变化环境下干旱灾害风险评价与综合应对

变化环境下干旱灾害风险评价与综合应对我国位于大陆季风气候区,加以三级阶梯地形条件,决定了我国干旱广发、频发的背景。在当前变化环境下,干旱问题愈演愈烈,一方面,气候变化导致干旱事件发生的频度、强度日趋增强；另一方面,社会经济发展导致干旱灾害的暴露性和脆弱性急剧增加。干旱灾害已成为我国社会经济发展和生态文明建设的关键障碍,也是气候变化和自然灾害应对的“主战场”.。考虑到干旱灾害的致灾因子、承灾体和孕灾环境均在动态变化,且具有多时空尺度特征和随机性；同时历史规律与未来发展情势也不尽相同,历史规律反映的是重现特性,不能完全指导未来风险应对,因此为满足下一步及未来社会经济发展与水安全保障需求,需要从风险视角,系统回答“如何评价?过去怎么变?将来如何变?如何应对?”等四大实践需求问题。

本文以滦河流域为靶区,基于分布式水文模拟和区域供需水特性,从水资源系统的角度评价滦河干旱事件及其强度、影响范围和频度的时空变化特征,并在此基础上,综合灾害风险形成的“四因子说”和灾损拟合,提出干旱灾害风险评价方法,对滦河流域干旱灾害风险进行评价,并识别风险时空变化特征；基于统计分布特征,提出气候模式适用性评价方法,并结合干旱灾害风险评价方法和相对最优模式预估未来干旱灾害风险；根据未来干旱灾害风险预估结果,基于三层风险评价提出滦河流域干旱综合应对策略。所得到的主要结论如下：(1)1973-2012年期间滦河流域轻微和中度干旱面积呈现出显著的上升趋势,而严重和极端干旱面积则表现出不显著的下降趋势。干旱情势整体上表现出“增-减-增”的特征,其中,1981-1990年和2001-2012年流域干旱形势较为严峻,约为其他年代的

1.3-1.4倍；从分布上看,干旱事件主要集中在中游冀北山地丘陵区,如隆化、滦平、承德、宽城等；从强度上看,干旱事件以轻微干旱和中等干旱为主,其中,轻度和中度干旱发生频率在20%以上的耕地面积分别为6305km2和3937 km2,占总耕地面积的61.5%和38.4%。(2)滦河流域干旱灾害风险相对较高的地区主要位于上游的沽源县、丰宁满族自治县、多伦县、围场满族蒙古族自治县,中游的隆化县、承德县和平泉县。

中游右岸地区和下游平原地区干旱灾害风险相对较低。流域干旱灾害风险整体严峻,位于中等及以上干旱灾害风险区的耕地面积占总耕地面积的65%。近20

年来,流域干旱灾害风险呈现出“高者降低,低者升高”的特点,其中,土地利用/覆被变化导致约30%的耕地干旱灾害风险等级增加1级,中高及以上等级风险区面积增加了14.2%。(3)在未来气候变化影响下,中风险区和高风险区的面积有所扩张,在中游左岸地区(承德以北)尤为明显。

具体而言,在未来预估时段,位于中风险区的耕地面积为1996-3203 km2,占总耕地面积的18.2-29.2%,是历史时段的1.4-2.1倍,位于高风险区的耕地面积为3576-3711 km2,占总耕地面积的29.8-33.8%,是历史时段的1.9-2.2倍。总体干旱灾害风险较历史时段更为严峻,中等及以上干旱灾害风险区的面积较历史时段增加了19.1-29.8%。流域内分别有27.1-44.5%的耕地干旱灾害风险等级增加了1个等级,有7.5-11.8%的耕地干旱灾害风险等级增加了2-3个等级,风险增加的地区主要分布在承德、隆化、滦平、遵化等地区；约一半的耕地风险等级并没有发生变化,主要集中在上游地区和下游左岸地区。(4)滦河流域干旱灾害风险应对的重点区域在上游和中游左岸地区,在对地势和坡度相对不适宜农田开垦的地区实现生态恢复的基础上,对种植规模进行控制,能将中高等级以上风险区面积减少39.5%,干旱背景下调控区作物产量总价值量增加3.1%；在上述调控措施的基础上,以考虑区域径流潜力为前提,通过水利工程的建设,将调控区保灌田总面积增加9.1%后(主要集中在隆化、承德东部和宽城),能将中高等级以上风险区面积进一步减少21.6%,干旱背景下调控区作物产量总价值量进一步增加3.0%。

本文创新点主要有以下3个方面：(1)在干旱灾害风险评价中,对于干旱事件的评价是结合水文模拟结果、需水分析结果与Palmer旱度模式构建了干旱评价模型,能够综合反映水分亏缺和持续时间对干旱程度的影响；对于灾害风险的评价考虑了农业系统核心因子——作物损失状况,并综合灾害风险“四因子说”和灾损拟合构建干旱灾害风险评价模型,能更为客观地描述区域干旱灾害风险。(2)在干旱灾害风险预估中,基于气候模式输出数据概率分布特征,对多模式进行比选,并对未来预估结果进行拼插,形成相对最优气象要素预估数据集,并将其用于未来干旱灾害风险预估,较传统多模式平均的方式而言,更适用于未来极端事件的预估。(3)在干旱灾害风险应对中,研究采用“层层剥笋”的形式,并结合风险因子的可调控特性,将社会经济系统的自适应性能与工程体系建设相结合,分层明晰风险应对的重点区域与重点环节以及区域需承受的干旱灾害风险。