长江流域干旱灾害风险分布特征分析

陈茜茜 屈艳萍 吕 娟 常文娟

(1.中国水利水电科学研究院，北京 100038；2.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心，北京 100038；3.三峡大学水利与环境学院，宜昌 443002)

0 引 言

2022 年，我国长江流域汛期“当汛不汛”，流域平均降水量持续偏少，平均气温显著偏高，极端高温频频袭击，致使长江流域出现大范围严重夏伏旱。长江流域是我国典型的湿润-半湿润区，气候条件十分复杂，与西北地区长期、连续、稳定缺水的干旱区不同，长江流域的干旱呈现短期波动的特征，并且存在旱涝并存和急转的现象[6]。据统计，1961-1990 年长江流域旱涝灾害所造成的损失约占整个气象灾害损失的78%，其中干旱就占50%[7]，严重影响经济社会的发展和人民生活水平的提高。为了分析长江流域干旱灾害风险分布特征，本文基于长江流域1990-2020 年旱情灾情数据，采用干旱灾害风险评估方法对流域内农业干旱、因旱人饮以及综合风险进行分析，对于强化长江流域干旱灾害风险管理、保障供水安全和粮食安全具有重要意义，能够为水旱灾害防御部门制定相关政策提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

长江流域（90°33′E-122°25′E，24°30′N-35°45′N）是我国第一大流域。长江干流自西而东经青海、西藏、四川、云南、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海11个省（自治区、直辖市），支流延伸至贵州、甘肃、陕西、河南、广西、广东、浙江、福建8个省（自治区）的部分地区，共计19个省级行政区，横跨中国东部、中部和西部三大经济区。长江流域虽然降水总体丰沛，但受水汽输送途径及地形地貌等因素的综合影响[8]，时空分布不均，年际变化和季节变化大[9]。夏季锋面雨带北移至华北地区，在副热带高气压带控制下，加上太阳辐射强，高温少雨，伏旱问题尤为突出。长江流域数字高程模型见图1。

图1 长江流域数字高程模型图

1.2 数据来源

本文所用的长江流域旱情灾情统计资料，主要来源于《全国抗旱规划》编制工作中收集整理的1990-2007 年干旱灾害序列数据和第一次全国自然灾害综合风险普查工作中收集整理的2008-2020年干旱灾害序列数据，主要包括受旱面积、因旱受灾面积、因旱成灾面积、因旱人饮困难人口等数据，其中省级旱情灾情数据参照各年度《中国水旱灾害公报》进行比对，农村人口情况则根据各年度《中国统计年鉴》进行复核校对。

1.3 分析方法

1.3.1 单指标

长江三角洲平原、汉江平原、洞庭湖平原和鄱阳湖平原是我国重要的粮食产地。长江流域降水减少、干旱持续发展，对粮食生产造成了较大影响。农业干旱灾害影响选择农业因旱受灾率为指标，指标计算方法如下：

式中：Id为农业因旱受灾率，%；Ad为因旱受灾面积，hm2；A为农作物播种面积，hm2。

1.2.2 对照组 采用课堂教育的形式，为PD患者制订有关运动的系列健康教育讲座，主要内容包括PD患者应采取的生活方式、提倡PD患者进行运动锻炼、运动的益处、运动的形式、强度、时间、频率以及注意事项等，如何记录运动日志，如何管理自己的身体状况等[4]。以上内容共分3次进行讲解，由腹透护士通知患者到肾友俱乐部接受课堂教育，每月1次，每次30～40 min。随后患者每月接受1次电话随访，连续3个月，主要解答患者运动过程中遇到的问题或困惑。

持续高温少雨会导致部分以小型水库或山泉水、溪流水作为水源的分散供水工程水源枯竭，部分群众供水受到一定影响，造成临时性饮水困难。因旱人饮困难情况选择因旱人饮困难率为指标，指标计算方法如下：

式中：Pd为因旱人饮困难率，%；Nd为因旱饮水困难人口；Np为农村总人口。

将干旱频率与农业因旱受灾率/因旱人饮困难率相对应，选取5 年一遇、10 年一遇、20 年一遇、50 年一遇和100 年一遇5 个典型的干旱频率，按照式（3）至式（5）计算出不同干旱频率下对应的农业干旱灾害风险度R(Id)和因旱人饮困难风险度R(Pd)，即图2中阴影部分面积。

图2 干旱灾害风险度计算示意图

式（3）展开如下：

式中：R为干旱灾害风险度；P为干旱频率，P1-P5分别取值为0.25、0.1、0.05、0.03、0.01；L1-L5为与P1-P5对应的农业因旱受灾率或因旱人饮困难率。

将P1-P5的参数代入式（4），合并整理为：

据此分别计算出长江流域范围内各区（县）的农业干旱灾害风险度R(Id)和因旱人饮困难风险度R(Pd)。

1.3.2 综合指标

选取农业干旱灾害风险度和因旱人饮困难风险度作为分类干旱灾害影响指标，采用熵权法，根据指标间的差异程度来确定各指标的权重，联合R(Id)和R(Pd)构造干旱灾害综合风险指标，以分析长江流域的干旱灾害风险时空特征。

定义构建的干旱灾害综合风险指标计算公式如下：

式中：S为干旱灾害综合风险度；w1和w2分别为指标R(Id)和R(Pd)的权重。

（1）利用熵权法确定权重。具体计算步骤如下：

①数据矩阵标准化处理。

以长江流域内各区（县）的农业干旱灾害风险度R(Id)和因旱人饮困难风险度R(Pd)构建原始数据矩阵，设有m个评价对象、n个评价指标，则可以得到原始数据矩阵X=(xij)mxn，采用离差标准化法对X矩阵进行标准化处理，得到矩阵：

式中：yij为第i个评价对象在第j个评价指标上的标准值，yij∈[0 ，1]，majx {xij} ，mijn{xij} 分别为评价对象在第j个评价指标中的最大值和最小值；m为长江流域内区（县）数，n为2（2个评价指标分别为农业干旱灾害风险度和因旱人饮困难风险度）。

②计算第i个评价对象在j个指标上的比重Pij。

③计算第j个评价指标的熵值ej。

2 结果与讨论

长江流域干支流共涉及19 个省份，其中四川、重庆、湖北、湖南、江西5 个省（直辖市）全部包括在流域范围内，其次是贵州省，流域内区（县）个数占全省区（县）总数的79.55%，安徽省占62.50%，江苏省占58.95%，云南省占44.19%，陕西省占33.64%，其他省份占比均在30%以下。以下有关各省的分析，均针对各省位于长江流域以内的区（县）。

2.1 长江流域农业干旱灾害风险分布特征分析

长江流域农业干旱灾害风险分布如图3所示，不难看出，四川省、湖南省、湖北省、江西省和云南省的农业干旱灾害高/中高风险区（县）个数居多，共113个区（县），占高/中高风险总数的58.85%；江西省和四川省的中风险区（县）较多，共54 个区（县），占中风险总数的37.76%；其余均为中低/低风险等级。

图3 长江流域农业干旱灾害风险分布图

④计算第j个评价指标的熵权wj。

（2）按照百分位法，确定对应干旱灾害风险等级。百分位法计算公式：

式中：Px为第x个百分位数；N为总频次；L为Px所在组的下限；f为Px所在组的次数；Fh为小于L的累积次数；i为组距。

长江流域各区（县）农业干旱灾害风险等级分布情况如图4所示。可以看出，不同于气象干旱分布，长江流域不同地区的农业干旱灾害风险等级空间上表现出了很大的差异性，相邻区（县）甚至表现出低风险等级到高风险等级的跨越性分布。四川省农业干旱灾害高风险分布在泸州市、巴中市、南充市、宜宾市部分区（县）；中高风险区分布在四川省的东部，主要在南充市、广安市以及广元市等地，高/中高风险区占全省区（县）总数的12.57%。重庆市干旱灾害风险较高的地区零散分布在重庆市的南部和中部，主要是綦江区和忠县，其次为梁平区、璧山区、黔江区、城口县等地，中高/高风险区占全省区（县）总数的21.05%。湖南省农业干旱灾害高风险区分布较为分散，主要风险区为邵阳市、衡阳市、郴州市、常德市和湘潭市等地；中高风险区主要分布在张家界市、常德市、湘西州、郴州市等地，高/中高风险区占全省区（县）总数的18.03%。湖北省农业干旱高风险区集中在十堰市、随州市和襄阳市，中高风险区分布较为分散，主要在孝感市、黄冈市、宜昌市等地，高/中高风险区占全省区（县）总数的26.21%。江西省农业干旱中高风险区主要分布在上饶市、九江市、抚州市、吉安市和萍乡市等地，无高风险区，中高/高风险区占全省区（县）总数的21.00%。安徽省淮河以北区域比较缺水，而长江以南区域水资源量比较充足，淮北平原风险较高的区域集中在北部地区，江淮丘陵中高/高风险区集中在滁州市和合肥市，皖西山区风险较高的地区主要集中在六安市，皖南山区风险较高的地区主要集中在黄山市和宣城市，全省农业干旱风险整体呈现东北高西南低的特点。

图4 长江流域各区（县）农业干旱灾害风险等级

2.2 长江流域因旱人饮困难风险分布特征分析

长江流域因旱人饮困难风险分布情况如图5所示，可以看出因旱人饮困难高/中高风险主要分布在贵州省、湖北省、湖南省、四川省和重庆市，共138 个区（县），占比71.88%。图6所示的是长江流域各区（县）因旱人饮困难风险等级，可以看出，因旱临时性饮水困难人口主要分布在传统水利设施薄弱、供水设施分散且规模小的山区。首先山地不适合建造水利基础设施，加之崎岖的地形给输水带来了很大的困难，若区域内无大型水源集中地，发生严重干旱时就会面临严峻的饮水问题。其中，四川省因旱人饮困难高风险区分布在宜宾市和南充市，中高风险区零散地分布在雅安市、南充市和甘孜藏族自治州等地，中高/高风险区占全省区（县）总数的12.57%；重庆市因旱人饮困难高风险区有巴南区、綦江区、南川区、忠县等地，中高风险区分布在重庆市西南部；贵州省铜仁市、遵义市和黔东南州部分区（县）因旱人饮存在高风险，中高风险区分布在毕节市、遵义市和黔东南州等地；湖南省因旱人饮困难高风险区主要在常德市、怀化市和衡阳市等地，中高风险区分布范围较广，分布在郴州市、益阳市、湘西州、永州市和娄底市等地，中高/高风险区占全省区（县）总数的29.51%；湖北省黄冈市、宜昌市和恩施土家族苗族自治州部分区（县）因旱人困难等级为高风险区，十堰市、鄂州市、孝感市、咸宁市部分区（县）为中高风险区，中高/高风险区占全省区（县）总数的25.24%。

图5 长江流域因旱人饮困难风险分布图

图6 长江流域各区（县）因旱人饮困难风险等级

2.3 长江流域干旱灾害综合风险分布特征分析

综合考虑农业干旱灾害和因旱人饮困难，对干旱灾害综合风险进行等级划分，中高/高风险区主要分布在贵州省、湖北省、湖南省、四川省和云南省，共122 个区（县），占所有中高/高风险区（县）的63.54%，如图7 所示。图8 所示的是长江流域各区（县）干旱灾害综合风险分布情况，可以看出，四川盆地、滇中高原、黔中地区、衡邵干旱走廊、吉泰盆地、鄂北岗地和鄂中丘陵区、湘南地区等传统干旱区普遍风险等级较高，这些地区也正好是2022年长江流域干旱严重区域。对于长江流域干旱灾害风险较高的地区，要做好应对长时间干旱的准备，及时摸清旱区缺水状况，科学调度水利工程，落实抗旱预案，确保群众饮水安全，保障大牲畜饮水和农作物时令灌溉用水需求。

图7 长江流域干旱灾害综合风险分布图

图8 长江流域各区（县）干旱灾害综合风险等级

3 结 论

（1）长江流域农业干旱灾害高/中高风险主要分布在四川省、湖南省、湖北省、江西省和云南省，占高/中高区（县）总数的58.85%。江西省和四川省的中风险区（县）较多，占中风险总数的37.76%。长江流域不同地区的农业干旱灾害风险等级空间上呈现出较大的差异性。

（2）长江流域因旱人饮困难高/中高风险主要集中在贵州省、湖北省、湖南省、四川省和重庆市，占高/中高区（县）总数的71.88%。在传统水利设施薄弱、供水设施分散且规模小的山区，发生严重干旱时将会面临严峻的饮水问题。

（3）综合考虑农业干旱灾害和因旱人饮困难，长江流域干旱灾害综合中高/高风险区（县）主要分布在贵州省、湖北省、湖南省、四川省和云南省等部分区（县），占所有中高/高风险区（县）总数的63.54%。四川盆地、滇中高原、黔中地区、衡邵干旱走廊、吉泰盆地、鄂北岗地和鄂中丘陵区、湘南地区等传统干旱区普遍风险等级较高，与2022年长江流域干旱严重区域相吻合。