劉蘭芳,陳 濤,肖志成,譚青山,金菊良,周松秀
(1.衡陽師范學(xué)院 資源環(huán)境與旅游管理系,湖南 衡陽 421002;2.湖南衡陽市氣象局,湖南 衡陽 421001;3.合肥工業(yè)大學(xué) 水資源與環(huán)境工程研究所,安徽 合肥 230009)
干旱缺水制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1],嚴重威脅中國糧食安全,旱災(zāi)風(fēng)險也就成為中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的重大問題。據(jù)統(tǒng)計我國氣象災(zāi)害損失約占各類自然災(zāi)害損失的70%,而旱災(zāi)損失占氣象災(zāi)害損失的50%以上[2]。隨著全球變暖,蒸發(fā)加強,干旱危險性加劇,旱災(zāi)風(fēng)險性有增強趨勢[3]。因此,全球變暖背景下,識別與診斷干旱致災(zāi)因子,探討旱災(zāi)風(fēng)險形成機制對中國農(nóng)業(yè)防旱抗旱具有重要的理論意義。旱災(zāi)風(fēng)險研究已成為災(zāi)害學(xué)界的熱點問題[4]。近幾十年來,我國旱災(zāi)研究側(cè)重旱災(zāi)風(fēng)險評價指標構(gòu)建、干旱指標等級劃分以及干旱時空分布規(guī)律等[5]。但綜合考慮致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境以及抗災(zāi)應(yīng)急管理的研究不多,同時現(xiàn)有的區(qū)域旱災(zāi)研究主要集中在北方干旱區(qū),而對于南方季節(jié)性旱災(zāi)風(fēng)險的成因研究較少[6-9]。
2013年6月以來,中國南方出現(xiàn)了長時間高溫少雨天氣。依據(jù)災(zāi)害系統(tǒng)論,表明中國南方遭遇了高強度的干旱致災(zāi)因子。中國南方又是重要的水稻生產(chǎn)基地,高強度的干旱致災(zāi)因子,給水稻生產(chǎn)造成一定影響。從風(fēng)險角度來看,也就是南方水稻生產(chǎn)出現(xiàn)了旱災(zāi)風(fēng)險。在區(qū)域災(zāi)害研究中,一般可用農(nóng)業(yè)旱情來描述旱災(zāi)風(fēng)險,即可采用農(nóng)業(yè)旱災(zāi)受災(zāi)率與成災(zāi)率進行量化評價。當(dāng)旱災(zāi)受災(zāi)率大于50%時,或成災(zāi)率大于60%,可判定為特大干旱。2013年衡陽市一季中稻受災(zāi)率為58.7%,成災(zāi)率達79.1%。由此可見,2013年衡陽市遭遇了特大旱災(zāi)風(fēng)險。如此巨大的旱災(zāi)災(zāi)情風(fēng)險是多種因素共同作用的結(jié)果。根據(jù)區(qū)域自然災(zāi)害系統(tǒng)理論,災(zāi)害風(fēng)險是致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境以及抗災(zāi)應(yīng)急管理系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。為此,本文立足系統(tǒng)理念,從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境以及抗旱應(yīng)急管理三個方面分析2013年衡陽市旱災(zāi)風(fēng)險的形成機理。
災(zāi)害系統(tǒng)論認為,形成災(zāi)情風(fēng)險的直接因素叫致災(zāi)因子,其程度用危險度確定。針對同樣的承災(zāi)體而言,致災(zāi)因子危險度越高,造成的災(zāi)情越大,也就是旱災(zāi)風(fēng)險性越大。2013年中國南方旱災(zāi)風(fēng)險的形成與高危險性干旱致災(zāi)因子有著密切聯(lián)系。本文用綜合氣象干旱指數(shù)CI來判定干旱致災(zāi)因子的危險度(Hd)。
干旱危險度確定方法眾多,本文采取綜合氣象干旱指數(shù)法(CI)。因為綜合干旱指數(shù)法(CI)考慮了降水和蒸發(fā)兩個因子,季節(jié)性干旱區(qū)更適合采取此方法。其計算公式為:
公式(1)中Z30、Z90分別是近30d和近90d標準化降水指數(shù);M30是近30d相對濕潤指數(shù);a表示近30d標準化降水系數(shù),這里取平均值0.4;c是近30d相對濕潤系數(shù),平均取0.8。依據(jù)《氣象干旱等級》國家標準,當(dāng)連續(xù)10天CI≤-0.6時,就確定為發(fā)生一次干旱過程。干旱過程的開始日為第1天出現(xiàn)CI≤-0.6的日期,結(jié)束日期為最后1次CI>-0.6的日期。干旱危險度(Hd)就是干旱過程中所有天的CI指數(shù)和,計算公式為:
公式(2)中Hd為干旱危險度,其值越小,危險性越高;CIni為干旱過程中第i天的綜合干旱指數(shù);n為干旱過程的總天數(shù)。
依據(jù)衡陽市7個氣象觀測站2013年1月1—2013年10月逐日氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù),利用公式(1)計算出各站點每天的CI值,同時依據(jù)CI≤-0.6確定干旱過程,利用公式(2)計算干旱過程中的干旱危險度(Hd),結(jié)果見表1。
表1 衡陽市干旱過程診斷及干旱危險度(2013年1月—2013年10月)
續(xù)表
由表1看出,2013年衡陽市各個縣域均出現(xiàn)了較長的干旱過程,干旱危險度較高,導(dǎo)致衡陽市自6月中旬以來,一直遭遇旱災(zāi)風(fēng)險。最早一次干旱過程是3月9日~3月19日,發(fā)生在衡陽縣;持續(xù)時間最長的一次干旱過程出現(xiàn)在衡南縣,長達140d。將各個縣域干旱持續(xù)日數(shù)累計統(tǒng)計,以衡陽縣干旱日數(shù)最大,為150d,常寧市干旱日數(shù)最小,為98d。干旱危險度最高是衡南縣,衡陽縣次之。正是這種干旱危險性的區(qū)域差異,使得衡南縣、衡陽縣、祁東縣成為了旱災(zāi)高風(fēng)險區(qū),而常寧市、耒陽市為旱災(zāi)低風(fēng)險區(qū)。
從500hPa高度場圖(圖1a)可以看出:歐亞大陸范圍內(nèi)為強經(jīng)向環(huán)流,西太平洋副熱帶高壓發(fā)展強盛并向西伸,588位勢米閉合高壓單體控制東海,湖南及華南大部在586位勢米控制范圍之內(nèi),在中國大陸西北部為586位勢米閉合高壓單體控制,中心大約在35°N,90°E附近。由圖1b看出,暖中心與高度中心相匹配。這種波長較長的高壓中心位置分布及與溫度場的配置,有利于天氣系統(tǒng)的持續(xù)和穩(wěn)定。致使衡陽市長時間受到586位勢米閉合高壓單體控制,從而導(dǎo)致該區(qū)域長時間的高溫少雨的天氣。從中層環(huán)流(圖2)可以看見,在80~110°E,30~40°N有15℃和18℃的暖中心存在,衡陽市位于暖中心的東側(cè),而700hPa和850hPa環(huán)流以西風(fēng)為主,故衡陽市中層大氣出現(xiàn)暖平流,從而對衡陽市起著增溫的作用。由圖3可知,衡陽市垂直速度為正值,反映該處的下沉氣流強,不具備降水形成條件。結(jié)合上述高層溫度分布情況,由于大氣高層溫度比常年要低,高層空氣下沉并增強,使中低層的溫度維持在比較高的水平,而衡陽市正好處于這個區(qū)域,造成此地區(qū)長時間出現(xiàn)高溫少雨天氣。再者,2013年臺風(fēng)活動較常年偏少也是衡陽市長時間高溫少雨形成的原因之一。臺風(fēng)是中國南方地區(qū)降水的重要天氣系統(tǒng)之一,常年平均有3~4個臺風(fēng)登陸給我國內(nèi)陸地區(qū)帶來豐富的降水。但2013年6月以來,登陸臺風(fēng)只有2個,且臺風(fēng)勢力弱小,根本沒有進入到湖南省衡陽市。此外,2013年6月至7月,南海夏季風(fēng)偏弱,不能與北方的冷空氣在長江以南地區(qū)交匯也是造成衡陽市長時間高溫少雨天氣的原因之一。
圖1 2013年7月500hPa高度場(a,10gpm)和溫度場(b,℃)
圖2 2013年7月700hPa溫度場
圖3 2013年7月700hPa垂直速度圖
衡陽市土壤以紅壤為主,約占整個衡陽市土壤面積的57.9%。由于紅壤保水能力差,一旦遇上干旱季節(jié),土壤蓄水不足,容易形成季節(jié)性土壤缺水;在雨季,紅壤區(qū)地表徑流過大,又加速了水土流失。據(jù)湖南省土壤侵蝕遙感調(diào)查資料,衡陽市2012年土壤侵蝕總面積3 896km2,占全市土地總面積的25.5%,其中中度以上土壤侵蝕面積2 902km2,占總侵蝕面積的74.5%。其中以衡南縣土壤侵蝕面積最大,全縣土壤侵蝕面積915km2,占其總面積的34%,尤其是在紫色頁巖和第四紀粘土大面積分布的丘崗荒地,在其特定的氣候土壤條件下,植被破壞后很難恢復(fù),許多地方長期以來植被稀少,生態(tài)環(huán)境繼續(xù)惡化,造成土地退化嚴重,甚至土地荒蕪,基巖裸露,呈現(xiàn)出以侵蝕劣地為標志的紅色荒漠化景觀。水土流失嚴重,導(dǎo)致阻塞河湖山塘,從而加劇了2013年干旱的危險性。
完善而有效的抗旱應(yīng)急管理系統(tǒng)可以減輕旱情,也就是能降低災(zāi)害風(fēng)險,反之則會強化災(zāi)害風(fēng)險性??购祽?yīng)急管理是一個動態(tài)管理,包括干旱發(fā)生前的預(yù)防災(zāi)害的各類措施以及干旱發(fā)生過程中的抗旱決策等。2013年衡陽市旱災(zāi)損失嚴重,致災(zāi)因子強度大是根本原因,但抗旱應(yīng)急管理中存在的諸多問題起著強化作用。
衡陽市屬于典型的亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候,年降水量豐富,但季節(jié)分布不均勻,要保證農(nóng)業(yè)用水安全,必須實施跨時間調(diào)水,也就是在雨季要依靠水利工程進行蓄水,因此水利設(shè)施的數(shù)量與質(zhì)量是衡陽市農(nóng)業(yè)有效防御干旱災(zāi)害的首要手段。衡陽市現(xiàn)有水利設(shè)施數(shù)量不能滿足農(nóng)業(yè)蓄水需要。目前全市擁有各類水利設(shè)施44.16萬處,但大、中型水庫嚴重不足,其設(shè)計灌溉面積1.867×105hm2,全市耕地面積達2.93×105hm2,尚有1.07×105hm2耕地缺乏良好的灌溉條件。全市擁有的小型水利設(shè)施數(shù)量較多但蓄水能力小,且其分布極不均勻并淤積嚴重,尤其是水田集中成片的區(qū)域,缺乏水利設(shè)施,導(dǎo)致水稻種植區(qū)需水量大,但蓄水量小的矛盾的產(chǎn)生。全市有效灌溉率為75%,尚有25%的水稻田沒有水利灌溉設(shè)施,而這部分水田又是重要的水稻生產(chǎn)基地,致使其干旱災(zāi)害風(fēng)險大。水利設(shè)施除了數(shù)量不足,還存在工程質(zhì)量差,安全灌溉效率較低的問題。衡陽市水利設(shè)施絕大部分建于20世紀50—60年代,因當(dāng)時資金少,設(shè)備材料緊缺,設(shè)計標準偏低,通過幾十年的運行,工程老化,無資金維修與更新改造,工程安全問題日益嚴重。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,全市58%的中型水庫為嚴重病險水庫,71%的山坪塘屬于漏塘,40%的小型水庫不能正常蓄水。由于數(shù)量不足且安全蓄水能力差,導(dǎo)致全市尚有651 623人處于飲水十分困難,灌溉用水十分困難的耕地達3.9×104hm2(見表2)。由表2看出,以衡東縣有效灌溉率最大,故2013年干旱期間,衡東縣水稻受災(zāi)面積偏??;祁東縣有效灌溉率最低,也致使該縣水稻受災(zāi)面積最大,實地考察得知,祁東縣風(fēng)石堰鎮(zhèn)小橋村水稻旱災(zāi)受災(zāi)率為90%以上,近50%的中稻顆粒無收。
表2 衡陽市主要水利設(shè)施與抗旱能力及缺水統(tǒng)計情況
如前所述,2013年自6月中旬以來,衡陽市就進入了高溫干旱過程,但其間抗旱應(yīng)急處理措施不得力,主要表現(xiàn)在:
一是機電灌溉設(shè)備維修管理不到位,導(dǎo)致實際灌溉效率不足??购禍p災(zāi)最直接的方式就是及時引水灌溉,灌溉效率高低一方面決定于充足水源,對于衡陽市而言,如前所述,由于水利設(shè)施不足,2013年前期蓄水十分有限,這加大了干旱期間抗旱的艱巨性;另一方面,衡陽市2013年實際灌溉效率較低(見表3)。衡陽市實際灌溉效率偏低,其原因主要是80%左右的電灌站建于20世紀60—70年代,其運行時間達40多年,長時間運行,又沒有專業(yè)人員進行及時維修與管理,大部分設(shè)備老化,難以進行高效灌溉,甚至有些電灌站無法正常運行。如衡山縣不能正常運行的電灌站占27%,衡南縣電灌站80%屬于淘汰設(shè)備,祁東縣能正常工作的電灌站只有10%[10]。本區(qū)稻田成片的區(qū)域其水源是從水庫、山塘,通過溝渠引水灌溉,而所有的溝渠也始建于20世紀50—70年代,都是土質(zhì)溝渠,以漫灌的方式進行灌溉,其水資源利用率為30%左右。由此可見,本就不足的水資源,由于設(shè)備老化,灌溉方式陳舊,造成實際灌溉能力顯著下降,干旱風(fēng)險性明顯加強。
表3 2013年衡陽市灌溉效率統(tǒng)計
二是干旱監(jiān)測與預(yù)警信息系統(tǒng)不健全,導(dǎo)致衡陽市抗旱應(yīng)急處理不當(dāng)。自然災(zāi)害一般具有突發(fā)性,盡早進行災(zāi)前預(yù)報,提醒人們做好各項應(yīng)對災(zāi)害的準備以及如何在最短的時間提示處在危險中的承災(zāi)體及時進行抗災(zāi)減災(zāi)都十分重要。2013年干旱出現(xiàn)前,氣象部門沒有做到未雨綢繆,未能提示水利部門、農(nóng)業(yè)部門做好抗旱的物質(zhì)準備,尤其是在5月沒有保證水利設(shè)施充分蓄水,導(dǎo)致6月以來抗旱缺少水源。再者,由于干旱監(jiān)測結(jié)果不及時,直至7月上旬,政府部分還未意識到干旱的嚴重性,特別是基層領(lǐng)導(dǎo)沒有引導(dǎo)農(nóng)戶做好抗旱的心理準備與物質(zhì)儲備,使得當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶面對長時間的高溫干旱天氣時束手無策。
此外,抗旱應(yīng)急管理處理不當(dāng)行為還表現(xiàn)在引水灌溉缺乏全局考慮,農(nóng)戶之間、水稻種植農(nóng)戶與水庫承包者之間難以相互協(xié)調(diào),造成人為放大旱災(zāi)風(fēng)險性。實地調(diào)查得知,祁東縣風(fēng)石堰鎮(zhèn)唐福沖水庫有一定數(shù)量的蓄水,可以保證其灌溉區(qū)水稻種植所需水量,但水庫承包者因顧及自己的利益,不愿意放水給水稻種植戶進行水利灌溉,致使其灌溉區(qū)干旱風(fēng)險性擴大。
2013年衡陽市旱災(zāi)風(fēng)險性的形成是天災(zāi)與人禍共同結(jié)果。一方面是環(huán)流異常導(dǎo)致高危險性的干旱過程,另一方是農(nóng)田水利設(shè)施薄弱導(dǎo)致抗旱能力不足,同時還存在抗旱應(yīng)急管理處理不當(dāng),使得抗旱減災(zāi)難以實現(xiàn)。因此衡陽市應(yīng)加強水利設(shè)施建設(shè),健全抗旱應(yīng)急管理系統(tǒng),提高區(qū)域抗旱減災(zāi)能力。
[1]王婷,袁淑杰,王鵬,等.基于兩種方法的四川水稻氣候干旱風(fēng)險評價對比[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2013,34(4):455-461.
[2]劉彤,閆天池.我國的主要氣象災(zāi)害及其經(jīng)濟損失[J].自然災(zāi)害學(xué)報,2011,20(2):90-95.
[3]王靜愛,孫恒,徐偉,等.近50年中國旱災(zāi)的時空變化[J].自然災(zāi)害學(xué)報,2002,11(2):1-6.
[4]賈慧聰,王靜愛.國內(nèi)外不同尺度的旱災(zāi)風(fēng)險評價研究進展[J].自然災(zāi)害學(xué)報,2011,20(2):138-145.
[5]秦越,徐翔宇,許 凱,等.農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險模糊評價體系及其應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2013,29(10):83-91.
[6]LONG Xin,ZHEN Lin,CHENG Shengkui,et al.Quantitative assessment and spatial characteristics of agricultural drought risk in the Jinghe Watershed,northwestern China[J].Journal of Resources and Ecology,2011,2(4):338-343.
[7]周揚,李寧,吳吉東.內(nèi)蒙古地區(qū)近30年干旱特征及其成災(zāi)原因[J].災(zāi)害學(xué),2011,28(4):67-73.
[8]王志強,馬箐,廖永豐,等.農(nóng)業(yè)旱災(zāi)適應(yīng)性評價與適應(yīng)模式研究:以山西省大同縣為例[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2013,27(3):67-73.
[9]石城,蔣尚明,金菊良,等.江淮丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)旱災(zāi)規(guī)律分析[J].衡陽師范學(xué)院學(xué)報,2013,34(3):92-96.
[10]劉蘭芳.亞熱帶稻區(qū)水利設(shè)施與抗旱能力評價及安全減災(zāi)研究:以湖南省衡陽市為例[J].中國農(nóng)村水利水電,2012(3):146-148.