陳茜茜 屈艷萍 呂 娟 常文娟

(1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心，北京 100038；3.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，宜昌 443002)

0 引 言

2022 年，我國長江流域汛期“當汛不汛”，流域平均降水量持續(xù)偏少，平均氣溫顯著偏高，極端高溫頻頻襲擊，致使長江流域出現(xiàn)大范圍嚴重夏伏旱。長江流域是我國典型的濕潤-半濕潤區(qū)，氣候條件十分復(fù)雜，與西北地區(qū)長期、連續(xù)、穩(wěn)定缺水的干旱區(qū)不同，長江流域的干旱呈現(xiàn)短期波動的特征，并且存在旱澇并存和急轉(zhuǎn)的現(xiàn)象[6]。據(jù)統(tǒng)計，1961-1990 年長江流域旱澇災(zāi)害所造成的損失約占整個氣象災(zāi)害損失的78%，其中干旱就占50%[7]，嚴重影響經(jīng)濟社會的發(fā)展和人民生活水平的提高。為了分析長江流域干旱災(zāi)害風(fēng)險分布特征，本文基于長江流域1990-2020 年旱情災(zāi)情數(shù)據(jù)，采用干旱災(zāi)害風(fēng)險評估方法對流域內(nèi)農(nóng)業(yè)干旱、因旱人飲以及綜合風(fēng)險進行分析，對于強化長江流域干旱災(zāi)害風(fēng)險管理、保障供水安全和糧食安全具有重要意義，能夠為水旱災(zāi)害防御部門制定相關(guān)政策提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

長江流域（90°33′E-122°25′E，24°30′N-35°45′N）是我國第一大流域。長江干流自西而東經(jīng)青海、西藏、四川、云南、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、上海11個省（自治區(qū)、直轄市），支流延伸至貴州、甘肅、陜西、河南、廣西、廣東、浙江、福建8個?。ㄗ灾螀^(qū)）的部分地區(qū)，共計19個省級行政區(qū)，橫跨中國東部、中部和西部三大經(jīng)濟區(qū)。長江流域雖然降水總體豐沛，但受水汽輸送途徑及地形地貌等因素的綜合影響[8]，時空分布不均，年際變化和季節(jié)變化大[9]。夏季鋒面雨帶北移至華北地區(qū)，在副熱帶高氣壓帶控制下，加上太陽輻射強，高溫少雨，伏旱問題尤為突出。長江流域數(shù)字高程模型見圖1。

圖1 長江流域數(shù)字高程模型圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所用的長江流域旱情災(zāi)情統(tǒng)計資料，主要來源于《全國抗旱規(guī)劃》編制工作中收集整理的1990-2007 年干旱災(zāi)害序列數(shù)據(jù)和第一次全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險普查工作中收集整理的2008-2020年干旱災(zāi)害序列數(shù)據(jù)，主要包括受旱面積、因旱受災(zāi)面積、因旱成災(zāi)面積、因旱人飲困難人口等數(shù)據(jù)，其中省級旱情災(zāi)情數(shù)據(jù)參照各年度《中國水旱災(zāi)害公報》進行比對，農(nóng)村人口情況則根據(jù)各年度《中國統(tǒng)計年鑒》進行復(fù)核校對。

1.3 分析方法

1.3.1 單指標

長江三角洲平原、漢江平原、洞庭湖平原和鄱陽湖平原是我國重要的糧食產(chǎn)地。長江流域降水減少、干旱持續(xù)發(fā)展，對糧食生產(chǎn)造成了較大影響。農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害影響選擇農(nóng)業(yè)因旱受災(zāi)率為指標，指標計算方法如下：

式中：Id為農(nóng)業(yè)因旱受災(zāi)率，%；Ad為因旱受災(zāi)面積，hm2；A為農(nóng)作物播種面積，hm2。

1.2.2 對照組 采用課堂教育的形式，為PD患者制訂有關(guān)運動的系列健康教育講座，主要內(nèi)容包括PD患者應(yīng)采取的生活方式、提倡PD患者進行運動鍛煉、運動的益處、運動的形式、強度、時間、頻率以及注意事項等，如何記錄運動日志，如何管理自己的身體狀況等[4]。以上內(nèi)容共分3次進行講解，由腹透護士通知患者到腎友俱樂部接受課堂教育，每月1次，每次30～40 min。隨后患者每月接受1次電話隨訪，連續(xù)3個月，主要解答患者運動過程中遇到的問題或困惑。

持續(xù)高溫少雨會導(dǎo)致部分以小型水庫或山泉水、溪流水作為水源的分散供水工程水源枯竭，部分群眾供水受到一定影響，造成臨時性飲水困難。因旱人飲困難情況選擇因旱人飲困難率為指標，指標計算方法如下：

式中：Pd為因旱人飲困難率，%；Nd為因旱飲水困難人口；Np為農(nóng)村總?cè)丝凇?/p>

將干旱頻率與農(nóng)業(yè)因旱受災(zāi)率/因旱人飲困難率相對應(yīng)，選取5 年一遇、10 年一遇、20 年一遇、50 年一遇和100 年一遇5 個典型的干旱頻率，按照式（3）至式（5）計算出不同干旱頻率下對應(yīng)的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險度R(Id)和因旱人飲困難風(fēng)險度R(Pd)，即圖2中陰影部分面積。

圖2 干旱災(zāi)害風(fēng)險度計算示意圖

式（3）展開如下：

式中：R為干旱災(zāi)害風(fēng)險度；P為干旱頻率，P1-P5分別取值為0.25、0.1、0.05、0.03、0.01；L1-L5為與P1-P5對應(yīng)的農(nóng)業(yè)因旱受災(zāi)率或因旱人飲困難率。

將P1-P5的參數(shù)代入式（4），合并整理為：

據(jù)此分別計算出長江流域范圍內(nèi)各區(qū)（縣）的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險度R(Id)和因旱人飲困難風(fēng)險度R(Pd)。

1.3.2 綜合指標

選取農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險度和因旱人飲困難風(fēng)險度作為分類干旱災(zāi)害影響指標，采用熵權(quán)法，根據(jù)指標間的差異程度來確定各指標的權(quán)重，聯(lián)合R(Id)和R(Pd)構(gòu)造干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險指標，以分析長江流域的干旱災(zāi)害風(fēng)險時空特征。

定義構(gòu)建的干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險指標計算公式如下：

式中：S為干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險度；w1和w2分別為指標R(Id)和R(Pd)的權(quán)重。

（1）利用熵權(quán)法確定權(quán)重。具體計算步驟如下：

①數(shù)據(jù)矩陣標準化處理。

以長江流域內(nèi)各區(qū)（縣）的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險度R(Id)和因旱人飲困難風(fēng)險度R(Pd)構(gòu)建原始數(shù)據(jù)矩陣，設(shè)有m個評價對象、n個評價指標，則可以得到原始數(shù)據(jù)矩陣X=(xij)mxn，采用離差標準化法對X矩陣進行標準化處理，得到矩陣：

式中：yij為第i個評價對象在第j個評價指標上的標準值，yij∈[0 ，1]，majx {xij} ，mijn{xij} 分別為評價對象在第j個評價指標中的最大值和最小值；m為長江流域內(nèi)區(qū)（縣）數(shù)，n為2（2個評價指標分別為農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險度和因旱人飲困難風(fēng)險度）。

②計算第i個評價對象在j個指標上的比重Pij。

③計算第j個評價指標的熵值ej。

2 結(jié)果與討論

長江流域干支流共涉及19 個省份，其中四川、重慶、湖北、湖南、江西5 個?。ㄖ陛犑校┤堪ㄔ诹饔蚍秶鷥?nèi)，其次是貴州省，流域內(nèi)區(qū)（縣）個數(shù)占全省區(qū)（縣）總數(shù)的79.55%，安徽省占62.50%，江蘇省占58.95%，云南省占44.19%，陜西省占33.64%，其他省份占比均在30%以下。以下有關(guān)各省的分析，均針對各省位于長江流域以內(nèi)的區(qū)（縣）。

2.1 長江流域農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險分布特征分析

長江流域農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險分布如圖3所示，不難看出，四川省、湖南省、湖北省、江西省和云南省的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害高/中高風(fēng)險區(qū)（縣）個數(shù)居多，共113個區(qū)（縣），占高/中高風(fēng)險總數(shù)的58.85%；江西省和四川省的中風(fēng)險區(qū)（縣）較多，共54 個區(qū)（縣），占中風(fēng)險總數(shù)的37.76%；其余均為中低/低風(fēng)險等級。

圖3 長江流域農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險分布圖

④計算第j個評價指標的熵權(quán)wj。

（2）按照百分位法，確定對應(yīng)干旱災(zāi)害風(fēng)險等級。百分位法計算公式：

式中：Px為第x個百分位數(shù)；N為總頻次；L為Px所在組的下限；f為Px所在組的次數(shù)；Fh為小于L的累積次數(shù)；i為組距。

長江流域各區(qū)（縣）農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險等級分布情況如圖4所示?？梢钥闯觯煌跉庀蟾珊捣植?，長江流域不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險等級空間上表現(xiàn)出了很大的差異性，相鄰區(qū)（縣）甚至表現(xiàn)出低風(fēng)險等級到高風(fēng)險等級的跨越性分布。四川省農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害高風(fēng)險分布在瀘州市、巴中市、南充市、宜賓市部分區(qū)（縣）；中高風(fēng)險區(qū)分布在四川省的東部，主要在南充市、廣安市以及廣元市等地，高/中高風(fēng)險區(qū)占全省區(qū)（縣）總數(shù)的12.57%。重慶市干旱災(zāi)害風(fēng)險較高的地區(qū)零散分布在重慶市的南部和中部，主要是綦江區(qū)和忠縣，其次為梁平區(qū)、璧山區(qū)、黔江區(qū)、城口縣等地，中高/高風(fēng)險區(qū)占全省區(qū)（縣）總數(shù)的21.05%。湖南省農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害高風(fēng)險區(qū)分布較為分散，主要風(fēng)險區(qū)為邵陽市、衡陽市、郴州市、常德市和湘潭市等地；中高風(fēng)險區(qū)主要分布在張家界市、常德市、湘西州、郴州市等地，高/中高風(fēng)險區(qū)占全省區(qū)（縣）總數(shù)的18.03%。湖北省農(nóng)業(yè)干旱高風(fēng)險區(qū)集中在十堰市、隨州市和襄陽市，中高風(fēng)險區(qū)分布較為分散，主要在孝感市、黃岡市、宜昌市等地，高/中高風(fēng)險區(qū)占全省區(qū)（縣）總數(shù)的26.21%。江西省農(nóng)業(yè)干旱中高風(fēng)險區(qū)主要分布在上饒市、九江市、撫州市、吉安市和萍鄉(xiāng)市等地，無高風(fēng)險區(qū)，中高/高風(fēng)險區(qū)占全省區(qū)（縣）總數(shù)的21.00%。安徽省淮河以北區(qū)域比較缺水，而長江以南區(qū)域水資源量比較充足，淮北平原風(fēng)險較高的區(qū)域集中在北部地區(qū)，江淮丘陵中高/高風(fēng)險區(qū)集中在滁州市和合肥市，皖西山區(qū)風(fēng)險較高的地區(qū)主要集中在六安市，皖南山區(qū)風(fēng)險較高的地區(qū)主要集中在黃山市和宣城市，全省農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險整體呈現(xiàn)東北高西南低的特點。

圖4 長江流域各區(qū)（縣）農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險等級

2.2 長江流域因旱人飲困難風(fēng)險分布特征分析

長江流域因旱人飲困難風(fēng)險分布情況如圖5所示，可以看出因旱人飲困難高/中高風(fēng)險主要分布在貴州省、湖北省、湖南省、四川省和重慶市，共138 個區(qū)（縣），占比71.88%。圖6所示的是長江流域各區(qū)（縣）因旱人飲困難風(fēng)險等級，可以看出，因旱臨時性飲水困難人口主要分布在傳統(tǒng)水利設(shè)施薄弱、供水設(shè)施分散且規(guī)模小的山區(qū)。首先山地不適合建造水利基礎(chǔ)設(shè)施，加之崎嶇的地形給輸水帶來了很大的困難，若區(qū)域內(nèi)無大型水源集中地，發(fā)生嚴重干旱時就會面臨嚴峻的飲水問題。其中，四川省因旱人飲困難高風(fēng)險區(qū)分布在宜賓市和南充市，中高風(fēng)險區(qū)零散地分布在雅安市、南充市和甘孜藏族自治州等地，中高/高風(fēng)險區(qū)占全省區(qū)（縣）總數(shù)的12.57%；重慶市因旱人飲困難高風(fēng)險區(qū)有巴南區(qū)、綦江區(qū)、南川區(qū)、忠縣等地，中高風(fēng)險區(qū)分布在重慶市西南部；貴州省銅仁市、遵義市和黔東南州部分區(qū)（縣）因旱人飲存在高風(fēng)險，中高風(fēng)險區(qū)分布在畢節(jié)市、遵義市和黔東南州等地；湖南省因旱人飲困難高風(fēng)險區(qū)主要在常德市、懷化市和衡陽市等地，中高風(fēng)險區(qū)分布范圍較廣，分布在郴州市、益陽市、湘西州、永州市和婁底市等地，中高/高風(fēng)險區(qū)占全省區(qū)（縣）總數(shù)的29.51%；湖北省黃岡市、宜昌市和恩施土家族苗族自治州部分區(qū)（縣）因旱人困難等級為高風(fēng)險區(qū)，十堰市、鄂州市、孝感市、咸寧市部分區(qū)（縣）為中高風(fēng)險區(qū)，中高/高風(fēng)險區(qū)占全省區(qū)（縣）總數(shù)的25.24%。

圖5 長江流域因旱人飲困難風(fēng)險分布圖

圖6 長江流域各區(qū)（縣）因旱人飲困難風(fēng)險等級

2.3 長江流域干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險分布特征分析

綜合考慮農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害和因旱人飲困難，對干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險進行等級劃分，中高/高風(fēng)險區(qū)主要分布在貴州省、湖北省、湖南省、四川省和云南省，共122 個區(qū)（縣），占所有中高/高風(fēng)險區(qū)（縣）的63.54%，如圖7 所示。圖8 所示的是長江流域各區(qū)（縣）干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險分布情況，可以看出，四川盆地、滇中高原、黔中地區(qū)、衡邵干旱走廊、吉泰盆地、鄂北崗地和鄂中丘陵區(qū)、湘南地區(qū)等傳統(tǒng)干旱區(qū)普遍風(fēng)險等級較高，這些地區(qū)也正好是2022年長江流域干旱嚴重區(qū)域。對于長江流域干旱災(zāi)害風(fēng)險較高的地區(qū)，要做好應(yīng)對長時間干旱的準備，及時摸清旱區(qū)缺水狀況，科學(xué)調(diào)度水利工程，落實抗旱預(yù)案，確保群眾飲水安全，保障大牲畜飲水和農(nóng)作物時令灌溉用水需求。

圖7 長江流域干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險分布圖

圖8 長江流域各區(qū)（縣）干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險等級

3 結(jié) 論

（1）長江流域農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害高/中高風(fēng)險主要分布在四川省、湖南省、湖北省、江西省和云南省，占高/中高區(qū)（縣）總數(shù)的58.85%。江西省和四川省的中風(fēng)險區(qū)（縣）較多，占中風(fēng)險總數(shù)的37.76%。長江流域不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害風(fēng)險等級空間上呈現(xiàn)出較大的差異性。

（2）長江流域因旱人飲困難高/中高風(fēng)險主要集中在貴州省、湖北省、湖南省、四川省和重慶市，占高/中高區(qū)（縣）總數(shù)的71.88%。在傳統(tǒng)水利設(shè)施薄弱、供水設(shè)施分散且規(guī)模小的山區(qū)，發(fā)生嚴重干旱時將會面臨嚴峻的飲水問題。

（3）綜合考慮農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害和因旱人飲困難，長江流域干旱災(zāi)害綜合中高/高風(fēng)險區(qū)（縣）主要分布在貴州省、湖北省、湖南省、四川省和云南省等部分區(qū)（縣），占所有中高/高風(fēng)險區(qū)（縣）總數(shù)的63.54%。四川盆地、滇中高原、黔中地區(qū)、衡邵干旱走廊、吉泰盆地、鄂北崗地和鄂中丘陵區(qū)、湘南地區(qū)等傳統(tǒng)干旱區(qū)普遍風(fēng)險等級較高，與2022年長江流域干旱嚴重區(qū)域相吻合。