烏蒙山區(qū)畢節(jié)市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險評估*

賀一雄，趙翠薇，2▲

(1貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2喀斯特山地生態(tài)環(huán)境保護(hù)與資源利用協(xié)調(diào)創(chuàng)新中心，貴州 貴陽 550025)

0 引言

干旱是全球影響最廣的自然災(zāi)害[1]，中國是干旱發(fā)生頻率最高的國家之一[2]，氣候變暖背景下，災(zāi)害發(fā)生頻次增加、范圍擴(kuò)大、程度加劇[3]。農(nóng)業(yè)旱災(zāi)抑制農(nóng)作物生長，導(dǎo)致減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)，社會經(jīng)濟(jì)遭受嚴(yán)重?fù)p失[4]。評估農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險，估計旱災(zāi)發(fā)生情況、危險程度和經(jīng)濟(jì)損失，全面反映災(zāi)情，對于旱災(zāi)預(yù)警、優(yōu)化防御措施、指導(dǎo)救災(zāi)有重要意義[5]。

災(zāi)害發(fā)生是致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體綜合作用的結(jié)果，承災(zāi)體受災(zāi)害程度不僅取決于致災(zāi)因子，更大程度上取決于承災(zāi)體自身的脆弱性[6]。依據(jù)農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險概念模型，以農(nóng)業(yè)旱災(zāi)致災(zāi)因子為指標(biāo)，研究全球農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性[1]，從敏感性和恢復(fù)力兩個維度，評價并對比分析河南、山東兩省農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性[7]，從干旱暴露度、敏感性與適應(yīng)能力3個方面評價鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)業(yè)干旱脆弱性[8]。運用信息擴(kuò)散理論，從旱災(zāi)災(zāi)害后果出發(fā)，評價貴州旱災(zāi)風(fēng)險等級[9]；從致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境脆弱性、承災(zāi)體易損性，評價云南省旱災(zāi)風(fēng)險[10]；從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體3個方面評價西南五省2010年旱災(zāi)風(fēng)險[11]；從旱災(zāi)致災(zāi)因子、承災(zāi)體、孕災(zāi)環(huán)境和防災(zāi)減災(zāi)措施4個方面，評估江淮分水嶺地區(qū)旱災(zāi)風(fēng)險[12]。綜上，對區(qū)域旱災(zāi)風(fēng)險研究，圍繞致災(zāi)因子、成災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體、脆弱性等方面展開。旱災(zāi)發(fā)生主要包括大氣水平衡打破引發(fā)干旱(誘發(fā)階段)，綜合環(huán)境影響下干旱逐漸演變、積量(演變階段)，最終質(zhì)變成災(zāi)(成災(zāi)階段)，而后集聚人力、物力、財力積極抗災(zāi)(救災(zāi)階段)4個階段。從誘發(fā)到救災(zāi)整個過程，完整揭示旱災(zāi)風(fēng)險，有利于全面認(rèn)識旱災(zāi)風(fēng)險、減輕災(zāi)害損失、提高抗災(zāi)救災(zāi)能力。

旱災(zāi)是貴州省歷史上發(fā)生頻率最高的自然災(zāi)害[13]。畢節(jié)市地處貴州省西北部、烏蒙山連片特困區(qū)，降水較少，旱災(zāi)嚴(yán)重，尤其是春旱和夏旱更甚[14]。從誘發(fā)到救災(zāi)各階段出發(fā)，構(gòu)建旱災(zāi)風(fēng)險評估指標(biāo)體系，從縣域尺度進(jìn)行旱災(zāi)風(fēng)險評估，有助于揭示欠發(fā)達(dá)地區(qū)抗旱減災(zāi)工作的主要短板，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展和同類地區(qū)抗旱救災(zāi)提供參考。

1 研究區(qū)概況

畢節(jié)市位于貴州省西北部、烏蒙山腹地，東經(jīng)103°36′～106°43′和北緯26°21′～27°46′之間，西鄰云南，北接四川，處于滇黔三省交通要沖(圖1)，是全國唯一一個以“開發(fā)扶貧、生態(tài)建設(shè)”為主題的試驗區(qū)。2019年，年末人口密度249人/km2，高于貴州省平均密度(205人/km2)，屬于貴州人口密度大、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的區(qū)域。

圖1 畢節(jié)市位置示意圖Fig.1 Location of Bijie City

地處滇東高原向黔中山原丘陵過渡的傾斜地帶，山高谷深，地形破碎，以山地丘陵為主，喀斯特地貌發(fā)育。氣候為北亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，多年平均降水量為849～1399 mm，屬于貴州少雨區(qū)，降水集中在夏季。畢節(jié)市旱災(zāi)嚴(yán)重，1949年以來平均1.5年發(fā)生1次旱災(zāi)，3.5年發(fā)生1次大旱。春旱尤其頻繁，中旱3年左右1次，大旱7、8年1次；夏旱一般5年1次大旱，4年1次中旱[14，15，16]。

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

首先根據(jù)旱災(zāi)發(fā)生各階段特征，構(gòu)建旱災(zāi)風(fēng)險評估體系，收集相關(guān)數(shù)據(jù)并通過數(shù)據(jù)初步處理后得到指標(biāo)評估用值，再采用熵值法計算旱災(zāi)風(fēng)險指數(shù)，利用ArcMap繪制旱災(zāi)風(fēng)險圖，最后進(jìn)行風(fēng)險評價和空間分析。

2.1 指標(biāo)體系建立

對旱災(zāi)發(fā)生各階段，從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體、救災(zāi)保障4個方面構(gòu)建旱災(zāi)風(fēng)險評估體系(表1)：致災(zāi)因子危險性即水分條件是旱災(zāi)發(fā)生的直接因素；區(qū)域自然及社會經(jīng)濟(jì)條件綜合催化旱災(zāi)；成災(zāi)體即農(nóng)作物脆弱性影響旱災(zāi)災(zāi)情；救災(zāi)保障能力是減輕災(zāi)損的重要因素。

干旱狀況是影響成災(zāi)程度的重要因素，而水平衡則是表征干旱程度的關(guān)鍵因子。相對濕潤度指數(shù)可表征致災(zāi)因子危險性，故選取基于其的干旱等級累計頻次表征。孕災(zāi)環(huán)境包括自然環(huán)境和社會環(huán)境，主要測度綜合環(huán)境對旱災(zāi)催化、加劇的影響，自然方面選取高差、森林覆蓋率2個指標(biāo)；社會環(huán)境方面，選取人均綜合用水量、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比重、工業(yè)耗水量、農(nóng)業(yè)灌溉有效率4個指標(biāo)。旱災(zāi)成災(zāi)階段，農(nóng)業(yè)受旱災(zāi)影響最大，農(nóng)作物脆弱性是表征農(nóng)業(yè)旱災(zāi)損失的常用指標(biāo)，故選取畢節(jié)市主要糧食作物(玉米、水稻、小麥)、油料作物(油菜)、經(jīng)濟(jì)作物(煙葉)生長期內(nèi)降水滿足度作為評價指標(biāo)。旱災(zāi)救災(zāi)效果主要取決于抗旱人力、物力、財力的保障程度，選取耕地勞動力資源系數(shù)、人均占有水資源量、人均糧食產(chǎn)量、農(nóng)村居民人均可支配收入、地均一般公共財政預(yù)算收入5個指標(biāo)。指標(biāo)具體含義詳見表1。

圖2 技術(shù)路線圖Fig.2 Technical route

表1 畢節(jié)市旱災(zāi)風(fēng)險評估指標(biāo)體系Tab.1 Drought risk assessment indicator system of Bijie City

續(xù)表1

2.2 數(shù)據(jù)來源

氣象數(shù)據(jù)源于貴州省畢節(jié)市氣象局，水資源及用水?dāng)?shù)據(jù)源于《2018年畢節(jié)市水資源公報》；森林覆蓋率等統(tǒng)計數(shù)據(jù)源于《畢節(jié)年鑒(2017)》。煙葉等主要作物數(shù)據(jù)源于貴州農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料[16-17]與田敏等人的研究成果[18]；海拔高差值提取于分辨率為90 m×90 m的畢節(jié)市DEM影像圖，DEM影像圖源于“地理空間數(shù)據(jù)云”(http：//www.gscloud.cn/)。

2.3 相關(guān)參數(shù)計算

2.3.1 相對濕潤度計算

根據(jù)《氣象干旱等級(GB/T 20481—2017)》[15]劃分干旱等級：

1)計算畢節(jié)市各區(qū)縣1988—2017年每月潛在蒸散量PET(單位：mm/月)：

(1)

式中：Ti為i月氣溫值(℃)；H為年熱量指數(shù)；A為常數(shù)。

各月熱量指數(shù)Hi由式(2)計算：

(2)

年熱量指數(shù)H計算見式(3)：

(3)

常數(shù)A由式(4)計算：

A=6.75×10-7H3-7.71×10-5H2+1.792×10-2H+0.49

(4)

當(dāng)月平均氣溫≤0 ℃時，月熱量指數(shù)Hi=0，潛在蒸散量PET=0(mm/月)。

2)計算各區(qū)縣每月相對濕潤度MI：

(5)

式中：P為月降水量(mm)。

3)結(jié)合干旱等級劃分標(biāo)準(zhǔn)：-0.65

2.3.2 農(nóng)作物生長期降水滿足度

計算農(nóng)作物降水滿足度Rj：

(6)

式中：mij為i年j農(nóng)作物的降水滿足度，i為年份，j為農(nóng)作物品種。

mij計算公式為：

(7)

式中：Rtj為i年j農(nóng)作物生長期內(nèi)的降水總量(mm)；Nj為i年j農(nóng)作物生長期內(nèi)的需水總量(mm)。

表2 主要農(nóng)作物信息Tab.2 Main crop information

2.4 指標(biāo)權(quán)重的確定

運用熵值法[19]確定指標(biāo)權(quán)重：

1)歸一化處理，正向指標(biāo)計算方法：

(8)

負(fù)向指標(biāo)計算方法：

(9)

式中：i為畢節(jié)市各區(qū)縣；j為各項指標(biāo)；xij為i地j項指標(biāo)數(shù)值；min(xj)為j項指標(biāo)的最小數(shù)值，max(xj)則為最大數(shù)值。

2)計算指標(biāo)熵值ej：

(10)

式中：n為畢節(jié)市區(qū)縣總數(shù)，此處為8。

3)計算信息效用值dj：

dj=1-ej

(11)

4)計算指標(biāo)權(quán)重值wj：

(12)

式中：m為評價指標(biāo)總數(shù)，此處為21。

5)計算準(zhǔn)則層的權(quán)重值hk：

(13)

式中：Dk為第k個風(fēng)險源所有指標(biāo)的信息效用值dj總和；k為風(fēng)險源序號。最終計算得到的權(quán)重值見表1。

2.5 旱災(zāi)風(fēng)險指數(shù)

旱災(zāi)風(fēng)險指數(shù)分為單風(fēng)險指數(shù)和綜合風(fēng)險指數(shù)，綜合風(fēng)險指數(shù)由單風(fēng)險指數(shù)復(fù)合計算得出。單旱災(zāi)風(fēng)險指數(shù)計算公式：

(14)

式中，vα為旱災(zāi)風(fēng)險指數(shù)，α為風(fēng)險來源；β為指標(biāo)序號，xαβ為α風(fēng)險源中第β個指標(biāo)的歸一化值；wαβ為指標(biāo)層權(quán)重值；n為α風(fēng)險源中指標(biāo)個數(shù)。

旱災(zāi)綜合風(fēng)險指數(shù)計算公式如下：

(15)

式中：Q為旱災(zāi)綜合風(fēng)險指數(shù)，vα為α風(fēng)險源風(fēng)險指數(shù)值；Wα為α風(fēng)險源對應(yīng)的準(zhǔn)則層權(quán)重值；k為風(fēng)險源序號。

3 結(jié)果分析

3.1 單因素旱災(zāi)風(fēng)險分析

通過公式(14)計算結(jié)果乘以10000得到縣域尺度不同因素風(fēng)險指數(shù)，采用自然間斷點法將風(fēng)險等級劃分為4級，得到畢節(jié)市不同階段旱災(zāi)風(fēng)險圖，圖3-圖6。

從致災(zāi)因子的危險性來看，畢節(jié)市平均旱災(zāi)風(fēng)險等級為中等，高風(fēng)險區(qū)和較高風(fēng)險區(qū)面積占全市的68.43%。其中西部的威寧、赫章兩縣旱災(zāi)頻次累計較多，風(fēng)險等級最高；七星關(guān)區(qū)、織金縣和黔西縣為較高風(fēng)險等級；金沙縣、納雍縣與大方縣致災(zāi)因子危險性小。

圖3 致災(zāi)因子危險性旱災(zāi)風(fēng)險圖Fig.3 Drought risk map during the induction period

從孕災(zāi)環(huán)境敏感性看，畢節(jié)市中部與西部易發(fā)生旱災(zāi)，平均風(fēng)險為中等風(fēng)險，高與較高旱災(zāi)風(fēng)險區(qū)約占全市70.41%。其中七星關(guān)區(qū)、大方縣、納雍縣與威寧縣綜合環(huán)境容易加劇干旱、催化旱災(zāi)；相較之，赫章縣環(huán)境孕災(zāi)作用低；織金縣、黔西縣與金沙縣孕災(zāi)環(huán)境風(fēng)險較低，主要是這3縣的農(nóng)業(yè)灌溉有效率較高。

七星關(guān)區(qū)海拔高差大，導(dǎo)致灌溉取水困難與土壤水分流失增加；此外，其是畢節(jié)市的經(jīng)濟(jì)中心，聚集人口與產(chǎn)業(yè)多，則用水量大。在這種保水不易、灌溉較難和用水較多的環(huán)境下，七星關(guān)區(qū)在干旱發(fā)生時易于質(zhì)變成災(zāi)。

大方縣由于森林覆蓋率較低，致使土壤水易流失；另外，該縣經(jīng)濟(jì)對水資源依賴度較大，則社會經(jīng)濟(jì)旱災(zāi)妥協(xié)程度較高，旱災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失可能會較多。在這種保水不易和社會經(jīng)濟(jì)旱災(zāi)妥協(xié)程度較高的環(huán)境下，大方縣旱災(zāi)風(fēng)險加劇。

納雍縣人均用水量大，且經(jīng)濟(jì)依賴水程度高；威寧縣土壤水分易于流失，且第一產(chǎn)業(yè)占比大而農(nóng)業(yè)用水效率低。兩地旱災(zāi)風(fēng)險均較高。

赫章縣由于經(jīng)濟(jì)對第一產(chǎn)業(yè)依賴較大，而灌溉用水效率低，使得該縣用水多且損耗大，從而加劇旱災(zāi)風(fēng)險。

織金縣與黔西縣綜合環(huán)境較好，自然環(huán)境對旱災(zāi)催化、加劇的程度以及社會環(huán)境的旱災(zāi)妥協(xié)程度均較低；金沙縣所處環(huán)境，雖用水較多，但取水較易、保水又好、農(nóng)業(yè)水利用率也高，則孕災(zāi)作用低。

圖4 演變期旱災(zāi)風(fēng)險圖Fig.4 Drought risk map during the evolution period

成災(zāi)期，畢節(jié)市西部、東部與北部容易發(fā)生旱災(zāi)，平均風(fēng)險為較高風(fēng)險，高與較高旱災(zāi)風(fēng)險區(qū)約占全市80.19%。其中赫章縣、威寧縣與七星關(guān)區(qū)的主要農(nóng)作物歷史降水滿足度較低，即三地農(nóng)業(yè)愈發(fā)脆弱而旱災(zāi)更具有易發(fā)性特征。相較之，金沙縣、大方縣與黔西縣農(nóng)作物遭受災(zāi)損幾率較低；而納雍縣、織金縣的農(nóng)作物降水滿足度高，不易發(fā)生農(nóng)業(yè)旱災(zāi)。

圖5 成災(zāi)期旱災(zāi)風(fēng)險圖Fig.5 Drought risk map during the disaster period

畢節(jié)市中部與西部抗旱救災(zāi)的能力較弱，平均風(fēng)險為中等風(fēng)險，高與較高旱災(zāi)風(fēng)險區(qū)約占全市67.23%。其中金沙縣、七星關(guān)區(qū)、織金縣救災(zāi)能力強(qiáng)：金沙縣抗旱資金與物資的保障情況好，七星關(guān)區(qū)水資源保障較差，但其資金、勞動力豐富，織金縣勞動力和水源保障能力是全市最好的。黔西縣、納雍縣和大方縣抗旱能力一般。赫章縣、威寧縣的救災(zāi)能力較弱：赫章縣救災(zāi)資金保障十分薄弱；而威寧縣單位耕地農(nóng)村勞動力資源最少，且人均占有水資源量和地均一般公共財政收入都處于低值水平，人力、物力、財力都是比較匱乏的。

圖6 救災(zāi)期旱災(zāi)風(fēng)險圖Fig.6 Drought risk map during the disaster relief period

3.2 旱災(zāi)綜合風(fēng)險評估

運用公式(15)，計算得到畢節(jié)市各區(qū)縣旱災(zāi)綜合風(fēng)險指數(shù)，采用自然間斷點法將旱災(zāi)綜合風(fēng)險等級劃分為四級(表3，圖7)。

畢節(jié)市平均旱災(zāi)風(fēng)險為較高風(fēng)險，高與較高旱災(zāi)風(fēng)險區(qū)域約占全市70.41%，整體旱災(zāi)風(fēng)險較高，其中致災(zāi)因子危險性指數(shù)與救災(zāi)保障匱乏性指數(shù)的平均得分較低，說明誘發(fā)時期與救災(zāi)時期旱災(zāi)風(fēng)險較大。從區(qū)域差異來看，旱災(zāi)風(fēng)險由西部向東部逐漸變小，威寧縣與赫章縣旱災(zāi)風(fēng)險等級高；大方縣旱災(zāi)風(fēng)險較高；黔西縣、金沙縣旱災(zāi)風(fēng)險等級為中等；織金縣為低等。受降水自西向東逐漸增多的空間[20]分布影響大。

表3 畢節(jié)市旱災(zāi)風(fēng)險綜合評估表Tab.3 Comprehensive assessment of drought risk in Bijie City

圖7 旱災(zāi)綜合風(fēng)險評估圖Fig.7 Comprehensive assessment map of drought risk

4 結(jié)論與討論

從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體脆弱性、救災(zāi)能力4個方面，綜合考察畢節(jié)市旱災(zāi)風(fēng)險狀況，得到結(jié)論如下：

畢節(jié)市綜合旱災(zāi)風(fēng)險較高，高風(fēng)險區(qū)占全市面積的48.24%，較高風(fēng)險區(qū)、中風(fēng)險區(qū)和低風(fēng)險區(qū)分別占22.17%、18.92%、10.67%。由西部向東部，綜合旱災(zāi)風(fēng)險逐漸變小，高風(fēng)險區(qū)分布在赫章縣、威寧縣、七星關(guān)區(qū)；較高風(fēng)險區(qū)在大方縣與納雍縣；中等風(fēng)險區(qū)分布在黔西縣和金沙縣；而低等風(fēng)險區(qū)是織金縣。

從影響旱災(zāi)損失各因子來看，畢節(jié)市降水較少，因此，誘發(fā)旱災(zāi)發(fā)生的水分條件風(fēng)險較大，尤其是西部的威寧縣與赫章縣，致災(zāi)因子危險性高；旱災(zāi)演變階段風(fēng)險較小，中部與西部孕災(zāi)環(huán)境敏感性較高，其中七星關(guān)區(qū)、大方縣、威寧縣和納雍縣綜合環(huán)境孕災(zāi)作用更強(qiáng)；從農(nóng)作物遭受旱災(zāi)的脆弱性看，赫章縣、威寧縣、七星關(guān)區(qū)農(nóng)作物更易遭受旱災(zāi)損失；救災(zāi)階段，畢節(jié)市旱災(zāi)風(fēng)險較大，西部、中部救災(zāi)保障較差，威寧縣、赫章縣抵抗旱災(zāi)能力更弱，與畢節(jié)市整個經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低有關(guān)。

旱災(zāi)影響因素眾多，由于研究區(qū)處于地貌復(fù)雜的喀斯特山區(qū)，在地形影響下，降水微地形差異較大[21]。所以，致災(zāi)因子危險性方面可考慮加入地形因子的影響。此外，現(xiàn)代城市用水壓力日益增加，許多城市出現(xiàn)水資源短缺的情況，而一旦旱災(zāi)發(fā)生，造成的損失將不可估量[22]。因此，承災(zāi)體脆弱性需進(jìn)一步考慮旱災(zāi)對城市的影響。