宁夏彭阳县旱灾成因分析及抗旱措施研究

张晓霞

(宁夏回族自治区彭阳县水务局,宁夏彭阳756500)

0 前 言

彭阳县位于宁夏东南部,地处六盘山东麓,1983年由固原县分立建县,现辖12个乡镇156个行政村,总面积2 528.65 km2,耕地面积6.7×104hm2,林木覆盖率18.5%,水土流失治理程度68.5%,属黄土高原丘陵沟壑残塬区,境内山多川少,沟壑纵横,海拔在1 248 m～2 418 m之间,年平均气温7.4℃～8.5℃,无霜期140 d～170 d,年降水量350 mm～550 mm,且时空分布不均,降水多集中在7月～9月三个月,约占全年总降水量的60%～70%,并多以暴雨形式出现,年平均水面蒸发量在1 210～1 600mm之间(E601型)。干旱指数在4～8之间,年平均大风天气(风速≥17 m/s)在8 d～46 d,出现最多的在冬春季节,大风出现时往往伴有沙尘暴。年辐射热平均142 kcal/cm2,日照时数在2 750 h～3 000 h之间。属典型的温带半干旱大陆季风区,冬寒长、春暖迟、夏热短、秋凉早。全县水资源总量为9 820×104m3,可利用水资源量6 024×104m3,人均水资源量348 m3,为黄河流域人均水资源量750 m3的46%,是全国平均值2 200 m3的15.8%;耕地亩均占有水资源量为89 m3,是黄河流域平均值380 m3的23.4%,是全国平均值的32%,干旱少雨,降雨集中,蒸发强烈,旱灾频发,水资源短缺是制约县域经济发展的最大瓶颈。截止2010年底,全县总人口25.9×104人,其中农业人口23.3×104人,粮食总产量12×104t,地区生产总值6.72亿元,地方财政收入1 474万元,农民人均纯收入1 764元,属国家级贫困县。

1 农业干旱定义及指标分类

干旱是指由水分的收与支或供与求不平衡形成的水分短缺现象。旱灾是对人类及其社会危害性很大的一种自然灾害,已是人们普遍关注的世界性问题,1990年国家科委出版的“中国科学技术蓝皮书”第五号《气候》,将干旱列为我国气候灾害之首[1]。综合分析,干旱分为气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱。农业干旱是指由外界环境因素造成作物体内水分失去平衡,发生水分亏缺,影响作物正常生长发育,从而导致减产或绝收的一种农业气象灾害。它涉及到土壤、作物、大气和人类对自然资源的利用等多方面因素,是各类干旱中最复杂的一种干旱。它不仅是一种物理过程,而且也与生物过程和社会经济有关。按其造成作物缺水的成因不同可将农业干旱分为土壤干旱、生理干旱和大气干旱三种类型[2]。

农业干旱指标是对农业干旱的一个评价标准,依据这个标准可对农业干旱发生的强度作出定量的评价。但由于农业干旱的发生有着极其复杂的机理,在受到各种自然因素如降水、温度、地形等影响的同时,也受到人为因素的影响,如农作物布局、作物品种、生长状况等,因此,农业干旱指标必然要涉及到与大气、作物、土壤有关的因子[3]。所以,农业干旱指标是以植物体水分状况、土壤水分状况、植物冠层温度状况以及综合考虑植物、土壤、大气各种作用因素的一类干旱指标[4]。其大致可分为降水量指标、土壤水分指标、植物冠层温度指标、作物水分指标等。

2 干旱发生规律

干旱是彭阳县发生最为频繁、危害最重、影响最大的自然灾害,每年11月至来年6月份的8个月时间均为干旱月,即冬春旱的机会最多,几乎年年发生,夏旱的机会相对较高。干旱具有发生的频率高,影响范围广,连年旱、连季旱发生次数较多,造成损失大的特点。据1958年～2008年共50 a资料显示,彭阳县旱年总数为38 a,其中特大旱6 a,重旱8 a,轻旱 24 a;干旱发生的频率为 76%,其中特大旱12%、重旱 16%、轻旱 48%;特大干旱约8 a发生一次,重旱以上(含特大旱)3.5 a发生一次,轻旱以上平均2 a就发生一次,有“三年一大旱、两年一小旱”之说,一年内连旱日数最长可持续200 d以上[5]。自1991年至今的19年,干旱发生的频率比较高,除1994年、1996年、2002年属正常年份外,其余年份均为旱年,干旱发生频率接近十年九旱。1995年、2000年、2005年3年为特大旱年份,重旱以上发生的时间间隔缩短了,出现次数频繁了。尤其是1991年春季～1992年的夏季,全县遭受了持续360多天的跨年度四季连旱,干土层深达30 cm以上,水井、河流干枯,牧草和部分树木枯死,作物成灾面积10.4×104hm2,减产58%,有14.6万人的饮水发生危机,直接经济损失6 216万元。

3 干旱评定方法及成因分析

3.1 干旱评定方法

根据县内农业、水文、气象及土壤墒情监测等资料,可采用雨日旱况比降水量、降水距平法、干旱指数法、土壤干旱指标、农作物受旱面积百分数等多种方法进行分析,并根据各种方法分析结果进行综合分析后确定干旱等级[6]。2005年彭阳县春夏连旱为1983年有资料以来,继1987年、1991年、1992年、1995年、2000年特大旱之后的又一个特大旱年份。以2005年为例来说明干旱等级的评定方法及成旱标准。

3.1.1 雨日旱况比降水量

雨日旱况比降水量的计算公式为:

式中:p为雨日旱况比降水量(mm);(T-t)为时段内不旱日数(d);T为计算时段日数(夏季5～6月、秋季7～8月)(d);t为时段内连旱日数之和(d);P为时段内降水量(mm)。雨日旱况比降水量成旱标准见表1。

表1 雨日旱况比降水量成旱标准 单位:mm

3.1.2 降水距平法

降水距平法的计算公式为:式中:K为同期降水距平百分数(%);P为本年度时段雨量(mm);P多年为时段多年平均降雨量(mm)。降水距平成旱标准见表2。

表2 降水距平成旱标准

3.1.3 干旱指数法

干旱指数法的计算公式为:

式中:r为干旱指数;Eb为土壤蒸发量(mm);P为同期降水量(mm)。干旱指数成旱标准见表3。

表3 干旱指数成旱标准

统计算,彭阳县其上年9月至当年6月平均雨量,历史最小为1987年69.2 mm、1982年为72.0 mm、2005年为72.8 mm,干旱指数最大为1992年12.3,2005年为11.8。2004年9月至2005年6月干旱指数、连旱天数与历史特旱年对比分析详见表4。

表4 彭阳县2004年9月～2005年6月干旱指数与历史特旱年对比表

3.1.4 土壤含水量

土壤含水量是反映干旱程度的一个比较直接的指标。降水量偏少,蒸发强烈,土壤含水量较差。从1982年有土壤墒情监测资料以来,特大旱年份1982年 、1987年 、1995 年 、2000 年 、2005 年,土壤含水量多在5%以下,最严重的1995年、2000年4～6月0.1 m～0.3 m土壤含水量多在3%以下,2005年4～6月土壤含水量多在3%～5%,代表站2005年土壤含水量与历史特旱年分析对比见表5。

表5 代表站2005年4～6月土壤含水量与历史特旱年对比表

3.1.5 土壤干旱指标法

土壤干旱指标法的计算公式为:

式中:B为根层平均土壤相对湿度(%);H平均为根层土壤平均含水量;H田为根层土壤平均田间持水量。土壤干旱指数成旱标准见表6。

表6 土壤干旱指数成旱标准

3.1.6 农业受旱减产面积

根据农业各季受旱面积为辅助指标分析其相应的干旱程度,受旱面积在10%～30%时为轻旱;受旱面积在30%～50%时为重旱;受旱面积大于50%时为特大旱。

3.1.7 几种方法的对比

干旱评定的方法很多,涉及农业、气象、水文等各行业。各行业使用的评定方法有相同的指标,也有一些不同的指标,针对彭阳县农业生产实际,只讨论了6种常见的方法,这几种方法是干旱评定的比较直接的方法,但是每种方法的侧重点不同,其中,雨日旱况比降水量、降水距平法、干旱指数法是以降水为主要指标进行率定,但是雨日旱况比降水量指标主要反映了降水量中可补充作物生长层土壤水分的那部分量,参数既考虑了计算时段连旱日数,又考虑了计算时段内雨量和前期土壤湿度因素,比降水距平法、干旱指数法更科学;土壤含水量、土壤干旱指标法是以农作物根系土壤层不同深度含水量为依据,这两种评定方法基本是一致的;农业受旱减产面积指标是反映农业受旱的比较简单直观的指标。每种评定方法侧重考虑的参数存在一定的差别,同一年份(或季节),用各种方法评定的结论可能不一致,在干旱年(季)评定时要综合考虑各指标,至少有2项以上指标成立时,才能将该季评定为旱季;一年内至少有两季以上为旱季时,才能将该年评定为旱年[7]。

3.2 成因分析

3.2.1 气候、自然地理因素

远离海洋,降水天气变化大:彭阳县深居西北内陆,距东海、黄海、南海都在 1 200 km～1 500 km以上,沿程有高山阻挡,水气输入困难,只有西太平洋副热带高压在盛夏季节西伸北跃时,才能将副高的西南气流输入宁夏南部。水气输送量少是该区干旱少雨的根本原因。

地势高、大气中水汽含量少:县内海拔在1 248 m～2 418 m之间,加之东南部六盘山海拔在1 600m以上,大气中的水气含量有相当部分是分布在海拔1 000 m以下的。由不同露点温度和不同高度处累计水汽量分析,其它条件相同,仅仅由于高程不同与海平面相比,彭阳县降水要少25%～39%。

干旱指数大:彭阳县干旱指数在4～8之间。

下垫面因素:彭阳县中北部多为土层薄的山地,土壤蓄水量小,植被覆盖率为10%～20%[8]。

3.2.2 降雨量少、且时空分布不均匀

彭阳县年平均蒸发量1 436.5 mm,境内多年平均降雨449.2 mm,且时空分布不均,变化大。作物生长关键期3月～5月份,降水量占全年20%～25%,与作物需水量很不适应,春旱频繁。连续最大四个月降水量一般出现在汛期6月～9月,占年降水量的70%左右,11月至次年3月,这5个月降水一般占全年的6%～7%,雨、雪稀少。夏季气温高、空气相对湿度低、风速大,蒸发强烈,土壤含水量蒸发快,降水量的年际年内变化不均和强烈的蒸发是造成干旱的主要因素。

3.2.3 大风天气频繁,土壤水分蒸发加剧

年平均大风扬沙天气日数21.9 d,最多的达到47 d,沙尘暴天气年平均9次,且多集中出现在3月～5月。在1988年～2006年的19 a统计资料中,大风累计次数为72次,其中3月～5月份46次,占64%,大风扬沙天气进一步加速土壤表面水分蒸发,加剧了旱灾的形成[9]。

3.2.4 水利设施老化,抗旱水源不足

全县水资源主要集中分布在县域南部的红茹河流域,占全县水资源总量的77.53%。全县人均占有水资源量为348 m3,亩均占有水资源量为89 m3,分别占全国水平15.8%和32%,属资源性缺水地区。全县有中小型水库34座、骨干坝39座,灌溉机井94眼,扬水站21座,水窖4.8万眼。绝大部分库坝建于20世纪60、70年代,淤积严重,建筑物老化失修,带病运行,防洪标准低,汛期空库迎汛,年蓄水量不足1 500×104m3。机井完好率67%,泵站完好率20%,缺少维护资金,设备老化失修,不能正常运行,满足不了抗旱灌溉需要。

3.2.5 农业基础条件薄弱

全县现有耕地6.7×104hm2,具备灌溉条件的0.98×104hm2,但由于蓄水少、渠系配套设施老化等原因,每年实际灌溉面积不足0.2×104hm2,而大部分耕地无灌溉条件,是典型的雨养农业。

4 抗旱措施

4.1 完善抗旱规划,建立抗旱预警长效机制

编制完成了《彭阳县抗旱十二五规划》,详细勾画了今后5年抗旱应急能力建设所要完成的任务,其核心是建设覆盖县乡村三级的旱情中心、旱情采集站以及雨量、水位、地下水、土壤墒情监测站,整合现有旱情信息管理系统,搭建抗旱信息管理平台,建立抗旱指挥调度系统。建成1个县级、4个区域级、12个乡级抗旱服务组织,整合水务、农牧、民政、气象等部门资源,形成更大的合力抗击干旱。建立县级抗旱预警体系,不断强化预报、预警、调度、抢险、救灾等环节,建立统一指挥、协调有序的抗旱应急响应机制。

4.2 调整农作物种植结构

一是针对春季干旱而秋季多雨的实际,积极调整农作物种植结构,压夏扩秋,压缩冬小麦种植面积,增加玉米、马铃薯等小秋杂粮种植面积,充分利用秋季降水提高粮食产量。二是大力发展设施农业,在红茹河流域及长城塬区建日光温室、塑料大棚6 995栋,发展以蔬菜、食用菌、果树为主的设施农业384 hm2,年产值达到1亿元以上,打破了农业的季节性,摆脱了干旱等自然灾害的束缚。

4.3 加强农田水利基本建设

一是加强水源工程建设,近年来先后建成中型水库2座,小型水库1座,骨干坝21座,新增库容3 700×104m3,新增和改善灌溉面积160 hm2。二是积极解决农村饮水困难,完成彭阳县农村饮水解困一期、二期工程,启动农村饮水安全项目,先后建成人畜饮水工程57处,改造泉水121眼,打井窖5.11万眼,解决了14.82万人、3.76万头家畜和7.15万只羊的饮水困难。三是把旱作基本农田建设作为一项温饱工程常抓不懈,每年以0.37×104hm2的速度递增,计划到2008年实现人均4亩基本农田的目标。

4.4 加强节水灌溉工程建设

先后建成管灌、喷灌、微灌等节水灌溉工程7处,在库灌区、机井灌区全部实行小畦灌溉,对老灌区逐步进行节水改造,完善田间渠系配套。组织群众清淤整修干支渠道。在无灌溉条件的干旱地区发动群众利用窖井水、泉水开展“坐水种”、“注水灌溉”等节水微灌技术,发展微灌农业。

4.5 推广非工程抗旱措施

一是推广耕作保墒技术,采用深耕松土、耙耱保墒、秸杆还田等耕作方法,疏松土壤,保持土壤墒情。二是推广覆盖保墒技术。采用地膜等材料覆盖耕地表面,抑制土壤水分蒸发,增加地温,提高产量。三是运用旱地龙、保水剂等化学抗旱药剂对农作物拌种或喷施,提高土壤保水能力,减少作物蒸腾损失。四是优选抗旱品种,建立耐旱作物品种培养体系。

4.6 加强水保生态建设

坚持以小流域为单元,结合退耕还林(草)、淤地坝系工程 ,实行山 、水 、田 、林 、路 、草统一规划,综合治理,使全县的森林覆盖率达到18.5%,水土流失治理程度达到68.5%,改善了农业生产生活条件和生态环境,初步达到了“治理一方水土,发展一方经济,富裕一方百姓”的目标。

4.7 强化抗旱服务组织建设

依托县抗旱服务队,购置拉水车和移动柴油泵等供水及灌溉设施,并与各乡镇农业服务中心、村组密切配合,在旱灾严重时向干旱带的机关学校、困难群众送水,利用河、谷、沟涧径流及库坝水源利用移动泵提水抢灌,尽可能减轻旱灾的损失。

4.8 积极组织劳务输出

针对大旱之年农业减产,农村劳动力富裕的实际,积极动员广大群众转移劳动力,组织向上海、福建等地输出劳务人员,实现农业损失副业补,争取在旱灾之年使农民的收入不受大的损失。

5 结 论

干旱是宁夏彭阳县分布最广、灾情最为严重、对农业影响最大的一种自然灾害,是制约彭阳农业、农村经济发展的重要因素。长期以来,该县对旱灾的形成和抗旱措施进行了不断的探索总结,特别是坚持不懈的抓农田水利基本建设、水保生态环境建设,抗旱工程设施已初具规模,具有一定的防灾减灾能力。但面对新的抗旱形势,应该进一步认真研究和科学掌握干旱发生的规律,建立并完善抗旱规划和预警机制,采取必要的工程措施,加大水利工程建设的投入和力度,科学调整种植结构和产业结构,创建生态集约,旱作农业可持续发展优化生产体系,全面建设集水微灌及节水型社会的同时,加强非工程措施建设,有效应对旱灾旱情。

[1]国家科学技术委员会.气候[M].北京:科学技术文献出版社,1990.18.

[2]李克让.中国干旱灾害研究及减灾对策.气候[M].河南:科学技术出版社,1999.18

[3]袁文平,周广胜.干旱指标的理论分析与研究展望[J].地球科学进展,2004,19(6):982-990.

[4]刘晓英,郝卫平,张健.农田尺度下干旱指标及应用[J].中国农业气象,2005,26(2):99-105.

[5]刘兴刚.会泽县干旱灾害分析及抗旱减灾对策初探[J].中国防汛抗旱,2007,(2):29-31.

[6]张华,汪文浩.宁夏中部干旱带干旱成因及评定方法研究[J].水资源与水工程学报,2008,19(1):96-99.

[7]任可,吕娟,屈艳萍,等.宁夏中部干旱带干旱缺水现状及对策探讨[J].中国防汛抗旱,2007,3(1):12-17.

[8]杨淑萍,赵光平,穆建华,等.宁夏极端气候事件及其影响分析[J].中国沙漠,2008,28(6):1169-1173.

[9]赵庆云,张 武,王式功,等.西北地区东部干旱半干旱区极端降水事件的变化[J].中国沙漠,2005,25(6):904-909.