（工程力学专业论文）区域干旱模糊综合评价研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 随着国民经济的快速发展，全社会对水的需求在不断的增加，水资源供需矛 盾日益尖锐，城市缺水、农业缺水、生态缺水的问题日益突出，干旱的威胁不断 加剧。因此，开展干旱研究，抵御旱灾风险，己刻不容缓。应对干旱、使干旱损 失降低到最小程度，必须对干旱进行科学的分析、评价与预测，才能制定出合理、 可行、有效的抗旱对策。 在本次研究中，在全面总结国内外干旱指标研究现状及存在问题的基础上， 以理论创新与实际应用相结合为宗旨，提出了适合该研究区域干旱特征的综合干 旱评价指标体系，建立了以模糊数学理论为基础的干旱多因子模糊综合评价模 型，利用山东省和各市的有关资料，对全省及各市的干旱情况进行了综合评价( 预 测) ，给出了全省及各市不同干旱等级的综合评价标准。应用于山东省干旱管理 中，提出了相应的抗旱对策。本文的特色在于对综合干旱评价的系统化、实用化 和理论联系实际方面的贡献，本研究将增加干旱缺水风险意识，提高抗旱应变能 力，减轻旱灾影响和损失，为抗旱提供坚实的理论依据与科技支撑，同时为实现 山东省水资源可持续利用，保障区域经济可持续发展提供科学依据和决策建议。 关键字；干旱评价指标体系；模糊综合评价模型；干旱等级；旱情评价； 抗旱对策 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fe c o n o m y , t h er e q u i r e m e n to fw a t e ri si n c r e a s i n g ， t h ec o n f l i c tb e t w e e nn e e da n ds u p p l yo fw a t e ri sm o i a n dm o r ek e e n - e d g e d w a t e r s h o r t n e s si si n c r e a s i n g l yo u t s t a n d i n g ，d r o u g h t yt h r e a ti sa g g r a v a t e d s o ，i ti sn ot i m e t od e l a yt or e s e a r c hd r o u g h ta n dr e s i s td r o u g h tr i s k w es h o u l da n a l y s e s , e v a l u a t ea n d f o r e c a s td r o u g h ts c i e n t i f i c a l l yt or e d u c et h el o s i n gb yd r o u g h ta n dc o n s t i t u t ee f f e c t i v e m e a s u r e so fc o m b a t t i n gd r o u g h t t h e o r yi n n o v a t i o na n dp r a c t i c a l i t ya st e n e t , o nt h eb a s eo f t h er e s e a r c ha c t u a l i t y o fd r o u g h ti n d e x ，t h i ss t u d yp u t sf o r w a r da nc o m p r e h e n s i v ed r o u g h te v a l u a t i o ni n d e x s y s t e ma d a p t e dt ot h ed r o u g h tc h a r a c t e ro ft h er e s e a r c ha r e aa n de s t a b l i s h e sd r o u g h t m u l t i p l e f a c t o r s 昀c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d t h i sp a p e re v a l u a t e sa n d f o r e c a s t st h e d r o u g h ts t a t e so ft h ep r o v i n c ea n de a c hc i t y , p u t sf o r w a r d a c o m p r e h e n s i v ed r o u g h tg r a d ee v a l u a t i o nc r i t e r i o na d a p t e dt os h a n d o n gp r o v i n c e t h e c r i t e r i o ni sa p p l i e di nt h ed r o u g h tm a n a g e m e n ta n dac o r r e s p o n d i n gd r o u g h t c o u n t e r m e a s u r ei sp u tf o r w a r d t h ef e a t u r eo ft h i sp a p e ri st h es y s t e m a t i z a t i o na n d p r a c t i c a l i t yo fc o m p r e h e n s i v ed r o u g h te v a l u a t i o n t h i sr e s e a r c hw i l li n c r e a s ed r o u g h t r i s kc o n s c i o u s n e s s , i m p r o v ed r o u g h te m e r g e n c yr e s p o n d i n ga b i l i t y , m i 6 9 a t ed r o u g h t l o s i n g ，p r o v i d et h es c i e n c es u p p o r ta n da d v i c ef o rd r o u g h tf i g h t , t h es u s t a i n a b l eu t i l i z e o f w a t e rr e s o u r c e sa n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f e c o n o m y k e y w o r d s ：d r o u g h te v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m ；f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n m e t h o d ；d r o u g h tg r a d e ；d r o u g h te v a l u a t i o n ；m e a s u r e so f c o m b a t t i n gd r o u g h t n 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：至圭墅堡 日期：型! ：三：! 曼 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：垒逝导师签名：! 垦：日期：丝丑：三蛭 山东大学硕士学位论文 1绪论 1 1 引言 干旱缺水是近几年全球面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 * , 6 的人口难以保证有足够的洁净用水，水资源已经到了严 重不足的阶段。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。干 旱缺水直接影响到国家经济的发展和社会的安定进步以及环境的改善，直接影响 到人民生活质量和健康水平的提高。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。正如联合国世界水资源综合评估报告中指出 的那样：水问题将严重制约2 1 世纪全球经济与社会发展，并可能导致国家之间的 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，干早成为对我国农业生产影响最严重的气象灾害。1 9 9 0 年国家科学 技术委员会在中国科学技术蓝皮书第5 号气候中，将干旱列为我国气候灾害 之首。据世界银行测算，我国由于干旱缺水造成的年经济损失约为3 5 0 亿美元。 我国的干旱问题由来已久，历史上的旱灾不计其数。2 0 世纪7 0 年代以来，我国 旱灾问题日趋突出，从全国范围看，干旱有成灾面积逐渐扩大，出现频次越来越 高，并且有逐渐向湿润地区蔓延的趋势。据不完全统计，从公元前2 0 6 年到1 9 4 8 年的2 1 5 4 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。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a m 2 ，约占各种气象灾害面积的6 0 0 , 6 ，因旱灾每年损失粮食1 0 0 亿k g 。 其中，1 9 5 9 1 9 6 1 年三年连早，平均受旱面积达3 6 5 9 万h f f ，成灾1 5 3 3 万h m 2 。 干旱缺水对城市的影响也是日益严重，中国现在有6 6 9 座城市，其中有4 0 0 座缺 水，比例高达7 0 多，严重缺水的城市有1 1 0 座，城市年缺水总量达6 0 亿m 3 ， 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。山东省表现的则更为突出，据1 9 4 9 1 9 9 0 的统计资料显示，山东的年平 山东丈学硕上学位论文 均成灾面积和因旱年造成的年平均粮食减产量均居全国之首。每年农业春播期和 出苗期，以及植物生长中后期，山东省各地均有不同程度的旱情发生，给农业生 产带来了极大的损失。同时，城市旱情也越来越严重，给工业生产带来严重损失， 给人民生活带来了极大的不便，也给生态环境造成巨大影响。由于经济与社会的 快速发展，需水量不断增加，旱灾损失在逐年加大，干旱给社会经济及环境带来 的负面影响也越来越大。 因此严峻的现实告诉我们，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。应对干旱、使干旱损失降低到最小程度，首要的是 对干旱进行科学的分析、评价与预测，在此基础上，才能制定出合理、可行、有 效的抗旱对策。 1 2 研究现状及存在的主要问题 1 2 1 干旱的概念、分类及其采用的指标 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。因此目前对干旱存在着不同的理解，也没 有一个统一的定义。 一般意义上千旱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，气候周期性交化的自然现象，多由时段内自然降水的减少引起。 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早的定义。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。目前将诸多于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，并对这四种类型干旱进行了较为准确的定义。 2 山东大学硕t 学位论文 ( 1 ) 气象干旱：气象干旱是指某时段内降水偏少、天气干燥、蒸发量增大的 一种异常现象。主要研究天气的干、湿程度，通常用某时段低于平均值的降水来 定义。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。 气象干旱指标主要是考虑一定时期内的降水量。评价气象干旱的指标主要有：帕 尔默干旱指标( p d s i ) 、连续无雨日数、标准差指标，。、距平百分率i 。，湿润度 和干燥度指标、z 指标、b h a l m e - m o o l e y 干旱指标、降水温度均一化指标i 。等。 ( 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 水要求的一种水文现象。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。水文干早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。应用游程理论对水文干旱进行识别。评价水文干旱的 指标主要有：水库蓄水量距平百分率、河道来水量( 指本区域内较大河流) 距平百 分率。 ( 3 ) 农业干旱：是指作物生长过程中因供水不足，阻碍作物正常的生长发育 而发生的水量供需不平衡现象。农业干旱主要与前期土壤湿度、作物生长期有效 降水量以及作物需水量有关。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。目前比较常用的农业干旱指标主要有：土壤湿度、降 水量指标、土壤含水量指标、作物受旱面积百分比、作物成灾面积百分比、土壤 有效水分存储量指标、供需水比例指标、农作物水分指标、温度指标、旱涝指数 指标d 、作物旱情指标、作物蓄水量指标。 ( 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， 山东大学硕l 学位论文 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。 其指标常与一些经济商品的供需联系在一起，如建立降水、径流和粮食生产、 发电量、航运以及生命财产损失等关系，是一种由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水资源异常短缺的现象。 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。 ：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，即区域干早的定义。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， 4 山东大学硕士学位论文 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。 1 2 2 旱灾的定义及其危险性 旱灾和干旱是完全不同的两个概念，干旱不等于旱灾。如果说干旱是一种纯 自然现象的话，那么，旱灾则是这种自然现象作用于自然界和社会的结果。旱灾 的确定既要考虑大气干旱，也要考虑土壤水分，还要考虑植物的需水状况，以及 人类对水供需的调节能力，它受大气、土壤、作物结构甚至经济和社会的制约， 是非常复杂的。根据研究的角度不同，对旱灾的理解也不同。从气候角度分析， 旱灾是指一段时间内连续少雨，使当地的作物生长发生困难或危及生命的一种特 殊天气，这种严重的现象常可仅仅发生在作物的某一生育关键期。相对于气候现 象而言，旱灾只是一种短期不稳定天气现象，它可以发生在各种气候类型和几乎 所有的地区。从一般意义上讲，旱灾可以理解为：在某一地区出现干旱现象时， 社会未能采取必要的措施或措施不力或无力抵抗，从而不能解决维持正常的社会 生产和人民生活所必需的最低额水量所造成的一种缺水灾害。 干旱灾害是一个受天气、水文、地理等因素综合影响的结果，同时也是一个 逐步积累的动态过程。因此旱灾是多种因素共同作用的结果，单就任何一个影响 因素进行分析是不完整的。 另外，在灾害学研究中，人们通常将干早看作一种自然灾害，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。 由于我国大部分地区属亚洲季风区，降水量受地理、季风和台风等因素影响， 不同地区差异很大，年内季节分配不均衡，年际之间变化也很大。导致干旱总是 在不同地区、不同时期频繁出现。从气候发展趋势来看，全球温室效应不断加重， 气候变暖趋势明显，出现异常气候的可能性增加，发生干旱的风险进一步加大。 我国是一个旱灾十分严重的国家，随着气候变化和全社会用水需求的不断增 加，我国许多地区水资源供需矛盾日趋突出，早灾对经济社会和生态环境的影响 越来越大。尤其是自2 0 世纪8 0 年代我国经济步入高速发展的轨道后，对水资源 5 山东大学硕上学位论文 的需求快速增加，导致干旱缺水局面在一些地区越来越严重。特别是2 0 世纪9 0 年代以来，出现了1 9 9 7 、2 0 0 0 、2 0 0 3 年这样的全国性大旱。目前，旱灾不但影 响农业生产，而且还影响工业、城乡供水和生态环境，给经济社会造成重大损失。 随着一些地区干旱缺水状况日趋严重，局部与全局、近期与长远、工农业与 城市用水等各种矛盾更加尖锐，往往成为引发社会不稳定的因素。 随着工农业生产的发展，人类生活水平的提高，以及生态环境的改善，社会 总需水量数不断增加，水量供需矛盾日渐紧张，从而增加了干旱发生的频率和旱 灾威胁。另外，不合理的毁林开荒，破坏自然植被，造成水土流失：耕作方式不 当，使土壤结构恶化，蓄水保墒能力衰退。这些人为因素都加重了干旱灾害的威 胁。 1 2 3 存在问题 目前国外对干旱的研究大多数侧重于气象干旱的研究，而国内则侧重于农业 干旱的研究，对经济干旱的研究国内外都比较少。 现行的干旱指标研究，多结合问题的特点和所掌握的资料条件来建立不同形 式的干旱指标。由于影响干旱的因素很多，造成干旱的原因不同，各地气候、地 理条件差异很大，一般是选取一个或多个指标，来判别干旱是否发生。如：以降 水距平、无雨日数和以降水与蒸发的比值等一类的气象干旱指标；以土壤含水量 与作物适宜含水量比较而作出的土壤墒情特征为一类的农业干旱指标；以河川径 流低于一定供水要求阀值的历时和不足量等为特征的一类水文干旱指标；以及以 人类社会经济活动产生的水资源供需不平衡等特征为一类的经济干旱指标。一般 是选取一个或多个指标，如降雨、土壤含水量指标等，根据其盈亏来判别于旱是否 发生。这些干旱指标都能在不同阶段和不同层次上表达干旱形成的基本特征。 干旱指标的定义和评价方法的研究，多是以气象干旱理论为基础的。其实干 旱的发生是多种影响因素的综合，干旱现象的出现不仅与自然因素有关，而且与 社会因素有关，我们称之为自然社会经济干旱，自然社会经济干旱是由自然系统 与人类社会经济系统中水资源供需不平衡造成的水资源异常短缺的现象。 目前对于干旱程度的评价大多是根据模糊评价方法，所选取的指标大多是得 出某次干旱隶属于哪类干旱如：特大干旱、轻度干旱等，但是对于干旱对人民生 活、工农业生产以及社会经济可持续发展的影响的研究存在严重的不足。一次干 6 山东大学硕士学位论文 旱对某一区域的发展有多大的影响，具体的损失有多大，如何建立相应的模糊评 价模型评价损失程度，这些问题都是干旱评价研究的趋势。 1 3 研究目的和研究内容 1 3 1 研究目的 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 m 3 ，为世界平均水平的1 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m 3 ，缺 水总量相当于三峡水库蓄水至1 7 5 m 的总库容，其中城市年缺水6 0 亿m 3 ，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。 山东省是一个干旱灾害较严重的省份，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 4m 3 ，不到全国人均占有量的1 6 ，低于国际公认的人均5 0 0 1 1 1 3 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 质变得越来越差，更加重了供水紧张的局面，许多地方面临供水危机。每年农业 春播期和出苗期，以及植物生长中后期，省内各地均有不同程度的旱情发生，给 农业生产带来了极大的损失。同时，城市旱情也越来越严重，给工业生产带来严 重损失，给人民生活带来了极大的不便，也给生态环境造成巨大影响。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m 3 。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早期，而各个城市需水量仍将保持持续增长的 趋势，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。为了使有限的水资源最大限度地发挥社会、经济和环境效益，满足人民生 活和国民经济的可持续发展。实现由被动抗旱向主动抗旱、科学抗旱转变，由应 急抗旱向常规抗旱和长期抗旱转变，由以农业抗旱为主向全社会，即城乡生活、 生产和生态全面主动抗旱转变，达到经济、社会和生态三大效益的统一，促进抗 7 8 山东大学硕b 学位论文 早工作规范化建设，减轻和降低旱灾损失，保障社会稳定、促进社会经济发展。 因此，开展干旱评估、预测和管理研究是十分必要的。 1 3 2 研究内容 本文的主要研究内容如下： ( 1 ) 本文在全面总结国内外干旱指标研究现状及研究区域干旱特征的基础 上，提出了山东省的综合干旱指标评价体系。 ( 2 ) 结合山东省实际情况，确定了影响干旱状况的主要因素，应用模糊理论， 建立了综合干旱评价模型。 ( 3 ) 应用山东省的实测资料，根据建立的综合干旱评价模型，对全省的综合 干旱进行了综合评价( 预测) ，给出了全省不同干旱等级的综合评价标准。并对该 模型及评价标准进行了验证。 ( 4 ) 根据评价的结果制定了一系列行之有效抗旱减灾的措施，提出了抗旱流 程图。 山东大学硕士学位论文 2 研究区域干旱特征分析 2 1 水文气象 根据1 9 5 6 年2 0 0 0 年降水资料分析，山东省多年平均降水量为6 7 9 5 咖。 降水量在地区的分布上是不均衡的，其总的分布趋势是自鲁东南沿海向鲁西北内 陆递减。1 9 5 6 2 0 0 0 年平均降水量从鲁东南的8 5 0 m m 向鲁西北的5 5 0 r a m 。降水量 在年内、年际之间变化较大，由于受季风的影响，降水量的7 0 左右集中在6 9 月，而7 8 月就集中了5 0 左右，最大月降水量多发生在7 月份。山东省的雨 季较短、雨量集中，降水量的年内分配很不均匀。降水量的年际之间变化也比较 明显，丰、枯交替出现。1 9 6 4 年为全省丰水年，年降水量高达i1 6 9 3 m s ，是多 年平均降水量的1 7 2 8 ；而1 9 8 1 年、2 0 0 2 年是两个比较严重的枯水年，年降水 量仅分别为4 4 5 5 m m 、4 1 3 m m ，分别是多年平均降水量的6 5 9 9 6 、5 1 0 5 ，丰、枯 之比高达2 6 2 和2 8 3 。 全省多年平均陆地蒸发量为4 5 0 6 0 0 m m ，鲁西和鲁中南山前平原地区在 6 0 0 r a m 以上，胶莱河谷和鲁北平原区为5 5 0 m ，鲁中山区和崂山山区为4 5 0 5 0 0 r a m 。多年平均水面蒸发量为i 0 0 0 1 4 0 0 m m ，自西北向东南递减，鲁北西部达 1 4 0 0 r n m ，胶南、日照等沿海一带为1 0 0 0 m m 左右。蒸发量的年内变化也比较大，3 6 月份占全年蒸发量的5 0 左右，蒸发量最大发生在5 月份。冬季蒸发量小，1 l 2 月占年蒸发量的1 5 左右。 山东省各地1 9 8 0 2 0 0 0 年平均年干早指数在i 0 2 6 之间，总体趋势是由 鲁东南向鲁西北递增，等直线呈西南东北走向。 据1 9 5 6 年2 0 0 2 年水文资料分析，全省多年平均径流深为1 4 5 4 m m ，天然 径流量2 2 2 9 亿m 3 。山东省河川径流量由降水补给，故其时空变化规律与降水一 致，由于下垫面条件的影响，在地区分布的变化上比降水量的变化要大。汛期径 流量占全年径流量的7 5 9 0 ，年径流深的分布趋势是由东南向西北减少，胶东 半岛及东部沿海多年平均径流深2 5 0 2 6 0 m m 左右，鲁东南山丘区为2 7 0 2 8 0 m m ， 而鲁北平原区仅有4 7 m 。 2 2 水资源开发利用概况 根据1 9 5 6 2 0 0 0 年资料系列分析计算，山东省多年平均地表水资源量1 9 8 2 6 9 山东大学硕士学位论文 亿m 3 ，多年平均地下水资源量1 6 5 4 6 亿m 3 ，多年平均水资源总量3 0 3 亿m 3 ，产 水模数为1 9 9 万m 3 k m 2 ，多年平均地表水资源可利用量1 0 5 7 亿m 3 ，多年平均 地下水可开采量1 2 5 6 亿m 3 。我省的水资源量仅占全国水资源总量的1 1 ，人 均水资源占有量3 3 4m 3 ，仅为全国人均占有量的1 4 7 ( 小于1 6 ) ，亩均水资源 占有量2 6 3 m 3 ，属于严重缺水地区。 黄河水是山东省的主要客水资源，引黄事业已具有相当大的规模，引黄范围 已达1 1 个市的6 8 个县( 市、区) 。在黄河两岸建有引黄涵闸6 3 座，设计引水能 力2 4 2 3m s ，设计灌溉面积2 3 2 8 k h a 。已建引黄蓄水平原水库8 8 座，设计总库 容7 8 亿m s 。1 9 9 5 1 9 9 9 年全省年均引黄水量7 0 7 亿矿，约占全省总供水量的 2 7 。1 9 9 9 年全省引黄灌区实际灌溉面积1 8 0 0 x1 0 3 h m ，同时为济南、青岛、淄 博、滨卅l 、东营等市工业生产及居民生活用水提供了宝贵的水源，取得了显著的 社会效益和经济效益。 2 3 历年旱灾概况 山东省由于受地理位置、气候条件和水资源特点的影响，经常遭受旱灾危害， 旱灾居山东省各种自然灾害第一位。据统计，自1 2 6 4 1 9 4 8 年的6 8 5 年中，共 发生不同程度的旱灾4 6 5 次，平均每1 4 7 年发生一次。自1 9 4 9 2 0 0 5 年的5 7 年中，除1 9 6 4 年外，每年都有旱灾发生，全省干旱成灾面积大于5 0 0 x1 0 3 h m 2 的年份有2 0 年。尤其是2 0 世纪8 0 年代以来旱灾程度更加严重，干旱年、连续 枯水期连接发生，即使丰水年季节性干旱也会不断发生，春旱、秋旱几乎年年都 有，伏早也常常出现。1 9 8 1 、1 9 8 9 、1 9 9 2 、1 9 9 7 ，1 9 9 9 、2 0 0 2 年都出现了春、 夏、秋连旱，1 9 8 1 1 9 8 3 年、1 9 8 5 1 9 8 9 年、1 9 9 9 2 0 0 2 年连续出现干旱缺水， 干旱缺水致使工农业生产遭受巨大损失，农村人畜、城市居民面临严重吃水困难。 1 9 8 0 1 9 9 9 年山东省历年早灾情况详见表2 1 和图2 一l 。 1 9 8 1 年是严重的干早年份，全省平均降雨量4 3 6 m m ，较多年平均值少3 5 ， 是1 9 4 9 年以来除2 0 0 2 年外雨量最少的一年，从上年的1 1 月到本年的5 月降雨 量仅为6 6 m ，比历年同期少5 5 ，4 月份降水5 m m ，5 月份又连续出现干热风天 气，8 月份降雨不到常年的一半，9 月份降雨比常年少8 4 ，春、夏、秋三季连 续干旱，受旱面积达到4 1 2 3 1 0 h m 2 ，成灾面积为2 2 9 5 1 0 3 h m 2 。 1 0 山东大学硕t 学位论文 表2 - 11 9 8 0 1 9 9 9 山东省旱灾情况统计表 受早面积成灾面积成灾比绝收面积受灾人口减产粮食 年份 ( 1 0 3 1 1 舶2 )( 1 0 3 1 1 m 2 )( )( 1 0 3 1 1 l n 2 )( 1 0 4 人)( 1 0 4 t ) 1 9 8 01 5 1 57 5 0 5 0 2 36 6 28 4 1 9 8 14 1 2 32 2 9 5 5 6 1 7 92 1 0 13 8 7 1 9 8 23 0 5 51 8 4 8 6 0 2 3 91 6 8 83 3 2 1 9 8 3 3 5 0 3 1 8 2 3 5 2 2 9 91 7 1 73 5 0 1 9 8 41 5 6 99 6 8 6 2 1 1 39 2 41 8 7 1 9 8 5l o l 3 6 2 l 6 1 5 65 5 71 4 0 1 9 8 62 6 0 3 1 6 5 9 6 4 1 8 71 2 5 63 6 8 1 9 8 71 7 8 71 0 4 8 5 9 1 2 99 2 32 9 6 1 9 8 83 1 7 22 0 2 2 6 4 2 1 31 9 6 24 7 7 1 9 8 94 2 2 52 3 0 7 5 5 2 6 22 2 3 45 4 7 1 9 9 01 8 8 04 7 3 83 0 44 5 1 9 9 12 2 0 07 6 4 3 5 6 72 2 31 5 8 1 9 9 24 8 3 32 4 6 9 5 1 6 6 21 5 3 34 2 6 1 9 9 3 2 8 6 78 5 9 3 0 7 54 2 21 3 0 1 9 9 43 8 0 01 2 0 0 3 2 5 74 8 7 1 8 0 1 9 9 52 4 0 06 3 3 4 2 5 0 8 0 1 9 9 61 1 7 06 7 1 5 7 5 83 2 82 4 0 1 9 9 73 6 2 77 3 3 2 0 2 3 34 6 54 8 0 1 9 9 81 4 0 04 6 0 3 3 4 86 0 42 1 0 1 9 9 92 3 3 36 5 1 2 8 3 5 76 5 62 8 9 合计 5 3 0 7 62 3 2 5 93 2 6 81 9 2 9 7 5 4 0 5 平均2 6 5 4 1 1 6 3 4 4 1 6 39 6 62 7 0 继1 9 8 8 年严重干早以后，1 9 8 9 年旱情继续发展，全省年降雨量为4 4 9 m ， 较常年少3 3 ，德州、潍坊、滨州、泰安、济南、淄博6 市的年雨量较常年少4 0 9 6 5 3 ，菏泽、威海1 3 2 4 ，其它地市3 2 9 6 - 3 9 ，又出现春、夏、秋三季连旱， 伏旱尤为严重。全省受灾面积4 2 2 5x1 0 3 h m 2 ，成灾2 3 0 7 1 0 3 a m 。 旱灾除了对农业生产的严重威胁外，对城市、工矿企业用水也带来了重大影 响。8 0 年代初期青岛就出现水荒；1 9 8 8 、1 9 8 9 年连续大旱以后，潍坊、烟台、 威海、淄博等城市也都发生了用水危机。特别是1 9 9 8 - 1 9 9 9 年的干旱缺水，尤 其是胶东地区城市出现了更加严重的供水危机，威海、烟台、济南、淄博、潍坊、 山东大学硕上学位论文 东营等3 0 多个城市( 含县城) 4 0 0 万人用水困难；居民生活用水被迫实行定时限 量供水，威海、烟台每人每月限量2m 3 ，用水超过限量实行惩罚性水价4 0 元一； 工业用水不得不实行保重点和强制性措施，以水定产，关停部分高耗水工矿企业， 估计每年因供水不足造成的直接经济损失超过5 0 亿元。 繇5 0 0 0 橱 4 5 0 0 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 o 兽一一 且一 目 梳柚i 豇 萤蚕茧量萤嚣善容萤萤量爱誉蓥荟量誊容誊萤 笠 ；璺鐾呈堕璺! 廛壅堕塑 图2 - i1 9 8 0 1 9 9 9 年山东省干旱面积统计图 2 4 旱灾典型年分析 在经历了四年严重干旱之后，2 0 0 2 年我省又遭受了严重的四季连旱。全省 降雨严重偏少，平均降雨量4 1 3 m m ，比历年同期偏少3 9 ，为建国以来降雨量最 少的年份。全省平均年降水量、汛期( 6 9 月) 降水量、主汛期( 7 8 月) 降水量， 均为新中国成立以来同期最少的年份，其中主汛期降水量为山东省1 9 1 6 年有降 水资料记载以来同期最少。经频率分析计算，重现期为5 0 年一遇。其中，汛期 全省平均降水量为2 3 8 m ，比常年同期偏少5 2 ，相当于1 0 0 年一遇干旱年份。 济宁、泰安、临沂三市汛期降水量，均为新中国成立以来同期最少，经频率分析 计算，均相当于2 0 0 年一遇干旱年份。菏泽、枣庄、潍坊三市汛期降水量，均为 新中国成立以来同期最少，经频率分析计算，均相当于i 0 0 年一遇干旱年份。 2 0 0 2 年的旱情持续时间长，受旱范围广，灾情较重，损失大，后患多。全 1 2 山东大学顾 学位论文 省农作物受早面积最大达到3 6 1x1 0 铂m 2 ，重旱1 1 7 3 x1 0 | h m 2 ：因缺水有5 0 0 多家 工业、企业实行定量供水、限量生产或停产；有7 9 0 万人、3 2 1 万头大牲畜发生 临时饮水困难；有6 0 个县级以上城市供水不足，影响人口2 0 7 万人；京航运河 济宁段断航，南四湖干涸，干旱给我省工农业生产、人畜吃水、城乡供水以及生 态环境带来了严重不利影响。据初步估算，全省因旱灾造成的直接经济损失达 2 6 0 亿元。由于连续干旱，两季绝收，群众只能靠救济稂和借粮度日。同时，地 下水位大幅度下降，造成漏斗区面积不断加大。缺水还造成污染加剧，海水入侵 等问题，生态环境也受到严重影响。 造成2 0 0 2 年特大干旱的主要原因一是降水量严重偏少，全省平均降雨仅 4 1 3 m m ，比历年同期偏少3 9 ，是新中国成立以来最少的年份，经频率分析计算， 相当于百年一遇干早年份；二是气温高；三是抗旱水源不足。资源性缺水是山东 省的基本省情，水资源总的趋势是降雨少、客水少、地下水少、可用水少，供需 矛盾+ 分突出。2 0 0 2 年全省8 0 0 5 以上的小水库、塘坝干涸，所有河道除部分引水、 排污河道外全部断流。南四湖上下级湖基本干涸，最低时蓄水仅有2 0 0 万m 3 ，是 历史上从未有过的现象。同时由于连年抗旱，地下水一直没有得到有效补充，水 位持续下降。沿黄及平原地区地下水位平均又下降3 m 以上，最大下降幅度达3 0 多n l ：四是黄河可引水量少。近几年来，山东省引黄水量逐年减少。1 9 9 7 年以前， 黄委每年分配山东省的引水指标7 0 亿m 3 以上，1 9 9 8 年以后，锐减到5 5 亿m 3 ， 远远不能满足需求。7 月中下旬，正值夏播作物大量需水的关键时期，黄河进行 调水调沙实验，沿黄各市为保大局，停止引水1 5 天左右，后期由于黄河部门分 配的引水流量小且过于分散，实灌面积大量萎缩，不足设计灌溉面积的三分之一。 2 0 0 2 年发生特大干旱时，已认识到这次干旱的持续性和严重性。对此，国 务院和水利部、国家防总一直十分关心和高度重视，给予了大力的支持。省委、 省政府多次召开会议，研究部署抗旱工作。在抗旱工作中，全面实施抗旱预案制 度，及早对城市供水、工业用水采取压缩用水计划，定时限量供水、关闭耗水大 户、污水处理及中水利用等措施，节约用水，充分发挥现有水资源的作用。同时， 在搞好大中型水源工程建设的基础上，积极引导群众搞好小型水源工程建设；通 过兴建小型水库、坑塘扩挖及机井建设等措施，做好拦、蓄、引、提的文章，增 加可利用的水资源总量，为长期抗旱储备水源。 山东大学硕士学位论文 2 5 抗旱工作中面临的主要问题 ( 1 ) 水资源总量严重不足 山东省水资源严重短缺，人均占有水资源量只有3 3 4 一，仅占全国人均占有 量的1 6 ，仅为世界人均占有量的1 2 5 。从图2 2 可以看出，山东省的人均水资 源占有量是相当的贫乏。按国际公认的m 富肯玛克的水紧缺指标标准，全省人 均水资源量远远小于维持一个地区经济社会发展所必须的1 0 0 0 m 3 的l 临界值，属于 人均占有量小于5 0 0 m 3 的严重缺水地区。虽然全省多年平均降雨量6 8 0 m m ，但降 雨量在年内分配不均，7 胡月降雨量占全年的6 0 以上，冬季儿2 月降雨较少， 占全年降雨量的5 8 ，盛夏常出现干旱，春旱也时有发生。降雨量在年际间的 变化也很大，这种变化与作物需水规律不相适应，极大地影响了农业产量。 1 0 0 0 0 8 0 0 0 6 0 0 0 4 0 0 0 2 0 0 0 o 山东省中国世界 图2 - 2 人均占有水资源量比较图 ( 2 ) 黄河水是山东省重要的客水资源，但黄河入境水量逐年下降，可利用量 呈减少趋势 自2 0 世纪8 0 年代以来，由于流域内降水减少和中上游工农业用水量的增加， 黄河山东段自1 9 8 1 年首次出现断流，至1 9 9 9 年几乎年年断流，其中1 9 8 1 、1 9 9 5 、 1 9 9 7 年山东段全河断流，1 9 9 5 年断流1 2 2 d ，1 9 9 6 年断流1 3 3 d ，1 9 9 7 年利津站 共计断流1 3 次，断流时间累积达2 2 6 天，并出现了罕见的汛期断流现象。 ( 2 ) 旱灾威胁严重 旱灾居山东省各种自然灾害第一位。据统计，1 9 4 9 1 9 9 0 年的4 2 年间，除 1 9 6 4 年外，有4 1 年发生程度不同的旱灾，全省平均每年受灾面积1 7 3 7 2 x 1 0 4 h m 2 ， 成灾面积1 0 6 5 4x1 0 4 h m 2 ，其中1 9 8 9 年受早面积最大，为4 2 2 5 3x1 0 4 h m 2 ，2 0 1 4 山东大学硕上学位论文 世纪9 0 年代以来，因降雨量减少，黄河断流，旱情闩趋严重。1 9 9 1 2 0 0 3 年的 1 3 年间，全省平均每年受灾面积2 3 6 1 6 x1 0 4 h m ，1 9 9 7 年、2 0 0 1 年、2 0 0 2 年3 年受旱面积都在3 5 0 1 0 4 h m 2 以上。特别是1 9 9 9 2 0 0 2 年，连续四年大旱，造成 农业减产，工矿、企业停工停产，城乡供水危急。干旱灾害波及工业、农业、服 务业和人民生活方方面面，对经济和社会发展产生了重大影响。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