（水文学及水资源专业论文）区域干旱风险管理研究.pdf

山东大学硕上学位论文 摘要 干旱是一种常见的自然灾害，同时具有自然和社会属性。随着人类社会的进步 和发展，干旱带来的危害越来越大，它是未来人类所必须关注的灾害之一。 以往干旱常被视为极值事件，属于突发事件的范畴。由此形成的干旱应对模式 也属于应急性的，即危机管理模式，其更多侧重于灾害发生后的应急管理和灾害恢 复，很少在干旱发生前作出有效反应，没有从根本上降低干旱发生的可能性及随后 可能的损失和影响。因此，社会总是从“一次干旱灾害走向下一次干旱灾害”。而实 际上，干旱灾害不只是“一次性突发事件”，过去干旱经常发生，未来也必将经常发 生。干旱本身是一种风险，一直存在于我们身边，属于社会常态问题。在一定的情 况下这种风险将会转化为灾难性的损失。 ， 随着干旱对社会可持续发展造成的影响越来越大，频繁发生的严重干旱灾害使 人们认识到危机管理模式在应对干旱及反应方面的不足。这就促使我们将工作重点 更多的放在干旱发生前的预防和准备工作上来，以寻求一种更为积极的干旱管理方 式，即干旱风险管理模式。 风险管理最早起源于商业领域，并且已经在企业经营管理中得到了很好的应用 和发展。企业风险管理是指企业运用各种金融或非金融的工具和手段，按照一定的 方法和程序对风险进行评估、监测和控制，以降低风险、规避风险、消除风险或减 少风险，其目的是要将风险可能造成的影响和损失控制在可接受范围内。 本文将风险管理引入区域干旱管理中来，提出了区域干旱风险管理理念。区域 干旱风险管理是指政府和各职能部门运用各种手段，按照一定的方法和程序对干旱 风险进行评估、监测和控制，以降低干旱发生的可能性，并将干旱可能造成的影响 和损失控制在可接受范围内的一种管理模式。区域干旱风险管理强调在干旱灾害发 生前着手准备、监测和预测和干旱的发生、并确定相应的抗旱措施，目的是降低随 后而来的干旱事件的影响。其主要流程可分为三个步骤：干旱风险评估、干旱监测 及预测和干旱风险控制。本文将该管理模式应用于济南市和山东省的干旱管理工作 中，分别对其各自干旱风险进行评估，建立监测和预测体系以监测干旱的发生发展、 预测评价干旱趋势，并提出有针对性的降低干旱风险的措施，力求降低干旱发生的 可能性，并将随后的损失和影响控制在可接受的范围。 关键字；干旱；风险；评估；预测；控制 i l l 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t s w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec i t y t h ed r o u g h tp r o b l e mh a sb e c o m et h e s e r i o u sp r o b l e mw h i c ht h r e a t e n st h eh a r m o n i o u sd e v e l o p m e n to ft h es o c i e t y a n de n v i r o n m e n t d r o u g h ti sn o to n l yan a t u r ep h e n o m e n o nb u tas o c i a lp r o b l e m r e f e r r e dt om a n ya s p e c t s ，s u c ha si n d u s t r y ，a g r i c u l t u r e ，d a il y1i v e s s o ， h o wt or e d u c et h ee f f e c t sa n dt h el o s sb r o u g h tb yt h ed r o u g h th a sb e c o m ea h o ti s s u e i nt h ef u t u r e ，t h eh a r mb r o u g h tb yd r o u g h tw i l lb ei n c r e a s e d i t w i l lb eo n eo ft h ed i s a s t e r st h a tw es h o u l dp a ym o r ea t t e n t i o ni nt h ef u t u r e f o r m e r l y ，d r o u g h tw a so f t e ns e e na s a no c c a s i o n a l c a s e s ot h er e c i p r o c a l m a n a g e m e n ti sc r i s i sm a n a g e m e n tw h i c hh a db e e np r o v e dt ob ei n e f f i c i e n t o n e t h i n gw em u s tk n o wi st h a td r o u g h ti sar i s k ，a n dt h i sr i s ke x i s t sa ta 1 1 t i m e s r i s km a n a g e m e n tw a sf i r s tp r e s e n t e db yt h ew e s ts c h o l a ri ne c o n o m i ca r e a t h er i s km a n a g e m e n to fe n t e r p r i s ei st om o n i t o ra n df o r e c a s te c o n o m i cr i s k a n dt h e nf i n de f f e c t i v em e a s u r et od e c r e a s ee c o n o m i cr i s k r i s km a n a g e m e n ti si n t r o d u c e dt od r o u g h tm a n a g e m e n t a n dt h ec o n c e p to f d r o u g h tr i s km a n a g e m e n ti sp r e s e n t e dt or e p l a c ec r i s i sm a n a g e m e n t d r o u g h t r i s km a n a g e m e n tf o c u s e so nt h ef o r e c a s ta n dp r e v e n t i v ew o r k b e f o r et h e h a p p e n i n go fd r o u g h t t h eg o a lo ft h er i s km a n a g e m e n ti st od e c r e a s et h e p o s s i b i l i t yo fd r o u g h ta n dp o t e n t i a ll o s tb r o u g h tb yd r o u g h tt oam i n i m u m d e g r e e t h r e es t e p ss h o u l db ed o n ei nt h er i s km a n a g e m e n t ( 1 ) t oe v a l u a t et h er i s ko fd r o u g h t ( 2 ) t om o n i t o ra n df o r e c a s td r o u g h t ( 3 ) t od e c r e a s et h er i s ko fd r o u g h tt h r o u g has e r i e so fm e a s u r e i nt h i sp a p e r ，t h em o d eo fd r o u g h tr i s km a n a g e m e n ti sa p p l l e dt ot h e d r o u g h tm a n a g e m e n to fs h a n d o n ga n dj i n a n k e yw o r d s ：d r o u g h t ：r i s k ：f o r e c a s t ：e v a l u a t e 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：蓥垫丞日期：丝：! ：三! f7 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：殖蜜丞导师签名：论文作者签名：习宣垄! 丛导师签名：链嗍： 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究背景 干旱缺水是近几年全球面i 临的一个非常重要的环境问题。据世界银行最新提供 的报告，世界上近4 0 的人口难以保证有足够的洁净用水，水资源短缺问题日益严重。 其实，早在上世纪7 0 年代初就曾发生过世界性的干旱灾害。随着世界经济和人口的 不断增长，干旱缺水问题越来越突出。据估算，全球每年因干旱造成的经济损失高 达6 0 一8 0 亿美元。与此同时，各地的水质却在急剧恶化，可利用的水资源越来越少， 特别是在非洲、亚洲中部和南部、美国西部、中东等地区，水资源已处于供不应求 的状态。对此，联合国曾在一份报告中指出：干旱缺水问题将严重地制约2 l 世纪世 界经济和社会的发展，并可能导致国家间的冲突。一些环境和资源学家也指出：不 远的将来，水缺乏将成为地球环境方面最大的难题。 我国地处东亚，季风气候明显，逐年之间季风的不稳定性造成了我国干旱的频 繁发生，干旱成为对我国农业生产影响最严重的气象灾害。我国的干旱问题由来已 久，历史上的旱灾不计其数。据不完全统计，从公元前2 0 6 年到1 9 4 9 年的2 1 5 5 年 间，我国发生过较大的旱灾有1 0 5 6 次，平均每两年就发生一次大旱。新中国成立后， 政府十分重视抗旱工作，修建了大量的蓄水、灌溉工程，使干旱得到了某种程度上 的控制。2 0 世纪7 0 年代以来，由于社会经济的迅速发展，对水的需求量剧增，致使 干旱灾害频繁发生，并有进一步加重的趋势。据1 9 4 9 - 1 9 9 9 年的统计，全国平均每 年受旱面积约2 1 5 9 3 万公顷，约占各种气象灾害面积的6 0 ，因旱灾每年损失粮食 1 0 0 亿公斤。其中，1 9 5 9 1 9 6 1 年三年连旱，受早面积达1 0 9 8 0 万公顷，减产粮食6 1 1 5 亿公斤。干旱缺水对城市的影响也是日益严重，中国现在有6 6 7 个城市，其中有4 0 0 个缺水，比例高达7 0 多，严重缺水的城市有1 1 0 个，城市年缺水总量达6 0 亿立方 米，每年因缺水造成工业产值的损失有几百个亿。相比较而言，北方城市由于地处 干旱或半干旱地区，干旱情况比南方要严重的多。在日益严重的干旱影响下，地下 水已经成为众多北方城市唯一或主要的供水源。例如，山东省的城镇工业及生活用 水中，地下水供水比例高达9 5 ：在内蒙古自治区首府呼和浩特市，地下水已经是唯 一的供水水源。然而，持续高强度地过量开采地下水，必将造成地下水位的不断下 降，进而导致地面沉降和海水入侵，并由此带来地下水质污染、土壤盐渍化、植被 退化等严重的生态环境问题。目前，全国已经有7 0 多个城市因为地下水超采而引发 山东大学硕士学位论文 了地面沉降，沉降有的达到2 0 多米。从全国范围看，干旱成灾面积逐渐扩大，出现 频次越来越高，并且有逐渐向湿润地区曼延的趋势，干旱给社会经济及环境带来的 负面影响也越来越大。因此开展区域干旱研究，降低旱灾风险，以减少干旱带来的 损失已变得刻不容缓。 要解决区域干旱问题，必须改变以往对干旱的认识及相应的危机管理模式，引 入更为积极的管理模式，即干旱风险管理模式。其中包括：对干旱风险进行有效评 估；建立干旱监测及预测评价体系，监测干旱的发生，预测评价未来时段的干旱状 态，及时向社会各个部门通报干旱的信息：在干旱风险评估和干旱监测、预测的基 础上，采取合理、可行，有效的降低干旱风险的工程和非工程措施，降低干旱发生 的可能性及可能的影响和损失。 1 2 国内外研究现状及存在的主要问题 1 2 1 干旱的内涵及分类 长期以来，由于受到传统专业划分的限制，不同的部门、行业( 如大气科学、水 文学、农业学、生态学、系统工程等) 基于不同的角度，从实际工作领域去认识干旱 问题，提出了不同的干旱定义。因此目前对干早存在着不同的理解，对干旱也没有 一个统一的定义。 一般意义上干早是指区域内某一时段由降水和蒸发收支不平衡造成的异常气象 现象。在蒸发量一定的情况下，干旱可以理解为少雨的异常天气。干旱实际上是一 种正常的，气候周期性变化的自然现象，多由时段内自然降水的减少引起。可以看 出这是一个气象学上的定义。 而从根本上，干旱的内涵是人类对水资源收与支或供与求不平衡而形成的水资 源短缺现象的描述。对人类社会来说，特别是在科学技术并不发达的时期，降雨的 多少又决定了水资源收与支或供与求不平衡是否发生。因此，最初干旱的定义总是 和降水的减少联系在一起。随着社会的进步和科技的发展，人类社会对自然界的影 响不断扩大，干旱的内涵及定义也在不断的发展和拓宽。在不同的领域和学科，人 类对水资源收与支或供与求不平衡而形成的水资源短缺现象的描述必然不同，因而 产生了各个不同种类干旱的定义。尽管按不同的角度把各种干旱加以区分很有意义， 但随着各学科之间的相互渗透及边缘学科的发展，其中的界限却往往十分模糊。目 i i 将诸多干旱定义归纳为气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱四种类型， 山东大学颂士学位论文 并对这四种类型干旱进行了较为准确的定义。 ( 1 ) 气象干旱：也就是我们通常所说的干旱，是由降水和蒸发的收支不平衡造成的 异常气象现象，属于正常的自然现象。因此对于气象干旱的研究应该属于自然科学 范畴。它不仅可以出现在干旱气候区，而且也可能发生在年平均降水量丰富的湿润 气候区内。需要注意的是气象干旱的发生比较缓慢，强度是逐渐积累的，因此，对 它的描述必须考虑前期降水短缺的影响。同样的降水短缺，时间持续越长，影响越 大。气象干旱主要是由厄尔尼诺、拉尼娜现象或其他原因引起的天气异常而引起。 ( 2 ) 水文干旱：是指河川径流量和蓄水量持续性地较常年偏少，难以满足需水要求 的种水文现象。水文干旱与枯季径流是两个不同的概念。枯季径流是指在枯水期 河流中的径流量，是由于降雨减少以及蒸发增大引起的，在枯季并不一定意味着就 一定发生了干旱。水文干旱主要是由过量的砍伐森林、水土流失、降雨量的减少等 因素而造成。 ( 3 ) 农业干旱：是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，进而导致减产或失收的现象。它涉及到土壤、作物、大气和 人类对资源利用等多方面因素，所以是各类干旱中较复杂的一种。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。农业干旱主要是由降雨量减少、土壤 含水量的缺失、人类的农业活动等因素而造成。 ( 4 ) 社会经济干旱：是指自然系统与人类社会经济系统中水资源供需不平衡造成的 异常水分短缺现象。社会对水的需要通常分为工业需水、农业需水和生活与服务行 业需水。如果需大于供，则就会发生社会经济干旱。从这一角度来看，农业干旱也 是属于社会经济干旱中的一种。它与一个地区的经济水平有着直接的关系。社会经 济干旱的起因是社会经济的快速发展导致了需水量日益增加，可供水量已经不能满 足社会经济的需求。 上述四类干旱中，气象干旱是最普遍和最基本的，大气降水是水资源的主要来 源，它直接影响着地表径流、地下水、土壤水分的短缺程度及作物、人类社会等对 水分需求的满足程度，对其研究属于自然科学领域。而其他类型的干旱定义都可以 看作是水资源短缺现象在其各自领域内反映的描述，或者说是水资源短缺在各自领 域内造成的后果，属于后果型定义。这类干旱必将同时具有自然和社会属性。 同时，四种干旱都有各自的特征，相互之间又有一定的联系。这四种干旱均与 山东大学硕士学位论文 降水有直接的关系，当一段无降水的时期发生后，气象干旱发生。由于没有降水补 给，蒸发不断发生，此时可能土壤含水量减小到一定程度，影响了作物的正常生长， 也就发生了农业干旱。但如果土壤的前期含水量较大，即使发生气象干旱，一段时 间没有降水补给，但蒸发对作物的正常生长不产生负面影响，农业干旱也就不会发 生。可见农业干旱的发生取决于气象干旱发生的时间、地点、作物的类型等等。同 样，水文干旱也并不单一的取决于气象条件，在缺少降水的时期，由于地下水对河 川径流的补给，水文干旱一般滞后于气象干旱，缺少降水对河川径流的影响要过一 段时间后才能体现出来。而社会经济干旱的发生则取决于，气象干旱、水文干旱以 及社会对水的需求。 为方便区域内的干旱管理工作，必须确定一种具有可操作性，适用于干旱管理 的干旱定义，即区域干旱的定义。对于一个特定的区域来说，区域干旱可以理解为 区域内水资源收支或供求不平衡引起的水资源短缺现象及其在各领域内的反映。从 定义来看，区域干旱可能包括气象干旱、水文干旱、农业干旱、以及社会经济干旱， 也有可能包括其中的一种或几种。由此看来，区域干旱的引发因素众多，如降雨的 减少、区域外部水源补给的减少、需水量的增加等都可能引发区域干旱。另外，区 域干旱的特征同区域的自身特征，如自然地理条件、产业结构，水文条件、社会经 济等方面有着密切的联系，因此不同区域的干旱特征是不相同的。由此可见对区域 干旱的研究是一个多元化，涉及多学科的研究课题。 另外，在灾害学研究中，人们通常将干旱看作一种自然灾害，认为其发生过程 缓慢，历时数月或数年，影响范围大，很难确定灾害的开始和结束。干旱灾害的影 响涉及经济、环境和社会各个部门，但很少造成结构物的破坏。而实际上，干旱灾 害不仅仅是一种自然现象，它和人类社会紧密的结合在一起，同时具有自然属性和 社会属性。 1 2 2 区域干旱风险 经济学上风险是指从事某项活动结果的不确定性，这种结果包括损失、盈利、 无损失也无盈利三种情况。近几年，风险被逐步引入到自然灾害研究领域。国际地 科联滑坡研究组风险评价委员会把风险定义为对健康、财产和环境不利事件发生的 概率及可能后果的严重程度。从风险的形成机理来看，风险可以理解为某种外在威 胁利用系统的漏洞( 脆弱性) ，造成系统资产损失大小( 后果) 的潜在可能性。可以 山东大学硕士学位论文 看出风险中的四要素分别为资产( 承灾体) 、威胁( 致灾因子) 、漏洞( 脆弱性) 、 后果。 区域干旱风险可以理解为区域内暴露于干旱下的承灾体，在外部致灾因子扰动 下，由于自身承灾体的脆弱性，所遭受损失的可能性及可能的损失大小。从定义看， 干旱风险包括两层含义，一个是可能性，另一个是可能损失的大小。干旱风险是由 内部和外部因素共同导致的，内部因素是人类活动所导致的脆弱性，外部因素是自 然致灾因子的影响。此外，干旱风险虽然只是一种可能性，但在一定的条件下最终 将表现为干旱发生的后果，即干旱带来的不同程度损失。 以往干旱常被视为极值事件，属于突发事件的范畴。由此形成的干旱应对模式 也属于应急性的，即危机管理模式，其更多侧重于灾害发生后的应急管理和灾害恢 复，很少在于旱发生前作出有效反应，没有从根本上降低干旱发生的可能性及随后 可能的损失和影响。因此，社会总是从“一次干旱灾害走向下一次干旱灾害”。 而实际上，干旱灾害不只是“一次性突发事件”，过去干旱经常发生，未来也 必将经常发生。干旱本身是一种风险，一直存在于我们身边，属于社会常态问题， 在一定的情况下这种风险将会转化为灾难性的损失。随着干旱对社会可持续发展造 成的影响越来越大，频繁发生的严重干旱灾害使人们认识到危机管理模式在应对干 旱及反应方面的不足，这就促使我们将工作重点更多的放在干旱发生前的预防和准 备工作上来，以寻求一种更为积极的干旱管理模式来应对干旱的威胁，即干旱风险 管理模式。 干旱风险管理强调在干旱灾害发生前着手准备，监测和预测和干旱的发生，并 确定相应的抗旱措施，其目的是降低随后而来的干旱事件的影响。 1 3 本文研究目的和研究内容 1 3 1 本文研究的目的 人类的各项活动都离不开水，而我国又是一个非常缺水的国家，目前我国的人 均水资源占有量为2 2 0 0 立方米，为世界平均水平的i 4 ，居世界第1 2 1 位。全国基 本上两年左右就发生一次较大的旱灾，平均每年缺水量约3 0 0 亿至4 0 0 亿立方米， 缺水总量相当于三峡水库蓄水至1 7 5 米的总库容，其中城市年缺水6 0 亿立方米，由 此造成我国每年工业产值减少2 3 0 0 亿元。干旱缺水已成为我国经济社会全面、协调、 可持续发展的重大制约因素。然而面对干旱缺水的严峻形势，由于缺少有效的应对 山东大学硕士学位论文 策略和措施，致使干旱造成的损失和影响逐年增大。 山东省是人口大省，人口接近全国的1 1 3 ，而全省人均水资源占有量只有3 3 5 立方米，不到全国人均占有量的1 6 ，低予国际公认的人均5 0 0 立方米的极度缺水标 准。近年来，随着社会经济的发展，废污水排放量增加，河流水质变的越来越差， 更加重了供水紧张的局面，许多地方面临供水危机。据调查，全省5 0 以上的城市 存在程度不同的供水不足问题，并且多数表现为资源性缺水，如济南、青岛、烟台、 威海等。2 0 0 2 年，全省遭受了严重的三季连旱，全省有6 5 个县市缺水，日缺水量达 1 0 8 万立方米。除青岛、烟台、威海、潍坊、日照等城市供水能基本保证外，其余城 市都不同程度缺水，部分城市出现了严重的供水不足。干旱对城市的各个方面都造 成了一定的影响。据预测，今后一个时期山东省又将进入新一轮较长的气象干旱期， 而各个城市需水量仍将保持持续增长的趋势，因此由水资源供不应求而导致的干旱 缺水在所难免，必将给山东省带来更大的损失。因此，将风险管理引入山东省和省 内各城市的干旱管理中，全面评估干早风险，建立干旱监测和预测体系，监测干旱 的发生发展，并预测评价未来时段的干早，在干旱发生前采取有效措施降低干旱发 生的可能性及随之而来的损失，就成为一项十分紧迫的任务。 1 3 2 本文主要研究内容 本文针对干旱发生区域的特定性，提出了区域干旱定义，将风险管理引入干旱 的管理，并将该管理模式应用于济南市和山东省的干旱管理中。具体研究内容如下。 ( 1 ) 山东省和济南市的干旱风险评估。评价发生干旱时暴露于干早下各个部门 和社会生活的各个方面，评估干旱对其影响，并做出排序，列出最应该引起关注的 干旱影响，并在此基础上量化干旱风险的大小，寻找引发干旱风险的主要因素。 ( 2 ) 山东省和济南市的干旱监测及预测评价。建立干旱监测体系，随时监测各 类干旱的发生，发展，及时向公众发布干旱通报；根据区域干旱发生的机理，建立 区域干旱预测评价模型，预测评价未来时段的干旱状态，为抗旱工作服务。 ( 3 ) 山东省和济南市的干旱风险控制措施研究。根据干旱风险评估的结果，采 取一系列有效措施降低干旱风险，力求将未来干旱带来的损失降低到可接受的范围 内。 山东大学硕士学位论文 第二章区域干旱风险管理简介 区域干旱风险管理是指政府和各个部门运用各种手段，按照一定的方法和程序 对干旱风险进行评估，同时监测干旱的发生和发展，预测未来时段的干旱状态，在 此基础上采取有效措施控制干旱风险，力求将干旱可能造成的影响和损失控制在可 接受范围内的一种管理模式。干旱风险管理是一项系统工程，包括风险规划、风险 监测、风险评估、风险控制( 紧急状况的管理) 以及灾害恢复等多个环节，其中风险 真正发生时的应急手段只是风险管理的一部分。对干旱风险管理的研究方法以自然 科学为主，同时要涉及部分社会科学和管理科学，在具体实施过程中则需要社会多 个部门的共同参与。 2 1 区域干旱风险评估 区域干旱风险可以理解为区域内暴露于干旱下的承灾体，在外部致灾因子扰动 下，由于自身的脆弱性，所遭受损失的可能性及可能的损失程度的大小。因此，区 域干旱风险评估的任务就是明晰发生干旱时暴露于干旱下各个部门和社会生活的各 个方面，确定引发干旱的自然致灾因子，分析承灾体的脆弱性，预测干旱造成的影 响和损失，并通过数学方法合理量化风险的大小，同时确定造成各部门、地区和人 口风险的主要原因，即干旱风险的主要影响因素，从而寻求降低风险的有效途径。 2 1 1 干旱致灾因子分析 干旱致灾因子分析的任务是明晰可能引发干旱的所有外部自然因素。一般来说， 导致区域干旱的主要自然因素是偶然性或周期性降水减少，区域外部水源补给的非 正常性减少。 2 1 2 干旱承灾体脆弱性分析 人类活动引起的承灾体脆弱性是造成干旱灾害的一个不可忽视原因。脆弱性是 指承灾体易于受到干旱损害的性质，即对干旱破坏和影响的敏感性，或者说是人类 生产活动引发的干旱倾向。自身水资源的匮乏、水资源管理水平的低下以及产业结 构的不合理造成对水资源过高需求是导致脆弱性的主要原因。干旱承灾体脆弱性分 析的主要任务是分析承灾体内部不合理的因素，确定急需解决的问题和漏洞，为后 面的干旱风险控制服务。 2 1 3 干旱影响特征分析 区域干旱带有明显的社会属性。由于自身区域及人类活动的特点，不同区域在 7 山东大学硕士学位论文 遭受干旱时所受的影响以及程度是不同的。干旱特征分析的任务是分析区域内干旱 的影响和损失特征。其中包括( a ) 对过去的干旱影响进行评价，确定历史上最严重 的干旱事件，在此基础上预测近期发生类似干旱将会造成什么影响。( b ) 综合分析 历史干旱的影响及特征。对干旱影响进行排位，确定最需要给予重视的干旱影响。 2 1 4 干旱风险度量 对干旱风险做出可靠的度量可以提高风险管理的效率，更好的为抗旱准备工作 服务。传统观点认为，灾害风险本质上是指灾害的量级、时间等不确定性的概率分 布。因此干旱灾害风险评估的主要问题，就是寻找科学的途径去进行有关概率分布 的估计。通常是根据历史灾害事件记录和有限的数学、物理分析手段对有关规律做 出较粗糙的估计。首先，这种概率风险分析方法对历史干旱灾害资料样本要求很高， 在样本个数不足的情况下，分析结果将会极不稳定，甚至会与实际风险情况相差甚 远。此外，干旱的发生是由干旱致灾因子和承灾体共同作用导致的。致灾因子和承 灾体的性质均影响到干旱灾害的概率分布，而干旱致灾因子和承灾体的性质又是不 断变化的，仅仅根据历史资料要合理地估计出干旱灾害概率风险并非易事。事实上， 当灾害发生机理较为复杂或资料样本信息不足时，依据历史干旱灾害资料的概率统 计方法存在一定局限性。更合理的风险度量方法应是将干旱灾害样本看作独立的系 统，深入研究其成因机理，建立干旱风险度量模型，对干旱风险进行合理量化，并 寻求引发干旱风险的主要因素。 2 1 5 干旱风险影响因素分析 干旱风险影响因素分析的主要任务是确定引发干旱风险的主要因素。由干旱风 险的成因机理可以看出，干旱灾害风险大小取决于干旱致灾因子的危险性、承灾体 的脆弱性。对于不同地区或者不同时期内的同一地区，即使风险值相等，引发风险 的主要因素也可能各不相同，降低风险所采取的措施也不应该相同。因此有必要对 风险评估结果进行综合分析，寻求引发区域干旱风险的主要因素，为后面的干旱风 险控制工作服务。 2 2 干旱风险的监测及预测评价 干旱监测和预测是抗旱工作中重要的一个环节，密切监测干旱的发展状况并预 测未来干旱的强度和趋势可以更好的指导抗旱工作，使之更有针对性和有效性。气 象部门和水利部门应该紧密合作，成立干旱工作组，建立干旱的监测和预警系统， 山东大学硕士学位论文 密切监测区域干旱状况，做好抗旱的准备工作。 2 2 1 区域干旱监测 区域干旱可以理解为区域内水资源收支或供求不平衡引起的水资源短缺现象及 其在各领域内的反映。因此区域干旱可能包括气象干旱、水文干旱、农业干旱以及 社会经济干旱。区域干旱监测的任务是在充分理解干旱内涵的基础上，应用不同的 干旱指标对各类干旱进行监测。对各类干旱的发生和发展进行描述和预警，及时向 社会发布准确可靠的干旱通报。其中干旱指标是反映干旱成因和程度的量度，是开 展干旱监测、预警及评价工作的基本依据，也是建立干旱监测、预警系统的技术关 键。不同领域有不同的反映各自干旱程度的指标。 2 2 2 区域中长期干旱预测评价 区域中长期干旱预测评价的任务是在气候和区域水供需系统监测的基础上，预 测评价区域未来某一时段水资源的充沛程度，并及时向区域各部门发布水资源状况 信息，及时做好抗旱准备，以减轻干旱带来的影响。在评价水资源的状况和未来干 旱状态时必须综合考虑气候和区域水供需系统中的各因素，如降雨、长期气象预报、 土壤含水量、河道流量、地下水水位、水库和湖泊水位等。并根据其预测评价结果， 建立一套反映干旱程度的描述性术语，如“湿润”、“轻微干旱”、“干旱”和“极度 干旱”，以指导区域内水资源管理工作。 2 3 区域干旱风险控制 结合区域自身特征，依据风险评估所得出的引发风险的各个因素，提出有针对 性的降低风险的策略和措施。制定短期紧急应对方案和和长期减灾计划，提高区域 应对干旱的能力，逐步将干旱风险控制在可以接受的范围内。不同的区域，引发干 旱风险的主要因素是不同的，干旱的影响也不尽相同，因此干旱风险控制的措施也 不相同。 2 4 小结 本文以将该区域风险管理程序应用于山东省和济南市的干旱管理中，对干旱风 险进行有效评估；同时建立干旱监测预测体系，监测干旱的发生和发展，并预测评 价未来时段干旱的状态，及时向社会各个部门通报干旱的信息，提前准备抗旱工作； 在干旱风险评估和干旱监测、预测的基础上，制定出合理、可行、有效的降低干旱 风险的对策，力求将干旱带来的损失降低到可接受的范围内。 下面的章节中将分别对干旱风险评估，风险监测及预测评价的具体过程进行重点 介绍。 1 0 山东大学硕士学位论文 第三章区域干旱风险评估 区域干旱风险评估的任务是明晰发生干旱时暴露于干旱下各个部门和社会生 活的各个方面；分析引发干旱的自然致灾因子；分析承灾体的脆弱性；预测干旱造 成的影响和损失；通过数学方法合理量化风险大小；确定造成各部门、地区和人口 风险的主要原因，即风险主要影响因素；并寻求降低风险的有效途径。 3 1 干旱致灾因子分析 干旱致灾因子分析的任务是明晰可能引发干旱的所有外部自然因素。一般来说， 导致区域干旱的主要原因有两个，一个是由于是偶然性或周期性的降水减少，另一 个是由于区域外部水源补给量的减少。 3 2 干旱承灾体脆弱性分析 人类活动引起的承灾体脆弱性是造成干旱灾害的一个不可忽视原因。脆弱性是 指承灾体易于受到干旱损害的性质，即对干旱破坏和影响的敏感性，或者说是人类 生产活动引发的干旱倾向。自身水资源的匮乏，产业结构的不合理等因素造成对水 资源过高需求是导致脆弱性的主要原因。干旱承灾体脆弱性分析的任务是分析承灾 体内部不合理因素，确定急需解决的问题和漏洞，为后面的干旱风险控制服务。 3 3 干旱影响特征分析 区域干旱带有明显的社会属性。由于自身区域及人类活动的特点，不同区域在 遭受干旱时所受的影响以及受损程度是不同的。干旱特征分析的任务是分析区域内 干旱的影响和损失特征。其中主要内容包括( a ) 对过去的干旱影响进行评价，确定 历史上最严重的干旱事件，在此基础上预测近期发生类似干旱将会造成什么影响。 ( b ) 综合分析历史干旱的影响及特征。对干旱影响进行排位，确定最需要给予重视 的干旱影响。 3 4 干旱风险度量 3 4 1 干旱风险度量的研究现状 对干旱风险做出可靠的度量可以提高风险管理的效率，更好的为抗旱准备工作 服务。传统观点认为，灾害风险本质上是指灾害的量级、时间等不确定性的概率分 布。因此干旱灾害风险评估的主要问题，就是寻找科学的途径去进行有关概率分布 的估计。通常是根据历史灾害事件记录和有限的数学、物理分析手段对有关规律做 出较粗糙的估计。首先，这种概率风险分析方法对历史干旱灾害资料样本要求很高， 山东大学硕士学位论文 在样本个数不足的情况下，分析结果将会极不稳定，甚至会与实际风险情况相差甚 远。此外，干旱的发生是由干旱致灾因子和承灾体共同作用导致的。致灾因子和承 灾体的性质均影响到干旱灾害的概率分布，而干旱致灾因子和承灾体的性质又是不 断变化的，仅仅根据历史资料要合理地估计出干旱灾害概率风险并非易事。事实上， 当灾害发生机理较为复杂或资料样本信息不足时，依据历史干旱灾害资料的概率统 计方法存在一定局限性。更合理的风险度量方法应是将干旱灾害样本看作独立的系 统，深入研究其发生成因机理，建立于旱风险度量模型，对干旱风险进行合理量化， 并寻求干旱风险的主要影响因素。 3 4 2 基于干旱风险形成机理的风险度量模式 干旱风险可以理解为暴露于干旱下的承灾体，在外部致灾因子扰动下，由于自 身承灾体的脆弱性，所遭受损失的可能性及可能的损失大小，而由此产生的干旱灾 害是承灾体脆弱性( 长期的、缓慢的) 在干旱致灾因子触发下表现出来的剧烈反映 过程。由该定义可以看出，干旱风险的大小与两个因素有关：致灾因子危险性和承 灾体脆弱性的大小。由此建立干旱风险模型 d 肼= 观尼+ d 艘 ( 3 1 ) 式中：d h r 一干旱致灾因子强度值； v u l 一承灾体脆弱性指数： d r i 一干旱风险指数。 下面分别介绍致灾因子的危险性和承灾体脆弱性的度量方法。 ( 1 ) 干旱致灾因子危险性度量 干旱的致灾因子危险性包括致灾强度和频率两方面。对特定区域来说，导致干 旱的主要外部自然因素是区域水资源自然补给量不足，其主要影响因素为降雨量和 客水补给量。干旱致灾因子分析的任务是分析引起区域干旱的致灾因子危险性( 强度 与频率) ，进而对其强度和频率分别进行合理量化。 ( a ) 区域干旱致灾因子强度指数计算 ，；三二( 3 2 ) f p h i2 1 0 ( 3 3 ) 式中：，一年降雨量： 山东大学硕士学位论文 f 一多年平均降水量； 盘御一干旱致灾因子强度值。 删大，表明致灾因子强度越强，越有可能引发干旱灾害。( 仅考虑r7 为负值 的情况下，当，7 为正时，令d h i = o ) ( b ) 致灾因子频率计算 设致灾因子强度样本总数为1 7 ，1 ；为任意一千早致灾因子强度值，其中大于，；的 样本个数为m 。则致灾因子强度i ，出现频率为 只= p ( t ，。) = 竺1 0 0 ( i - - - 1 ，2 ，3 ，”) ( 3 4 ) 重现期为 = ( 3 5 ) ( 2 ) 承灾体脆弱性的量化 脆弱性是一种对承灾体敏感性和适应性( 应对能力) 的复合度量。其中敏感性 是承灾体对致灾因子扰动的敏感程度，适应性是指承灾体自身能够降低其脆弱性的 能力。对致灾因子干扰敏感，但适应能力强的承灾体，它的脆弱性小，致灾因子对 它造成的损害较小；反之，对致灾因子干扰敏感，而适应能力弱的承灾体，脆弱性 大，致灾因子对它造成的损害较大。简言之，脆弱性与敏感性正相关，与适应性负 相关。目前对脆弱性的评价一般采用指标体系评价法对其量化，具体步骤如下。 ( a ) 区域干旱承灾体脆弱性指标体系的建立 本文结合从敏感性和适应性两个方面选取不同的指标，利用德尔菲法确定各指 标权重，分别建立敏感性指标体系和适应性指标体系，组成脆弱性评价指标体系。 本文建立的区域承灾体敏感性和适应性指标评价体系见表3 - 1 ，3 - 2 。 山东大学硕士学位论文 表3 1区域干旱承灾体敏感性指标体系 指标名称单位上限 下限权重( 1 0 0 ) 区域人均水资源量人( m 3 ) u p1 i m i t l o w e r1 i m i t 4 区域地下水水位( m ) u p1 i m i t l o w e r1 i m i t 4 区域森林覆盖率( )( ) u p1 i m i t l o w e r1 i m i t 4 区域第三产业产值比率( ) u p1 i m i t l o w e r1 i m i t 4 区域日用水量( 区域年用水量) ( 1 0 4 m 3 )u p1 i m i tl o w e r1 i m i t 4 表3 2 区域干旱承灾体适应性指标体系 指标名称单位上限 下限权重( 1 0 0 ) 区域水库调蓄能力 ( 1 0 8 m 3 ) u pl i m i t l o w e r1 i m i t 骂 区域水资源协调能力无 u pl i m i t l o w e rl i m i t 垦 区域万元g i ) p 用水量( m 3 ) u pl i m i t l o w e r1 i m i t 马 区域污水达标排放率( )( ) u p1 i m i t l o w e r1 i m i t e 区域工业用水循环利用率( ) ( ) u pl i m i tl o w e r1 i m i t 皿 ( b ) 区域干旱承灾体脆弱性评价指标的标准化 本文将评价体系中各单项指标分为效益型和成本型两类，分别计算各指标的标 准化值。效益型指标其值越大，越向系统目标的正方向逼近；成本型指标正好相反， 即越小越向系统目标的正方向逼近，计算公式分别为 效益型指标： 白= 4 0 ， x j 包 x a , j - - b b , l ，a x 沌 1 ， 而a i ( 3 - 6 ) 成本型指标 勺2 0 ， 而a f 兰萼以 p b t 4 l d f 1 ， t b 。 ( 3 - 7 ) 式中白为对旨标的指数值；毋为实际值；a l 和6 1 分别为对旨标的上下限。由于很难 确定指标的绝对最优值及最劣值，指标的下限以当地历史最低水平为界；指标的上 限采用最优期望值。 ( c ) 脆弱性计算模型的建立 建立脆弱性计算模型，分别计算敏感性和适应性指数，最终得出承灾体脆弱性 指数。 神= w , u j ( 3 8 ) 肚。最一疋 式中彬一各单项指标的权重； q 一指标标准化后的值； 町一敏感性或适应能力评价指数 ，m 一敏感性和适应能力对脆弱性影响的权重； 砍尼承灾体脆弱性指数。 ( 3 - 9 ) 注：当敏感性指数最= o 时，表示该区域水资源状况恶劣，可开发潜力很低，水 资源供需矛盾突出，易于受到致灾因子的干扰而引发干旱灾害；当墨= l 时，表示该 区域水资源状况优良，水资源可开发潜力很高，水资源供需处于良性循环状态，即 使受到干旱致灾因子的干扰也不易引发干旱灾害。 当适应能力指数为最= 0 时，表示该区域内水资源的储备和调蓄能力不足，水资 源管理水平很低，应对致灾因子干扰的措施有限。当= l 时，表示该区域对水资源 的储备和调蓄能力较为突出，水资源管理水平比较高，应对致灾因子干扰的能力较 强。 山东大学硕士学位论文 其中干旱风险度量模式可用图3 1 表示。 图3 - 1 干旱风险发生机理图 7 将致灾因子的危险性和脆弱性的量化值带入风险计算模型( 3 1 ) ，即可得出干 旱灾害的综合风险指数口札 3 5 干旱风险因素分析 干旱风险因素分析的主要任务是确定引发风险的主要因素。由上述干旱的风险 度量可以看出，干旱灾害风险指数值d r i 的差异体现在d i i i ，疋、s , - 者的差异上。 对于不同地区或者不同时期内的同一地区，即使风险值相等，其引发风险的主要因 素也可能各不相同，降低风险所采取的措施也不应该相同。因此有必要对风险评估 结果进行综合分析，确定引发风险的主要因素。 干旱风险评估是干旱风险管理的首要阶段，对干旱风险评估的结果将直接影响 到之后的干旱风险控制工作。因此对特定的区域来说，有必要对区域内的干旱风险 进行准确的评估和分析，更好的为干旱风险控制工作服务。 1 6 山东大学硕士学位论文 第四章干旱监测及预测评价 干旱监测和预报是抗旱工作中重要的一个环节，准确有效的监测干旱发展状况 并预测未来干旱强度和趋势可以更好的指导抗旱工作，使之更有针对性和有效性。 4 1 区域干旱监测 区域干旱可以理解为区域内水资源收支或供求不平衡引起的水资源短缺现象及 其在各领域内的反映。因此区域干旱可能包括气象干旱、水文干旱、农业干旱以及 社会经济干旱。干旱监测是通过各部门各领域的干旱指标及时监测各类干旱的发生、 发展，并及时向公众提供各类干旱的相关信息。下面分别介绍一些常用的干旱指标。 4 1 1 气象干旱指标 目前主要采用的气象干旱指标主要有降水距平指标、标准差法指标、z 指数法指 标、美国帕默尔( p a l m e r ) 指标。下面将分别介绍各指标的具体应用范围和优缺点。 ( 1 ) 降水距平指标( p a i ) 降水距平指标的定义式为 r ，：二二二( 4 一1 ) f 式中：，为时段降水量，f 为时段多年平均降水量。 降水距平指标是反映某地时段内降水量与该地区时段内多年平均降水量相差多 少的量化指标，根据r7 大小来判定干旱等级，如果r 为正值就不属于干旱范畴了。 这种指标基本上能大致反映出干旱的发生趋势；但它没有考虑降水的时空分布特征， 在确定不同地区不同时段尺度的干旱程度时，没有统一的标准，该指标不能适用于 时空尺度的旱涝级对比分析。 ( 2 ) 标准差指标( s p i ) 其中标准差指标的定义式为 k ：三( 4 2 ) o r 式中，为某年降雨量，f 为多年平均年降雨量，盯为降雨量的均方差。 f 其中暗含假定年降水量，服从正态分布，而，实际上近似服从r 偏态分布( 或 者p i l l 分布) ；该指标划分的标准如下：标准差k 满足k 2 0 ，1 0 k 2 0 ，一1 o ( k 1 0