王理萍，王樹仿，王新華，王福來，范春梅

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院，昆明 650201；2.河海大學(xué) 水文水資源學(xué)院，南京 210098；3.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，南京 210098)

0 引 言

干旱是我國最常見、危害最嚴重的氣候災(zāi)害之一，因旱災(zāi)造成的經(jīng)濟損失量不斷增多[1]，尤其是進入21世紀后，極端干旱事件頻繁發(fā)生。如何減小干旱災(zāi)害損失，降低災(zāi)害風(fēng)險，進行干旱災(zāi)害風(fēng)險評估，成為當(dāng)前氣候?qū)W和災(zāi)害學(xué)研究的重點。Belal等[2]利用遙感和GIS技術(shù)進行干旱風(fēng)險分析；Potopov等[2]等利用SPEI標(biāo)準化降水蒸散指數(shù)評價捷克不同時間尺度上的農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險；何斌等[4]通過災(zāi)害風(fēng)險綜合指標(biāo)，分別得出2009-2013年間陜南、陜北和關(guān)中地區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險分布特征；石界等[5]從3個風(fēng)險評估參數(shù)入手，建立加權(quán)歸一化回歸模型，借助GIS技術(shù)完成了定西市干旱風(fēng)險分析。鑒于現(xiàn)有干旱災(zāi)害風(fēng)險的分析研究中，還未形成具有地域性的統(tǒng)一評估體系，因此有必要根據(jù)不同地區(qū)自然地理特征的差異性，有針對性地構(gòu)建適合特定區(qū)域環(huán)境條件的干旱災(zāi)害風(fēng)險評估模型。

云南省地處云貴高原主體，東部和東南部喀斯特地貌顯著，干旱災(zāi)害易發(fā)、頻發(fā)，尤其是2010年春季遭遇特大干旱，旱災(zāi)導(dǎo)致全省的受災(zāi)、成災(zāi)和絕收面積分別為295.72、205.09及88.17 萬hm2，造成農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失達120億元以上[6]。目前針對云南省干旱災(zāi)害方面的研究，大多注重的是干旱成因，時空演變特征及規(guī)律[7-9]，對于干旱災(zāi)害風(fēng)險評估的論述甚少。因此本研究擬從干旱致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境脆弱性、承災(zāi)體暴露度和防災(zāi)減災(zāi)能力4 大風(fēng)險要素來構(gòu)建旱災(zāi)風(fēng)險評估體系，建立評估模型對云南省干旱災(zāi)害風(fēng)險特征進行分析。利用層次分析法計算權(quán)重，并基于ArcGIS對云南省旱災(zāi)風(fēng)險程度進行等級區(qū)劃和分析，以期為干旱風(fēng)險評估分析及管理提供依據(jù)。

1 資料源與方法

1.1 研究數(shù)據(jù)來源

氣象數(shù)據(jù)為云南省29個站點的逐月降水、氣溫數(shù)據(jù)，時間跨度為1960年1月-2014年12月，數(shù)據(jù)來源于中國氣象局氣象數(shù)據(jù)中心；地理信息數(shù)據(jù)為地形、水文等，來源于云南省1∶25萬數(shù)字高程模型，空間分辨率為90 m×90 m；社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)為耕地比重、人均GDP等，時間跨度為2001-2015年；數(shù)據(jù)來源于《云南省統(tǒng)計年鑒》。

1.2 研究方法

(1)層次分析法 。使用層次分析法(AHP)求解各評估指標(biāo)權(quán)重主要包括建立有序遞階的層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)建判斷矩陣，并對其進行一致性檢驗[10]。本文采用MATLAB軟件確定各層內(nèi)評估指標(biāo)的權(quán)重，通過一致性比例CR的計算結(jié)果來驗證所構(gòu)造的判斷矩陣是否能滿足要求。當(dāng)CR<0.1時，即認定判斷矩陣客觀合理，能滿足檢驗要求；若CR≥0.1，則要重新構(gòu)建判斷矩陣。CR的計算詳見文獻[10]。

(2)指標(biāo)標(biāo)準化。采用極差標(biāo)準化方法對各評估指標(biāo)進行無量綱處理，根據(jù)評估指標(biāo)和所對應(yīng)風(fēng)險要素之間的效用關(guān)系，將其分為正向和負向2大類。如果指標(biāo)的計算值和所表征的因子水平呈正相關(guān)，則稱其為正向指標(biāo)；反之，稱為負向指標(biāo)。具體計算詳見文獻[11]。

(3)加權(quán)綜合評價法。

(1)

式中：V分別為干旱災(zāi)害4大風(fēng)險評估要素；wi是V干旱風(fēng)險要素中第i個評估指標(biāo)所對應(yīng)的權(quán)重；yi表示V干旱風(fēng)險要素中第i個評估指標(biāo)經(jīng)標(biāo)準化處理后得到的無量綱值；n為參與評估的指標(biāo)總個數(shù)。

(4)干旱災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)模型。

I=(Hwh)×(Ewe)×(Sws)×(1-R)wr

(2)

式中：I為干旱災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)；H，E，S，R依次為旱災(zāi)4大風(fēng)險評估要素；上標(biāo)wh，we，ws，wr順次是干旱風(fēng)險4個評估要素所對應(yīng)的權(quán)重。

(5)干旱災(zāi)害風(fēng)險分區(qū)。通過ArcGIS軟件中的自然斷點法對云南省旱災(zāi)風(fēng)險程度進行區(qū)劃，共分為5個不同等級區(qū)域：低風(fēng)險區(qū)、次低風(fēng)險區(qū)、中等風(fēng)險區(qū)、次高風(fēng)險區(qū)和高風(fēng)險區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 評估因子指標(biāo)體系構(gòu)建

干旱發(fā)生的成因及物理機制復(fù)雜，評估指標(biāo)多樣化，參考國內(nèi)外已有相關(guān)研究成果，針對云南省干旱災(zāi)害發(fā)生特點及地形地貌特征，并綜合考慮數(shù)據(jù)取得的難度及可靠性最終以干旱頻率、降水、河網(wǎng)密度等12個評估指標(biāo)來進行云南省干旱風(fēng)險評估(詳見表1)。

表1 云南省干旱災(zāi)害風(fēng)險評估體系Tab.1 Indexes system of drought risk assessment in Yunnan Province

注：經(jīng)過計算，所構(gòu)建的判斷矩陣其CR值均小于0.1，能滿足要求。

2.2 結(jié)果與分析

分別將云南省干旱災(zāi)害指標(biāo)轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)后經(jīng)圖層加權(quán)疊加并利用自然斷點法進行分級，把干旱災(zāi)害風(fēng)險劃分為5個不同等級(表2)，分別得到云南省4個風(fēng)險評估要素及干旱災(zāi)害風(fēng)險的等級區(qū)劃圖(圖1和圖2)。

2.2.1 致災(zāi)因子危險性評估與區(qū)劃

致災(zāi)因子危險性通過干旱發(fā)生的強度和頻率來進行分析研究。采用SPEI指數(shù)來表征云南省干旱強度的大小，采用Log-Logistic概率密度函數(shù)f(x)來描述月降水與月潛在蒸散量差值的變化，獲得月尺度上水分平衡的概率分布函數(shù)F(x)，通過正態(tài)化處理后確定出SPEI值，其計算過程及干旱等級劃分見文獻[12]。SPEI計算值越大，干旱災(zāi)害發(fā)生的強度等級越低，危險性越小。把SPEI值小于-1所對應(yīng)的年份記為干旱發(fā)生年[13]，干旱頻率通過實際發(fā)生干旱的總年數(shù)與研究年限(54年)的比值獲取。

表2 干旱災(zāi)害風(fēng)險要素的等級劃分Tab.2 The classification of assessment values for each drought risk factors

圖1 云南省4個風(fēng)險評估要素等級區(qū)劃圖Fig.1 Ranked zoning of 4 factors of drought risk assessment in Yunnan Province

由圖1(a)可得出，云南省致災(zāi)因子危險性的空間分布總體為東北部高，西南部低，這與云南省降水量的年際分布情況相近[14]。具體為高、次高危險區(qū)主要分布在云南東北部的昭通、沾益、會澤及中部的元謀、昆明、玉溪等區(qū)域；中等危險區(qū)主要位于東南部的廣南、屏邊及西北部的中甸、維西等地；低、次低危險區(qū)主要集中在西南部地區(qū)的普洱、瑞麗、保山等地。

2.2.2 孕災(zāi)環(huán)境脆弱性評估與區(qū)劃

孕災(zāi)環(huán)境脆弱性是指容易遭受干旱災(zāi)害損失的性質(zhì)，受到多種因素綜合影響，一般而言脆弱性越高，干旱災(zāi)害潛在風(fēng)險越大。根據(jù)云南省特殊的孕災(zāi)環(huán)境及所掌握的資料，考慮降水量、坡度、坡向、海拔高度和河網(wǎng)密度5個指標(biāo)作為孕災(zāi)環(huán)境脆弱性評價指標(biāo)，降水量通過中國氣象局氣象數(shù)據(jù)中心提供的月值數(shù)據(jù)集獲取，后4個指標(biāo)均通過1∶25萬數(shù)字高程模型提取。

由圖1(b)可知，云南省孕災(zāi)環(huán)境脆弱性空間分布特征與危險性相似，即由東北向西南，脆弱性逐步降低。高脆弱地區(qū)主要分布在云南東北部的昭通、會澤、沾益，該區(qū)域降水量少，地形高差變化大，河網(wǎng)密度較??；次高-中等脆弱帶多位于東南部及中部地區(qū)；隨著地理條件的變化，西北及西南部地區(qū)為低、次低脆弱區(qū)。

2.2.3 承災(zāi)體暴露度評估與區(qū)劃

承災(zāi)體暴露度是指社會、經(jīng)濟和自然環(huán)境系統(tǒng)由于干旱缺水可能遭受到威脅、破壞的程度。人口密度及農(nóng)業(yè)種植面積比例大的地區(qū)，可能遭受損害的程度大，暴露度高。選取人口密度、耕地比重和糧食播種面積3方面來分析評估云南省干旱災(zāi)害暴露度的高低。

由圖1(c)可看出，云南省承災(zāi)體暴露度分布具有典型的地區(qū)差異性，高、次高暴露度區(qū)零碎的分布于各個不同地區(qū)，如東北部的昭通，東南部的瀘西、蒙自，中部的昆明、玉溪，西南部的保山，西北部的大理等地，這些區(qū)域人口密集、耕地面積大；低暴露度區(qū)主要位于西北部的迪慶、怒江、麗江及西南部的景洪、思茅等人口密度小、耕地比重輕、糧食播種面積少的地區(qū)。

2.2.4 防災(zāi)減災(zāi)能力評估與區(qū)劃

防災(zāi)減災(zāi)能力是指受災(zāi)風(fēng)險區(qū)通過采取一系列工程和非工程措施抵御和減少災(zāi)害損失的能力，與地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平呈正相關(guān)。從人均GDP及有效灌溉面積2個方面對云南省抗旱能力的強弱進行評估。

由圖1(d)可知，云南省高、次高抗災(zāi)能力區(qū)零星分布在經(jīng)濟條件較好、保灌率高的昆明、玉溪、瑞麗等地區(qū)；廣南、瀾滄、屏邊等地防災(zāi)減災(zāi)能力低，這些地區(qū)山地多，經(jīng)濟發(fā)展相對落后，農(nóng)業(yè)和水利設(shè)施不齊備，抗災(zāi)能力差。

2.2.5 干旱災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃

綜合分析以上4個干旱風(fēng)險評估要素，得到云南省干旱災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖(圖2)。從圖2中可以看出，云南省干旱災(zāi)害風(fēng)險空間分布成片狀出現(xiàn)，總體東北及東南部干旱災(zāi)害風(fēng)險高，西北及西南部風(fēng)險低。具體為：高風(fēng)險區(qū)分布在東北部的昭通、會澤、沾益；次高風(fēng)險區(qū)主要位于東南部的瀘西、廣南、屏邊及中部的昆明、玉溪等區(qū)域；中部的大部分地區(qū)及大理、保山等地主要為中等風(fēng)險區(qū)；低、次低風(fēng)險區(qū)在西北部的貢山、維西及西南部的景洪、瀾滄等區(qū)域。

圖2 云南省干旱災(zāi)害風(fēng)險等級區(qū)劃圖Fig.2 Ranked zoning of risk of drought disaster in Yunnan Province

2.3 評估結(jié)果驗證

為驗證研究結(jié)果的可靠性，根據(jù)徐創(chuàng)新等[15]提供的云南省各地州災(zāi)情數(shù)據(jù)，利用ArcGIS多變量分析工具，將評估出的旱災(zāi)風(fēng)險結(jié)果與各地州單位面積上的實際災(zāi)害損失量進行相關(guān)分析，通過李莉等[16]研究中所用的公式對云南省干旱災(zāi)害風(fēng)險與實際災(zāi)害損失的空間分布進行對比驗證。

計算得到云南省旱災(zāi)風(fēng)險與實際災(zāi)害損失空間分布的相關(guān)系數(shù)是0.684，表明2個變量之間存在直接關(guān)系，且回歸方程通過了顯著性檢驗。說明研究結(jié)果能較真實地反映云南省干旱災(zāi)害的實際損失情況。

3 結(jié) 語

本文基于自然災(zāi)害風(fēng)險理論，從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體和防災(zāi)減災(zāi)能力4 大風(fēng)險要素出發(fā)，構(gòu)建了風(fēng)險評估模型對云南省干旱發(fā)生的風(fēng)險程度進行等級區(qū)劃和評估分析。對研究結(jié)果驗證表明所采用的模型能較客觀地表征旱災(zāi)風(fēng)險分布情況。得出以下結(jié)論。

(1)從危險性、脆弱性、暴露度和防災(zāi)減災(zāi)能力4 大風(fēng)險評估要素分析來看，云南省危險性和脆弱性空間分布特征相似，均表現(xiàn)為東北部高，西南部低；高、次高暴露度區(qū)零碎的分布于人口密集、耕地面積大的各個不同地區(qū)，如東北部的昭通，東南部的瀘西，中部的昆明、玉溪，西南部的保山，西北部的大理等地區(qū)；高、次高防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)零星分布在經(jīng)濟條件好、灌溉保證率高的昆明、玉溪、大理、思茅等區(qū)域。

(2)云南省干旱災(zāi)害風(fēng)險空間分布成片狀出現(xiàn)，東北、東南部干旱災(zāi)害風(fēng)險總體高于西北、西南部。高、次高風(fēng)險區(qū)主要分布于東北部的昭通、會澤；東南部的瀘西、廣南及中部的昆明、玉溪等區(qū)域；低、次低風(fēng)險區(qū)在西北部的貢山、維西及西南部的景洪、瀾滄等區(qū)域。

為使干旱災(zāi)害風(fēng)險評估結(jié)果更真實可靠，合理準確地構(gòu)建評估體系顯得尤其關(guān)鍵。文中在選擇孕災(zāi)環(huán)境脆弱性的評估指標(biāo)時，地形和水系不能精確反映喀斯特地貌發(fā)育對云南省干旱災(zāi)害的影響，但目前尚未獲取到喀斯特區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)，很難準確地對喀斯特地貌的發(fā)育程度進行等級劃分，未來需進行相關(guān)資料數(shù)據(jù)的收集整理，進一步深入分析研究。此外，今后在進行防災(zāi)減災(zāi)能力評估時可加入人工干預(yù)影響，如干旱預(yù)警系統(tǒng)自動化程度，爭取抗旱主動度等，如何定量化 表達這些指標(biāo)是提高評估結(jié)果準確性的重要因素。

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