辽宁省干旱静态综合风险定量评价研究

张 巍

(辽宁省水利事务服务中心，辽宁 沈阳 110003)

干旱受自然灾害和人类活动共同影响，是自然和社会经济系统在特定时期的产物，因此干旱灾害具有自然和社会两种属性。对于干旱自身而言，其并不是灾害，只有对人类生活或者生态环境产生不同程度影响后才逐步转变成为干旱灾害。因此对于干旱灾害发生的程度和影响范围需要进行综合量化。干旱风险分析是区域制定抗旱规划以及相关政策重要的量化依据。近年来。为确定区域干旱风险类型的分布，国内许多学者展开区域干旱风险综合评价，取得一定的研究成果，其中基于区域灾害系统论的干旱风险综合评价方法被广泛应用，区域灾害系统论从旱灾系统构成出发，分析干旱灾害的致灾因子、孕灾环境和承灾体，从危险性、脆弱性及暴露性三个角度对干旱风险进行综合评价。辽宁省属于干旱频发省份，为提高区域干旱规划和抗旱相关政策的科学性，需要对干旱风险进行定量综合评价，为此本文基于灾害系统论构建辽宁省干旱静态风险的综合评价指标，对辽宁省干旱类型的分布进行定量划分。

1 辽宁省干旱状况

辽宁省发生较大及以上干旱的频率从1961—1980年的20%递增到2001—2018年的53%。农业作为干旱影响最为严重的领域，与农业生产、农村生活以及生态环境等紧密相关。辽宁作为全国粮食主产区，受旱灾影响损失十分严重。据统计，从1999—2018年。受灾作物面积累计已达0.18亿hm2，经济损失累计达420亿。受自然地理位置以及气候环境综合影响，辽宁地区降水在时间和空间分布上具有较为明显的变化特征，使得不同地区干旱发生频次和程度都具有明显的地域性变化。辽宁东部受山脉走向影响，水汽较易受到地形影响，降雨锋面抬升程度明显，因此降雨条件较为充足，降雨量较为丰沛，辽宁西部地区主要受内蒙古高原以及松辽平原的地势倾斜影响，水汽产生下降运动的条件较容易达到，因此这一区域降水偏少，区域发生干旱的频次较多，范围较广。

2 综合风险指数确定方法

2.1 构建干旱灾害风险评估指标体系

综合考虑干旱成因及影响程度，构建辽宁省干旱灾害风险评估的指标体系。其中，全国农业干旱灾害风险评估指标体系如图1所示。

图1 辽宁省干旱灾害风险评估指标体系

2.2 指标权重的确定

结合美国运筹学家T.L.Saaty的层次分析法来对各指标的权重值进行设定，该方法对每个指标的影响层进行不同权重的设定，并针对每一个影响层进行判断矩阵的设定，其计算方程为：

(1)

式中，U—各指标权重的判断权重；Uij—判断比例；Uji—Uij的倒数取值。

对每个判断矩阵进行其最大特征根的计算，并结合最大特征根确定其对应的特征向量值，特征向量值即为各个指标的设定权重，其计算方程为：

w=(w1，w1，…wn)

(2)

(3)

用如下公式检验判断矩阵的一致性：

CR=(λmax-n)/(n-1)/RI

(4)

(5)

式中，w—权重向量；wi—第i指标的权重；CR—检验系数；λmax—判断矩阵的最大特征根；UW—矩阵，为U与向量W相乘所得向量，UWi—向量的第i个元素；n—指标个数；RI—判断矩阵的随机一致性指标。

2.3 构建干旱灾害风险评估模型

采取相乘模式进行干旱灾害风险评估。评估模型如下：

R=H·E·V

(6)

其中，危险性值采用下式计算：

(7)

式中，H—危险性值；hi—第i个危险性指标归一化数值；whi—第i个危险性指标的权重。

其中，暴露性值采用下式计算：

(8)

式中，E—暴露性值；ej—第j个暴露性指标归一化数值；wej—第j个暴露性指标的权重。

其中，脆弱性值采用下式计算：

(9)

式中，V—脆弱性值；vk—为第k个脆弱性指标归一化数值；wvk—第k个脆弱性指标的权重。

3 综合风险指数确定结果

3.1 干旱风险等级划分

采用模糊数学方法对干旱灾害综合风险进行等级划分，划分结果见表1。

(10)

式中，ri—风险等级隶属度值；Ri—计算地市i的风险值；Rmax—所有地市风险最大值；Rmin—所有地市风险最小值。系数p取1。

表1 辽宁农业干旱灾害综合风险等级划分

3.2 指标选取

旱灾危险性是对干旱灾害的时空规模、强度、烈度和变异性等特征的描述。对于旱灾风险的危险性，主要考虑气候气象条件和水文水资源条件的影响，选取年降水量、年降水量变差系数、亩均水资源量及水资源变差系数这四个指标作为影响因子，见表2。农业旱灾风险暴露性，主要考虑当地农业的生产规模与生产水平，根据辽宁省干旱形势以及数据的代表性和可获取性，选取耕地面积占总面积的比例和单位面积粮食产量这两个指标作为暴露性的影响因子，见表3。从水利工程、经济实力、生产技术以及抗旱减灾应急四个角度出发，对辽宁省干旱灾害的脆弱性进行指标的选取，见表4，从而分析干旱危险地区可以抵御干旱灾害的水平。

表2 辽宁省农业旱灾危险性指标比较判断矩阵及权重

注：表中，“+”代表该因子越大，危险性越大，“-”代表则该因子越大，危险性越小。

表3 辽宁省农业旱灾暴露性指标比较判断矩阵及权重

注：“+”代表该因子越大，暴露性越大，“-”代表则该因子越大，暴露性越小。

表4 辽宁省农业旱灾脆弱性指标的权重

注：表中，“+”代表该因子越大，脆弱性越大，“-”代表则该因子越大，脆弱性越小。

结合层次分析法对各指标进行判定和权重设定，从表2中可看出，区域年平均降水量变差系数差异性较大，则区域发生农业干旱灾害的危险性程度越高，而对于平均亩水资源量而言，当水资源量越少时，农业发生干旱灾害的危险程度增高。表3为区域农业干旱的暴露性分析结果，从表中可看出，区域耕地面积比例越大，农业旱灾的暴露性程度越高。对于区域农业旱灾脆弱性分析结果，各评估指标覆盖程度越高，干旱灾害的脆弱性越大，表明区域抗旱能力越弱。

3.3 评估结果

结合干旱综合风险评估模型，对辽宁省农业旱灾的风险性、脆弱性、暴露性进行评价，在上述三个风险要素评价的基础上，对辽宁省干旱综合风险进行评价，结果如图2所示。

图2 辽宁省干旱风险评估结果

从干旱灾害危险性评估结果可看出辽宁省西部危险性等级最高，危险指数达到0.92，其次是辽西北，辽东的危险等级最低。整体趋势从东向西，危险等级逐步增高。辽中地区旱灾暴露性最大，在0.67～1.0之间，辽北地区次之，暴露性指数在0.38～0.67之间，而辽东的暴露性较小。在旱灾脆弱性方面，辽东及辽中地区最高，辽西地区较低，这与当地所发生旱情的频率及抗旱能力关系密切。辽西地区抗旱投入较大，其相应的抗旱能力较强，因此其脆弱性较低。从干旱灾害综合风险评价结果可看出，辽宁中北部地区综合干旱风险指数最高，在0.89～1.0之间，其中铁岭地区风险指数最高，其次为辽西地区，综合风险指数在0.72～0.89之间，其中阜新地区风险指数最高。辽宁东南部综合干旱风险指数最低，大都在0.22～0.55之间，其中大连地区风险指数最高。

3.4 干旱风险成因分析

在上述危险性、暴露性、脆弱性及风险的定量计算和定性划分基础上，分析各区县农业风险类型。分析结果如图3所示。

图3 辽宁省农业旱灾风险类型

将风险类型分成低风险、资源型、产业结构型、管理型、资源和产业结构叠加型、资源和管理叠加型、产业结构和管理叠加型、资源和产业结构和管理三者叠加型。当风险值为低时，类型为低风险。首先剔除低风险的地区，然后进行其他类型的确定。从分析结果可看出，辽西地区属于资源型缺水，还有部分地区同时存在管理型缺水。辽北和辽中大部分地区属于产业结构型，加之少数管理型缺水。辽东地区属于低风险地区。

4 结语

辽宁省水资源总量有限，尤其是西北部属于贫水区，且干旱风险指数较高，要抵抗旱灾威胁，必须加大节水力度，提高综合用水效率，需要因地制宜推广果树微喷灌、大田低压管道灌溉以及棚室滴灌等工程节水技术；

辽北和辽中多数区域均属于产业结构型缺水，应采取的措施是做好农业结构调整，改变粗放型耕作方式，推广抗旱耕作技术。