇進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃。結(jié)果表明：（1）水稻不同生育階段洪澇等級風(fēng)險(xiǎn)概率分布存在明顯的地區(qū)差異，洪澇危險(xiǎn)性表現(xiàn)為移栽分蘗期＞拔節(jié)孕穗期＞抽穗成熟期；全生育期高、次高危險(xiǎn)區(qū)主要分布于云南南部和東北部、貴州南部，以及四川的成都、眉山和德陽地區(qū)。（2）基于不同時(shí)間序列的水稻相對暴露率明顯波動，水稻生產(chǎn)承災(zāi)體高、次高暴露區(qū)主要集中在四川東北部和重慶地區(qū)；孕災(zāi)環(huán)境高、次高敏感區(qū)主要位于云南北部、四川南部和貴州東南部地區(qū)；水稻洪澇低抗災(zāi)能力區(qū)主要位于貴州。（3）西南地區(qū)水稻洪澇綜合風(fēng)險(xiǎn)呈由中部向四周遞增的趨勢，高、次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于貴州南部、云南南部和四川東北部地區(qū)，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于重慶南部和云南北部地區(qū)。

洪澇災(zāi)害；農(nóng)業(yè)氣象；風(fēng)險(xiǎn)分析；區(qū)劃；一季稻

中國西南地區(qū)地形、地貌復(fù)雜，受季風(fēng)和青藏高原環(huán)流系統(tǒng)的影響，雨季降水過于集中，洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率高、強(qiáng)度大[1]。水稻是西南地區(qū)主要糧食作物，常年種植面積近467萬hm2。由于水稻的生長期恰逢雨季，經(jīng)常會出現(xiàn)連續(xù)降雨或暴雨形成洪澇災(zāi)害，造成水稻受淹或沖毀，導(dǎo)致減產(chǎn)甚至絕收[2]。如1998年8月上旬，云南瀾滄地區(qū)發(fā)生強(qiáng)降水過程，水稻大面積被淹，減產(chǎn)20%～30%。2015年7月21-24日，四川盆地累計(jì)雨量100～250mm，局部地區(qū)雨量超過300mm，造成水稻大面積成災(zāi)。因此，開展西南地區(qū)水稻洪澇風(fēng)險(xiǎn)研究，有助于提升區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理和決策水平，減輕洪澇災(zāi)害給水稻生產(chǎn)造成的損失。

洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究，主要集中在某一地區(qū)某一時(shí)間內(nèi)洪澇發(fā)生的可能性、活動程度、破壞損失及其對經(jīng)濟(jì)、社會和自然環(huán)境系統(tǒng)造成的影響和危害[3-4]，多從致災(zāi)因子、承災(zāi)體、孕災(zāi)環(huán)境、防災(zāi)能力等單因素、集成多因素出發(fā)，通過構(gòu)建指標(biāo)體系，進(jìn)行區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)的定性和定量評估[5-7]；研究對象涉及城市[8]、人口[9]、經(jīng)濟(jì)[10-11]、農(nóng)業(yè)[12]等領(lǐng)域。近幾年，針對作物的洪澇風(fēng)險(xiǎn)研究逐漸發(fā)展起來，如盛紹學(xué)等[13]基于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析理論，針對江淮地區(qū)各縣小麥從澇漬脆弱性、自然氣候風(fēng)險(xiǎn)、災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)和抗災(zāi)能力4個(gè)方面對江淮地區(qū)小麥澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行空間區(qū)域劃分；張蕾等[14]綜合苗期濕澇危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力進(jìn)行瓜菜苗期濕澇綜合風(fēng)險(xiǎn)分析和區(qū)劃。目前，作物洪澇研究主要集中在冬小麥[15-16]、玉米[17]、蘋果[18]、油菜[19]等旱生作物上，針對水生作物的洪澇風(fēng)險(xiǎn)研究則甚少。

水稻屬沼澤類作物，抗?jié)衬芰?qiáng)，但若遭遇持續(xù)性降雨或強(qiáng)降雨，仍會造成大面積減產(chǎn)甚至絕收。關(guān)于水稻洪澇，眾多學(xué)者從水稻受澇特征[20]、抗?jié)衬芰21-22]以及水稻洪澇致災(zāi)指標(biāo)[23]等方面進(jìn)行了研究。但是，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性和相關(guān)數(shù)據(jù)獲得的局限性，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程、針對作物生長特點(diǎn)的水稻洪澇風(fēng)險(xiǎn)研究還未見報(bào)道。

因此，基于自然災(zāi)害系統(tǒng)理論[24]和農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法[25]，本文以西南地區(qū)一季稻洪澇災(zāi)害為研究對象，針對水稻生產(chǎn)中容易遭受的洪澇災(zāi)害，構(gòu)建致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體暴露性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性（脆弱性）、抗災(zāi)能力指標(biāo)，以及綜合風(fēng)險(xiǎn)評估模型，評估區(qū)域水稻洪澇風(fēng)險(xiǎn)，以期為因地制宜開展水稻洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理、優(yōu)化生產(chǎn)布局提供科技支撐。

1 資料與方法

1.1 資料來源

西南地區(qū)水稻種植區(qū)域界定依據(jù)國家氣象中心2012年編著的《農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)手冊》（非出版物），包括四川、重慶、云南、貴州四?。ㄊ校┑?96個(gè)縣（市），區(qū)內(nèi)193個(gè)氣象站點(diǎn)1961-2012年的逐日降水量資料來源于國家氣象信息中心，水稻生育期資料來源于西南地區(qū)17個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測站的觀測數(shù)據(jù)，包括1991-2012年水稻播種、移栽、拔節(jié)、抽穗和成熟日期；縣級尺度的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括1981-2012年西南地區(qū)396個(gè)縣（市）主要作物的播種面積、產(chǎn)量等；DEM數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)勘探局（USGS）生產(chǎn)的全球30″數(shù)字高程模型（GTOPO 30），其空間分辨率為30″（約1km）。區(qū)域范圍及各站點(diǎn)分布見圖1。

根據(jù)水稻發(fā)育期資料，將研究區(qū)水稻發(fā)育期分成3個(gè)階段，即移栽分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗成熟期。水稻在不同?。ㄊ校┑陌l(fā)育時(shí)期差別較大，這主要與氣候特點(diǎn)和水稻的品種熟型有關(guān)。本文中各站點(diǎn)的生育期數(shù)據(jù)采用分省統(tǒng)計(jì)的水稻各發(fā)育階段的開始和結(jié)束日期，4?。ㄊ校┧景l(fā)育期情況見表1。

表1 西南地區(qū)各?。ㄊ校┧旧?/p>

Note: E-，M-，L- is the first，middle and last ten-day of a month, respectively.

1.2 構(gòu)建評估指標(biāo)體系

1.2.1 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)

（1）水稻洪澇等級評價(jià)指標(biāo)

基于前期研究成果[23]，根據(jù)水稻不同生育階段降水量和降水持續(xù)時(shí)間分別評定移栽分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗成熟期的洪澇等級，標(biāo)準(zhǔn)見表2。其中，輕度洪澇的受災(zāi)表現(xiàn)為稻田受淹、水稻受災(zāi)、部分成災(zāi)；中度洪澇的受災(zāi)表現(xiàn)為淹沒、水稻成災(zāi)、部分水稻絕收；重度洪澇的受災(zāi)表現(xiàn)為水稻絕收、無收、滅產(chǎn)。

表2 水稻各生育階段洪澇等級評價(jià)指標(biāo)

注：R為過程雨量(mm)。

Note: R is rainfall amount of a rainfall event.

（2）水稻洪澇危險(xiǎn)性指數(shù)

水稻洪澇致災(zāi)因子危險(xiǎn)性由洪澇發(fā)生程度（強(qiáng)度）和頻次（概率）決定。一般洪澇強(qiáng)度越大，頻次越高，洪澇災(zāi)害所造成的水稻損失越嚴(yán)重，洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)也越大。某地水稻整個(gè)生育期洪澇致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（M）[12]計(jì)算式為

式中，Qij為第j個(gè)生育階段第i個(gè)等級洪澇災(zāi)害的等級即輕度、中度和重度，分別取1、2和3，Pij為第j個(gè)生育階段第i個(gè)等級洪澇災(zāi)害發(fā)生的概率。n為洪澇的等級，n=3；m為水稻的3個(gè)發(fā)育時(shí)期，即移栽分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗成熟期，m=3。洪澇發(fā)生概率為依據(jù)洪澇等級評價(jià)指標(biāo)計(jì)算得到的1961-2012年各等級洪澇的風(fēng)險(xiǎn)概率，計(jì)算方法采用信息擴(kuò)散法[14]，通過線性分配得到控制區(qū)間的原始信息分布，建立概率分布模型，計(jì)算得到不同等級洪澇風(fēng)險(xiǎn)概率。

1.2.2 水稻暴露性指數(shù)

水稻空間分布以及種植密度等均可反映水稻生產(chǎn)對洪澇災(zāi)害的暴露性。水稻暴露在洪澇災(zāi)害中的密度越大，受災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)也就越大。水稻相對暴露率（AR）在一定程度上可以進(jìn)行區(qū)域單元間水稻暴露性的比較。近年來，西南地區(qū)水稻種植面積整體呈下降趨勢，但區(qū)域間水稻種植密度波動存在明顯差異。通常情況下，基于長時(shí)間序列資料（1981-2012年）計(jì)算得到的水稻相對暴露率，對近年來水稻暴露風(fēng)險(xiǎn)的表達(dá)較弱；若以近5a（2008-2012年）和近3a（2010-2012年）水稻相對暴露率作為評估水稻暴露風(fēng)險(xiǎn)的依據(jù)，所得結(jié)果則忽略了區(qū)域水稻長期種植的穩(wěn)定性。為更好地反映水稻暴露特征在時(shí)間序列上的區(qū)域穩(wěn)定性和變異特征，在水稻暴露性指數(shù)構(gòu)建過程中，分別對1981-2012年（32a）、1993-2012年（近20a）、2003-2012年（近10a）、2008-2012年（近5a）和2010-2012年（近3a）水稻相對暴露率進(jìn)行計(jì)算，以各時(shí)段水稻相對暴露率的加權(quán)得到水稻暴露性指數(shù)。某地水稻暴露性指數(shù)的計(jì)算式為

式中，E為水稻暴露性指數(shù)；ARi為某地每個(gè)計(jì)算時(shí)段的水稻相對暴露率；wi為每個(gè)時(shí)段相應(yīng)的權(quán)重，利用層次分析法[26]綜合確定。

每個(gè)時(shí)段相對暴露率[27]的計(jì)算式為

式中，ai為某縣第i年水稻播種面積（hm2），zi為該縣幅員面積（hm2），Ai為該年區(qū)域水稻播種面積（hm2），Zi為區(qū)域幅員面積，n為計(jì)算時(shí)段的年數(shù)。

1.2.3 孕災(zāi)環(huán)境敏感性指數(shù)

西南地區(qū)地形地貌極為復(fù)雜，境內(nèi)高原、山地、丘陵、平原、河谷均有分布，還有廣泛分布的喀斯特地貌。從洪澇形成的背景和機(jī)理分析，地形因子是洪澇災(zāi)害形成的主要孕災(zāi)因子。在地勢低洼平坦、地形閉塞的地區(qū)，積水難以迅速宣泄，易于暴雨洪澇災(zāi)害的形成[28]。本文中西南地區(qū)地形因子的影響通過高程及高程標(biāo)準(zhǔn)差的不同組合來體現(xiàn)。其中，高程標(biāo)準(zhǔn)差表征地形的起伏程度，利用DEM數(shù)據(jù)，采用1000m×1000m的網(wǎng)格大小，計(jì)算數(shù)據(jù)中某一格點(diǎn)的高程與周圍8個(gè)格點(diǎn)的高程標(biāo)準(zhǔn)差。依據(jù)柵格單元占區(qū)域總柵格數(shù)的百分比，將高程及高程標(biāo)準(zhǔn)差劃分為5個(gè)等級。通過專家打分法對高程及高程標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行賦值[29]（表3）。

表3 高程和高程標(biāo)準(zhǔn)差組合的賦值標(biāo)準(zhǔn)

1.2.4 抗災(zāi)能力指數(shù)

水稻抗災(zāi)能力，從以下兩個(gè)方面進(jìn)行評估：（1）水稻產(chǎn)量水平。單產(chǎn)在一定程度上可以代表西南地區(qū)水稻生產(chǎn)的水平，亦可代表這一區(qū)域的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平[30]；（2）減產(chǎn)率的波動程度。水稻減產(chǎn)率的波動大小能體現(xiàn)水稻對外來干擾的適應(yīng)能力，波動大的區(qū)域水稻抗外來干擾能力較脆弱，波動小的區(qū)域水稻抗外來干擾能力較強(qiáng)。

（1）水稻產(chǎn)量水平采用相對單產(chǎn)系數(shù)表示，即

式中，Yr為某縣相對產(chǎn)量系數(shù)，yi為第i年該縣水稻單產(chǎn)值，yi為第i年西南地區(qū)水稻單產(chǎn)平均值，n為總年數(shù)。

（2）減產(chǎn)率的波動程度采用減產(chǎn)率變異系數(shù)表示，即

式中，Ri為第i年某縣水稻減產(chǎn)率，R為該縣1981-2012年水稻減產(chǎn)率的平均值。將水稻減產(chǎn)率定義為當(dāng)年水稻實(shí)際產(chǎn)量與趨勢產(chǎn)量的比值。當(dāng)減產(chǎn)率為正值時(shí)，則表示增產(chǎn)；若減產(chǎn)率為負(fù)值，則表示減產(chǎn)，計(jì)算方法參照《小麥干旱災(zāi)害等級》標(biāo)準(zhǔn)[31]。

構(gòu)建的抗災(zāi)能力指數(shù)（F）可表示為

（6）

1.2.5 水稻洪澇風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

為了消除不同因子量綱的影響，構(gòu)建水稻洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)之前，根據(jù)數(shù)據(jù)極差標(biāo)準(zhǔn)化方法，將洪澇發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（M）和水稻承災(zāi)暴露性指數(shù)（E）、敏感性指數(shù)（S）和抗災(zāi)能力指數(shù)（F）極差標(biāo)準(zhǔn)化。為了標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)非零，改進(jìn)的計(jì)算式[32]為

式中，Xs為極差標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)；Xj為原始數(shù)據(jù)；Xmin為原始數(shù)據(jù)序列中的最小值；Xmax原始數(shù)據(jù)序列中的最大值。

由于在構(gòu)成災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的4個(gè)要素中，災(zāi)害的危險(xiǎn)性、承載體暴露性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)生成的作用方向一致，而抗災(zāi)能力與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)生成的作用方向相反，即某區(qū)域的抗災(zāi)能力越強(qiáng)，災(zāi)害危險(xiǎn)性、承載體暴露性和孕災(zāi)環(huán)境敏感性對災(zāi)害生成的作用力就會受到一定抑制，從而減少災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)度[27]。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)考慮到抗災(zāi)能力的反向作用力。由標(biāo)準(zhǔn)化后的洪澇災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)（Mjs）、承災(zāi)體暴露性指數(shù)（Ejs）、孕災(zāi)環(huán)境敏感性指數(shù)（Sjs）和抗災(zāi)能力（Fjs）共同構(gòu)建的西南地區(qū)水稻洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（FI）為

式中，Mjs為標(biāo)準(zhǔn)化的j站洪澇風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ejs為標(biāo)準(zhǔn)化的j站水稻暴露性風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Sjs為標(biāo)準(zhǔn)化的j區(qū)敏感性指數(shù)；Fjs為標(biāo)準(zhǔn)化的j區(qū)抗災(zāi)能力指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻各生育階段洪澇致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評估

2.1.1 不同等級洪澇概率分布

頸椎按摩操主要是通過主動活動鍛煉，達(dá)到疏通血脈和調(diào)暢氣機(jī)的目的，配合其他治療重新恢復(fù)頸椎的活動調(diào)節(jié)功能，從而達(dá)到消除緩解頸椎病的臨床癥狀，在治療康復(fù)頸椎病上有其應(yīng)用的理論依據(jù)。頸椎按摩操同時(shí)具有護(hù)士易于指導(dǎo)督促患者正確練習(xí)的特點(diǎn)，且易學(xué)易練，是值得推廣的康復(fù)鍛煉方法。

基于水稻洪澇等級評價(jià)指標(biāo)，采用信息擴(kuò)散方法，計(jì)算1961-2012年西南地區(qū)193個(gè)站點(diǎn)水稻輕、中、重度洪澇的風(fēng)險(xiǎn)概率，采用IDW插值法[33]繪制水稻洪澇危險(xiǎn)性空間分布圖（圖2）。由圖2可見，移栽分蘗期洪澇危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)概率呈東高西低的分布，高發(fā)區(qū)域主要位于貴州南部和云南南部地區(qū)，該地區(qū)1961-2012年輕、中和重度洪澇風(fēng)險(xiǎn)概率分別在0.16、0.1和0.08以上，其中云南南部的金平、龍陵、綠春、羅平、西盟，貴州的都勻、興仁和六枝地區(qū)，輕、中和重度洪澇風(fēng)險(xiǎn)概率分別達(dá)到0.35、0.2和0.15以上，是水稻移栽分蘗期洪澇的高發(fā)區(qū)域。水稻拔節(jié)孕穗期洪澇風(fēng)險(xiǎn)概率較移栽分蘗期降低，高值區(qū)域主要位于云南南部地區(qū)，輕、中和重度洪澇風(fēng)險(xiǎn)概率分別達(dá)到0.16、0.12和0.12以上。由于水稻拔節(jié)孕穗期正值汛期，四川中部和東部地區(qū)，洪澇風(fēng)險(xiǎn)概率較移栽分蘗期有所增加，尤其是峨眉、名山、洪雅、安縣、夾江以及綿竹等地，輕、中和重度洪澇風(fēng)險(xiǎn)概率分別在0.08、0.04和0.02以上。抽穗成熟期洪澇風(fēng)險(xiǎn)概率空間特征與拔節(jié)孕穗期基本一致，風(fēng)險(xiǎn)概率高值區(qū)域主要位于云南南部和四川中部地區(qū)，其中云南南部地區(qū)水稻重度洪澇的風(fēng)險(xiǎn)概率高于輕度和中度洪澇，達(dá)到0.16以上?？傮w來說，水稻洪澇風(fēng)險(xiǎn)概率表現(xiàn)為移栽分蘗期＞拔節(jié)孕穗期＞抽穗成熟期。移栽分蘗期洪澇和拔節(jié)孕穗期以輕度洪澇為主，而抽穗成熟期易發(fā)生水稻重度洪澇。

2.1.2 洪澇危險(xiǎn)性評估與分布

利用各生育階段洪澇發(fā)生等級和概率，根據(jù)危險(xiǎn)性評價(jià)模型，計(jì)算得到193個(gè)氣象站點(diǎn)水稻洪澇危險(xiǎn)性指數(shù)。通過IDW插值方法得到水稻洪澇危險(xiǎn)性指數(shù)空間分布，采用百分位法，將水稻洪澇危險(xiǎn)性指數(shù)劃分成4個(gè)等級，對應(yīng)得到水稻洪澇低、中、次高和高危險(xiǎn)性評價(jià)指標(biāo)的分級臨界值（表4）及水稻洪澇危險(xiǎn)性分布（圖3）。由圖3可見，移栽分蘗期的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于云南南部和貴州西南部地區(qū)，危險(xiǎn)性指數(shù)≥1.25；次高危險(xiǎn)區(qū)包括云南東北部和貴州南部，危險(xiǎn)性指數(shù)介于0.27～1.25。云南南部和四川東部地區(qū)水稻拔節(jié)孕穗期處于洪澇高或次高危險(xiǎn)區(qū)，水稻洪澇危險(xiǎn)性指數(shù)≥0.53；抽穗成熟期高、次高危險(xiǎn)性包括云南南部和四川東北部地區(qū)，危險(xiǎn)性指數(shù)均在0.55以上。

表4 西南地區(qū)水稻洪澇危險(xiǎn)性評價(jià)指標(biāo)（M）的分級界限值

西南地區(qū)受季風(fēng)影響顯著，汛期降水主要受西南季風(fēng)和東亞季風(fēng)的交替影響，雨季一般為5-10月，該時(shí)段降水集中，大部分地區(qū)的雨量占年降水總量的85%以上[34]。水稻生長初期降水量從南向北減少，云南南部地區(qū)降水量明顯較其它區(qū)域偏高，容易造成水稻生長前期發(fā)生洪澇危害。隨著水稻生長，四川東北部逐漸進(jìn)入主汛期，該地區(qū)同期平均降水量超過500mm[35]，極易造成水稻生長后期的洪澇災(zāi)害。從整個(gè)水稻生長階段來看，洪澇災(zāi)害的高、次高危險(xiǎn)區(qū)主要位于云南南部地區(qū)，全生育期危險(xiǎn)性指數(shù)≥1.52；中危險(xiǎn)區(qū)主要包括云南東北部、貴州南部，以及四川的成都、眉山和德陽地區(qū)，危險(xiǎn)性指數(shù)在0.41～1.52。

2.2 水稻生產(chǎn)承災(zāi)體暴露性評估

暴露性反映了水稻種植面積在幅員面積中所占的比重，比重越高意味著暴露于洪澇危險(xiǎn)中的風(fēng)險(xiǎn)越高。根據(jù)前文對水稻相對暴露率的定義，計(jì)算得到西南地區(qū)396個(gè)縣（市）的水稻相對暴露率，并賦值到這396縣（市）的地理中心點(diǎn)，通過IDW插值方法得到區(qū)域1981-2012年（32a）、1993-2012年（近20a）、2003-2012年（近10a）、2008-2012年（近5a）和2010-2012年（近3a）的水稻相對暴露率空間分布（圖4）。由圖4可見，四川北部以及重慶地區(qū)水稻種植比重較大，大部分地區(qū)水稻相對暴露率在1.6以上；云南以及貴州南部水稻相對暴露率不足0.8。貴州地區(qū)相對暴露率在時(shí)序上存在明顯波動，水稻相對暴露率＞1.6的區(qū)域在2003-2012年（近10a）、2008-2012年（近5a）和2010-2012年（近3a），明顯高于1993-2012年（近20a）和1981-2012年全時(shí)間序列；云南南部地區(qū)水稻種植在2008-2012年（近5a）和2010-2012年（近3a）減少，相對暴露率＜0.8的區(qū)域有所擴(kuò)大，＞0.8的區(qū)域明顯減少。

采用層次分析方法，得到各時(shí)間段水稻相對暴露率的權(quán)重。1981-2012年（32a）、1993-2012年（近20a）、2003-2012年（近10a）、2008-2012年（近5a）和2010-2012年（近3a）的水稻暴露率權(quán)重分別為0.29、0.19、0.11、0.20和0.21。計(jì)算得到西南地區(qū)水稻暴露性指數(shù)，采用百分位法進(jìn)行水稻暴露性低、中、次高和高4個(gè)等級評價(jià)指標(biāo)的界限值率定（表5）并制圖（圖5）。結(jié)果表明：1961-2012年西南地區(qū)水稻高、次高暴露區(qū)主要集中在四川東北部和重慶地區(qū)，該區(qū)域水稻種植密度高于西南地區(qū)水稻種植密度平均水平，暴露性指數(shù)≥0.72，意味著該區(qū)域暴露于洪澇危險(xiǎn)中的風(fēng)險(xiǎn)也較高；中度暴露區(qū)主要分布于云南西南部和東部地區(qū)，該區(qū)域暴露性指數(shù)在0.45～0.72，水稻種植密度與西南地區(qū)水稻種植密度平均水平相當(dāng)，水稻暴露于洪澇危險(xiǎn)中的風(fēng)險(xiǎn)也介于中間；低暴露區(qū)包括云南北部、四川南部和貴州西南部地區(qū)（＜0.45），該區(qū)域水稻種植密度低于西南地區(qū)水稻種植密度平均水平，即暴露于洪澇危險(xiǎn)中的風(fēng)險(xiǎn)相對較低。

表5 西南地區(qū)水稻暴露性評價(jià)指標(biāo)（E）的分級界限值

2.3 水稻生產(chǎn)孕災(zāi)環(huán)境敏感性評估

利用1000m×1000m DEM數(shù)據(jù)，通過柵格計(jì)算與賦值，采用百分位分級方法，得到西南地區(qū)孕災(zāi)環(huán)境敏感性評價(jià)指標(biāo)（S）的分級界限值（表6）和孕災(zāi)環(huán)境敏感性分布（圖6）。由圖6可見，洪澇孕災(zāi)環(huán)境敏感性的空間分布表現(xiàn)為中間高四周低，孕災(zāi)敏感性由四周向中部地區(qū)逐漸增加。西南地區(qū)中部地區(qū)，主要包括云南北部、四川南部和貴州東南部地區(qū)，是孕災(zāi)環(huán)境高敏感區(qū)域和次高敏感區(qū)，敏感性指數(shù)≥0.80，該區(qū)域地勢低洼，高差小，當(dāng)發(fā)生強(qiáng)降水過程時(shí)，水澇不易排出；中度敏感區(qū)主要分布于云南南部、貴州中部地區(qū)，敏感性指數(shù)在0.70～0.80，該區(qū)域地勢和高差均處中等水平，孕災(zāi)環(huán)境敏感性與整個(gè)區(qū)域敏感性相當(dāng)；低敏感性區(qū)域集中在四川東北部、重慶和貴州的山地丘陵區(qū)，S均在0.70以下，該區(qū)域海拔較高且地面起伏程度較大，易于水澇的排出。

表6 西南地區(qū)孕災(zāi)環(huán)境敏感性評價(jià)指標(biāo)（S）的分級界限值

2.4 水稻生產(chǎn)抗災(zāi)能力評估

西南地區(qū)水稻抗災(zāi)能力通過當(dāng)?shù)厮井a(chǎn)量高低水平以及水稻減產(chǎn)率的波動程度綜合表現(xiàn)。根據(jù)前文對相對單產(chǎn)系數(shù)（Yr）和減產(chǎn)率變異系數(shù)（Ys）的定義，分別計(jì)算得到西南地區(qū)396個(gè)縣（市）的Yr和Ys并賦值于縣（市）的地理中心點(diǎn)，采用IDW插值方法，得到西南地區(qū)Yr和Ys的空間分布（圖7）。從圖7a可知，西南地區(qū)水稻產(chǎn)量水平的高值區(qū)域分布于四川以及云南北部地區(qū)，相對單產(chǎn)系數(shù)Yr均在1以上；低產(chǎn)區(qū)位于貴州西部以及云南南部，相對單產(chǎn)系數(shù)＜0.7。從水稻減產(chǎn)率的波動程度（圖7b）看，貴州以及云南東南部的紅河、文山地區(qū)，水稻減產(chǎn)率變異較大，減產(chǎn)率變異系數(shù)＞1；四川中北部，以及云南地區(qū)水稻減產(chǎn)率的波動較小，變異系數(shù)＜0.25。綜合來看（表7和圖8），西南地區(qū)低抗災(zāi)能力區(qū)主要位于貴州，抗災(zāi)能力指數(shù)F＜0.95，該區(qū)域水稻產(chǎn)量相對較低，且減產(chǎn)率波動較大，水稻生產(chǎn)力整體水平低；高、次高抗災(zāi)能力區(qū)主要位于四川和云南北部地區(qū)，抗災(zāi)能力指數(shù)≥2.74，該區(qū)域水稻產(chǎn)量高于西南地區(qū)水稻產(chǎn)量平均水平，且產(chǎn)量穩(wěn)定，意味著當(dāng)?shù)厮酒贩N的適應(yīng)性強(qiáng)，水稻生產(chǎn)力整體水平較高；其它區(qū)域?qū)僦卸瓤篂?zāi)能力區(qū)，抗災(zāi)能力指數(shù)介于0.95～2.74，水稻生產(chǎn)水平居中。

表7 西南地區(qū)抗災(zāi)能力評價(jià)指標(biāo)（F）的分級界限值

2.5 西南地區(qū)水稻生育期洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布于貴州南部和四川東北部地區(qū)，綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)介于0.08～0.14。該區(qū)域水稻全生育期大部處于中度洪澇危險(xiǎn)區(qū)，部分區(qū)域處于次低洪澇危險(xiǎn)區(qū)，水稻種植面積比例、產(chǎn)量波動大小和抗災(zāi)能力大部高于或與西南地區(qū)平均水平相當(dāng)。

低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于重慶、貴州和云南北部地區(qū)，該區(qū)域水稻洪澇綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)＜0.08。盡管貴州和云南北部地區(qū)地勢低洼且平坦，孕災(zāi)環(huán)境敏感性高，易于洪澇的形成，但該區(qū)域水稻生產(chǎn)遭受洪澇危害的機(jī)率較低，且水稻種植較少，因此是水稻洪澇災(zāi)害的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。重慶地區(qū)水稻種植廣泛，但該區(qū)域多山地丘陵，易于水澇及時(shí)排出，盡管抗災(zāi)能力較低，但該區(qū)域確為西南地區(qū)水稻生產(chǎn)遭受洪澇危害的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

基于自然災(zāi)害系統(tǒng)理論和農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法，以西南地區(qū)一季稻洪澇災(zāi)害為研究對象，綜合考慮水稻洪澇風(fēng)險(xiǎn)形成的危險(xiǎn)性、暴露性、敏感性、抗災(zāi)能力4個(gè)影響因子，構(gòu)建具有區(qū)域特征的指標(biāo)體系評估模型。王春乙等[27，30]認(rèn)為，危險(xiǎn)性評價(jià)是風(fēng)險(xiǎn)評估的主體，災(zāi)害危險(xiǎn)性分布直接影響災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的大小和空間分布。對于水生作物，短時(shí)大暴雨是洪澇災(zāi)害的主要誘因。針對水稻不同生育階段的抗?jié)程卣?，本文在前期研究的基礎(chǔ)上，選擇能表征水稻洪澇短時(shí)暴雨指標(biāo)進(jìn)行危險(xiǎn)性評估。危險(xiǎn)性評價(jià)結(jié)果與吳立等[12]以整個(gè)農(nóng)業(yè)為承災(zāi)體的洪澇災(zāi)害分析結(jié)果基本相同，但局部地區(qū)存在差異。這與承災(zāi)體種類、洪澇指標(biāo)的選取密切相關(guān)。水稻抗?jié)衬芰?qiáng)，采用的降水強(qiáng)度指標(biāo)，略高于以整個(gè)農(nóng)業(yè)為承災(zāi)體的降水強(qiáng)度指標(biāo)。最終得到的西南地區(qū)水稻洪澇綜合風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果，與洪澇危險(xiǎn)性空間分布圖大體一致。

表8 西南地區(qū)水稻洪澇綜合風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)（FI）的分級界限值

考慮水稻暴露特征在時(shí)間序列上的區(qū)域穩(wěn)定性和變異特征，在水稻暴露性指數(shù)構(gòu)建過程中，引入權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建基于不同時(shí)間序列水稻相對暴露率的暴露性指數(shù)，有助于減小水稻暴露性評估中由于時(shí)序數(shù)據(jù)較長或較短對評估結(jié)果造成的影響。針對西南地區(qū)地形地貌復(fù)雜的特點(diǎn)，在孕災(zāi)環(huán)境敏感性指數(shù)構(gòu)建過程中，選取地理高程和地表起伏程度指標(biāo)，從降水產(chǎn)流與匯流這一主導(dǎo)因素反映地形地貌對降水集聚的影響。單產(chǎn)水平和減產(chǎn)率的波動情況從不同角度反映區(qū)域抗災(zāi)能力，但都存在不全面性，如某縣的水稻單產(chǎn)水平高，但水稻生產(chǎn)波動性大，并不能說明該縣的抗災(zāi)能力強(qiáng)。因此，本文采用了單產(chǎn)水平與減產(chǎn)率波動兩個(gè)指標(biāo)來構(gòu)建抗災(zāi)能力指數(shù)。承災(zāi)體暴露性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性和抗災(zāi)能力間接影響洪澇風(fēng)險(xiǎn)的形成。例如，從全生育期水稻洪澇危險(xiǎn)性來看，貴州大部分地區(qū)處于中危險(xiǎn)區(qū)，孕災(zāi)敏感性和水稻暴露性均處中等水平，但是，該區(qū)域受陡坡、瘠薄等問題的影響嚴(yán)重，土地質(zhì)量和土壤的肥沃程度相對低下[36]，水稻單產(chǎn)水平低。加之該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施不完善，抗災(zāi)能力弱，當(dāng)遭遇強(qiáng)降水天氣過程，受洪澇的影響較大。通過綜合風(fēng)險(xiǎn)分析，最終被歸為高、次高洪澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。為驗(yàn)證水稻洪澇綜合風(fēng)險(xiǎn)模型的合理性，將本文水稻洪澇綜合風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果與《中國氣象災(zāi)害大典（四川、重慶、貴州和云南）》[31,37-39]中記載的歷史水稻洪澇情況進(jìn)行對比分析。350條關(guān)于水稻洪澇的記錄中，有321條記錄的水稻洪澇發(fā)生地區(qū)處于中度以上風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。收集得到的58條關(guān)于水稻絕收的記錄，有32條記錄地點(diǎn)位于云南南部的臨滄、普洱和西雙版納地區(qū)，20條記錄位于四川東北部的成都、德陽地區(qū)。從歷史災(zāi)情的回代可以發(fā)現(xiàn)，80%以上的水稻洪澇災(zāi)害發(fā)生在水稻洪澇災(zāi)害的次高、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。歷史文字記錄資料雖然一定程度上可以反應(yīng)區(qū)域水稻洪澇發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)狀況，但是由于這些歷史記載對水稻洪澇發(fā)生的范圍、具體時(shí)段和損失等的定量化描述并不全面，因此，在水稻洪澇風(fēng)險(xiǎn)模型的精確、定量驗(yàn)證方面還有一定局限性。

西南地區(qū)土質(zhì)變異性較大，不同的土壤類型飽水性、滲水性不同，同樣的降水過程，偏黏質(zhì)土壤透水性差，持水性強(qiáng)，更易積水；土壤結(jié)構(gòu)松軟的地區(qū)遇暴雨或強(qiáng)降水天氣容易滯水[2]。另外，洪澇發(fā)生與河網(wǎng)密度和距離水體的遠(yuǎn)近有關(guān)，河網(wǎng)越密集距離水體越近的地方，發(fā)生洪澇災(zāi)害的危險(xiǎn)程度越高[40]。因此，可以在孕災(zāi)環(huán)境敏感性中量化土壤質(zhì)地、河網(wǎng)密度等因素對洪澇形成的影響。本文暴露性、抗災(zāi)能力評價(jià)模型構(gòu)建的基礎(chǔ)資料是西南地區(qū)縣域尺度水稻農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料，雖然農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料最直接、最客觀反映了西南不同地區(qū)水稻生產(chǎn)狀況，但是，縣域內(nèi)部各要素的分布差異還無法辨識?？篂?zāi)能力指標(biāo)主要考慮水稻本身的情況，指標(biāo)選擇相對單一，另外，作物產(chǎn)量受氣候適宜性的影響，采用水稻產(chǎn)量作為反應(yīng)區(qū)域抗災(zāi)能力的一個(gè)指標(biāo)，無法剔除氣候適宜對水稻生產(chǎn)的正向作用，還需進(jìn)一步將社會經(jīng)濟(jì)因素等考慮進(jìn)去，例如，農(nóng)村勞動力、農(nóng)民人均純收入、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力等。洪澇風(fēng)險(xiǎn)的形成是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，每個(gè)影響因子從不同角度、不同程度影響著洪澇風(fēng)險(xiǎn)的形成，以當(dāng)前有限的評估資料和技術(shù)手段全面準(zhǔn)確分析評價(jià)水稻洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)仍有一定難度。隨著資料的完善，不斷優(yōu)化模型和相應(yīng)因子、指標(biāo)，可使評估結(jié)果對水稻洪澇防災(zāi)減災(zāi)更具針對性和指導(dǎo)意義。

3.2 結(jié)論

西南地區(qū)水稻移栽分蘗期洪澇危險(xiǎn)性最高，其次為拔節(jié)孕穗期和抽穗成熟期，全生育期洪澇危險(xiǎn)性空間分布則表現(xiàn)為從中間向四周增加。高危險(xiǎn)性區(qū)域主要包括云南南部和東北部、貴州南部，以及四川的成都、眉山和德陽地區(qū)。西南地區(qū)水稻高、次高暴露區(qū)主要集中在四川東北部和重慶地區(qū)，該區(qū)域水稻種植密度高于西南地區(qū)平均水平。孕災(zāi)敏感性由四周向中部地區(qū)逐漸增加。云南北部地區(qū)由于地勢低洼且較平坦，是孕災(zāi)環(huán)境高敏感區(qū)域。低抗災(zāi)能力區(qū)主要位于貴州，該區(qū)域水稻生產(chǎn)水平低于西南地區(qū)。

總體來說，西南地區(qū)水稻洪澇高、次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于貴州、四川東北部和云南南部地區(qū)；中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布于貴州南部和四川東北部地區(qū)；低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于重慶和云南北部地區(qū)。

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Flood Risk Assessment and Zoning for Rice in Southwest China

YANG Jian-ying1, HUO Zhi-guo1,2, WU Li1, ZHANG Gui-xiang1, WANG Tian-ying1

(1.State Key Laboratory of Severe Weather, Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081, China; 2.Collaborative Innovation Center of Meteorological Disaster Forecast, Early-Warning and Assessment, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044)

As the main crop in Southwest China (Sichuan, Chongqing, Guizhou and Yunnan province), rice is widely accepted to be seriously threatened by the flood disaster. Agro-flood risk analysis is helpful for improving the ability of regional disaster management and reducing potential flood risk. In this study, the rice flood risk was analyzed and then zoned using the integrated rice flood risk assessment model including hazard, exposure, sensitivity, and flood prevention and mitigation ability, and based on a data set of the daily rainfall data in 193 meteorological stations from 1961 to 2012, rice production data in 396 counties including plant and yield data from 1981 to 2012, the phenophase data of rice from 17 agrometeorological stations and geographic data in Southwest China. The results indicated that flood hazard risk probabilities variated with phenophase and hazard level. High flood hazard risk happened in transplanting-tillering stage, followed by jointing-booting and tasselling-maturity stages. High-risk areas of flood hazard in whole rice growth stage was detected to be located in south and northeast areas of Yunnan, southern Guizhou, and Chengdu, Meishan and Deyang in Sichuan province. High and sub high exposure zones were mainly located in northeast part of Sichuan province and Chongqing. Subsequently, high and sub high sensitive zones were mainly found in north Yunnan province, south Sichuan province and southeast Guizhou province. Low flood prevention and mitigation zones were located in parts of Guizhou. Finally, the high and sub high zones for integrated rice flood risk were detected in northeast Sichuan province, south Guizhou province and south part of Yunnan province, while south Chongqing and north Yunnan were recognized with low rice flood risk.

Flood disaster; Agrometeorology; Risk analysis; Zoning; Single cropping rice

10.3969/j.issn.1000-6362.2016.05.009

2016-02-04**

。E-mail：huozhigg@camscma.cn

基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金（2015Y003）；“十二五”國家科技支撐計(jì)劃課題（2012BAD20B02）

楊建瑩（1985-），女，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測與評估研究。E-mail：yangjy@camscma.cn