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第五章干旱 1干旱的概念及干旱指标 2干旱的影响 3中国旱情的时空分布 4干旱影响评估 5干旱监测和预报 6抗旱措施 1 干旱的概念由于水分的收与支或者供与求不平衡形成的水分短缺现象 影响干旱的主要因素1降雨量2作物品种和生育期3土壤状况4大气参数5人类活动 1干旱的概念及干旱指标 2 1 降雨量降水是 土壤 植物 大气 系统中水分平衡和循环的主要收入项 降水量偏少的程度是干旱气候分级的主要因子 也是划分各类干旱严重程度的主要因子 2 作物品种和生育期作物是主要的受旱 不同的品种或生育期对水分的需求量不同 因而受旱程度有着较大差异 3 土壤状况土壤干旱是形成农业减产的直接原因 而土壤干旱的程度与土壤种类 性质 结构 厚度 及耕作措施 施肥有关系 3 4 大气参数土壤和作物的主要支出项为蒸散发 空气干燥 气温高 风速大 则蒸散发大 土壤与作物水分支出多 干旱程度严重 5 人类活动人类活动可以减轻或避免干旱 也会加重甚至造成干旱 4 干旱指标反映干旱成因和程度的量度 可由水分循环的各个环节或水分平衡方程式分析推导或定义各种干旱类型 包括自然因素形成的干旱和农业干旱以及社会经济干旱 完整的干旱指标包含三个要素1 持续期d 包括起始和终止日期 2 平均强度m 即平均水分短缺量 3 严重程度s 即水分累计短缺量 5 自然因素形成的干旱有 气象干旱水文干旱农业干旱社会经济干旱 6 7 二 大范围气象干旱的原因大范围的气象干旱非几日少雨之因 而是长期持续明显少雨的结果 而大范围持久性的干旱直接反映了大气环流和主要天气系统持续异常 水文干旱由降水与地表水 地下水收支不平衡造成的异常水分短缺现象 由于地表径流是大气降雨与下垫面调蓄的产物 它在一定程度上能反映降水与地面条件的综合性能 因此水文干旱主要是指由地表径流和地下水位造成的异常水分短缺现象 可以用年径流量 河流平均日流量 水位等小于一定数值作为干旱指标 8 农业干旱 由于外界环境因素造成作物内水分失去平衡 发生水分缺失 影响作物正常生长发育 导致减产或失收的农业气象灾害 9 1 土壤干旱农业干旱根据土壤水分含量确定 当根层土壤水分达到限制作物生长和产量时称为土壤干旱 注意土壤干旱指的是根层的土壤干旱 而不同作物种类的根层深度是不一样的 2 生理干旱土壤环境不良 使植物根系生理活动受阻 吸水困难 造成作物体内水分失衡而发生的生理干旱的危害 3 大气干旱由于太阳辐射强 气温高 空气湿度低 风力较强等因素导致作物蒸腾盛 耗水加大 10 二 农业干旱指标1 农业气候意义上的干旱指标从广义上说 农业干旱指农业生产中水分供需矛盾的现象 从农业气候学的角度出发 反映农业水分供需状况的物理量有降水量 水分供求差 柏默尔指数等 2 基于土壤 植物 大气系统的干旱指标 1 相对蒸散当水分供应能完全满足作物需水时实际蒸散发速率等于最大蒸散发速率 ETa ETm 水分不足时 实际蒸散发速率小于最大蒸散发速率 两者的比值Eta Etm表示植株缺水程度 2 水分亏缺量农田实际蒸散与最大蒸散的差值表示作物水分亏缺程度 评价农业干旱的发生与否 11 3 利用温度间接表示的干旱指标作物层温度与气温的差值作为干旱指标 当土壤干旱时 所含水分越少 叶温与气温的差值越大 4 用土壤水分表示的干旱指标土壤水分含量作为衡量农业干旱程度及对植物生长影响的指标 土壤水分不同的表示方法 因而有不同形式的干旱指标 1 以重量百分比表示的干旱指标 2 以土壤有效水分储存量表示的干旱指标 12 社会经济干旱 一 水分总供给量和总需求量的组成 W1 第一水资源 包括径流与地下水开采量 W2 第二水资源 土壤水 W3 第三水资源 蒸发 W4 第四水资源 地区间的径流交换 流入为收入 流出为支出 13 二 社会经济干旱的判别和计算对水的需求大于供给就成为社会经济的判别式 W A1 A2 A3如使用调节水量 W仍不满足需求 就会出现干旱 W W A1 A2 A3由于只有农业能够使用第二水资源土壤水 为缓解对第一水资源供不应求的矛盾 在农业生产上应尽量发挥土壤水的效益 不足部分才由第一水资源解决 14 一 对农业的影响 一 对种植业的影响在影响种植业的各种气象灾害中 以旱灾最为严重 15 二 对草原畜牧业的影响对牧业生产的影响表现在两方面 1 草场退化 2 家畜饮水困难 三 对林业的影响干旱对林业的影响主要表现在植树造林 林木生长 森林火灾及病虫害方面 16 二 对城市供水和工业的影响 一 对城市供水的影响城市需水量在总取水量中占越来越大的比重 目前我国600多座城市中 缺水城市占一半以上 严重缺水的有100多座城市 二 对工业生产的影响供水不足对工业生产的影响分为直接影响 水直接参与生产 停水就无法生产 和间接影响 由于干旱缺水 农业灌溉需电 不得不采取限电措施 造成工厂停工停产 三 对其他社会经济的影响包括 对水利发电的影响 对内河航运的影响 对水产养殖的影响 对社会经济系统的影响等 17 四 对自然环境的影响 一 土地干化 河流断流及湖泊干涸情势加剧为抵御干旱缺水的威胁 采取筑坝建库 开渠引水 抽汲地下水等措施 这些措施导致水平衡要素中的径流量趋于减少 蒸发量祛瘀增大 导致北方地区明显的干化趋势 引起了一系列环境问题 二 地下水环境明显恶化1 地下水位降落漏斗发展2 泉水流量锐减3 城市地面沉降频频发生4 海水入侵加剧 18 三 地表水体的污染有所加重干旱期间 地表径流量减少 河流 湖泊等陆地水体的纳污能力和稀释能力下降 地表水体的污染加重 由于干旱缺水 污水灌溉得不到有效节制 污水灌溉不仅污染了土壤和农作物 而且渗入地下水 恶化了地下水质 四 土地沙漠化的危害有所加剧土地沙漠化是在干旱缺水条件下 对土地植被惊醒过量的人类经济活动所逐渐形成的 19 一 干旱区的划分本节讨论的干旱是纯气象意义的干旱 我国东部从江南到华北的干旱 可划分为 东北干旱区 春旱最为突出黄淮海流域干旱区 我国干旱面积最大 频率最高干旱区长江流域干旱区 我国东部干旱频率较低的一个地区华南及西南干旱区 两地区四季都有作物生长 干旱频率也比较高 20 21 二 干旱的空间分布和年际变化我国有三个多旱区 黄淮海 闽粤桂 西南多旱区 我国干旱持续时间长的区域 1 长江以北的黄淮海流域2 广东 福建 广西东部沿海 干旱频次分布图 22 干旱的影响极为广泛和深远 主要包括对经济 人类社会及自然环境的影响 一 干旱影响的评估内容干旱影响的评估包括 1 历史干旱的影响评估一般是对历史上的干旱 特别是大旱年的天气气候特征 干旱强度 持续时间 影响范围 受灾程度 造成的损害等进行描述和评价 2 实时干旱的影响评估主要是对已经发生或正在发生的干旱的影响进行实时 定量评估 为有关部门制定防灾 救灾对策提供科学依据 23 3 展望性干旱的影响评估主要以干旱影响指数 影响模式的滞后性影响研究为基础 二 干旱影响的评估途径 一 实地调查科学研究最长用的方法 通过对受旱地区的实地调查 可获得干旱影响的第一手资料 二 新闻媒介通过新闻媒介可获得大量国外干旱等自然灾害影响 三 遥感监测气象卫星资料的应用和专业服务领域的不断扩大 已展开包括洪水监测 干旱监测 植被监测 作物估产等多项专业服务 24 三 干旱影响的评估方法 一 个例分析法 二 历史相似法 三 比较法 四 模式法四 干旱影响评估系统及评估模式的建立干旱影响评估系统主要包括数据库 统计分析软件包 影响评估指数 模式程序库 绘图软件包 灾情检索系统及干旱影响评估专家系统等 25 一 利用降水量的评估指数1 产量水分指数 YMI 根据作物不同发育阶段内的降水量及对作物的不同影响 建立产量水分指数 进行干旱影响评估 2 RY指数适用于北方旱作农业地区的降水量对作物产量影响的评价方法 二 利用相对蒸散评估1 FAO模式2 Jensen阶乘模式3 CSDI模式 26 一 干旱监测的主要方法 一 干旱监测的主要内容1 大气参数2 与农业有关的参数3 与水文有关的参数4 卫星遥感资料5 社会经济资料 二 主要监测方法1 台站监测台站监测的首要任务是对有关的单位要素分别在气象 农业气象站 水文站等站点进行观测 2 遥感监测遥感监测主要是对作物长势 土壤水分状况 农田蒸散 水系分布和降水量等监测实现 27 二 旱情分析预报方法旱情分析与预报的主要途径有两类 一是用旱情指标值判断是否会发生旱情和旱情程度 二是按土壤含水量预报值判断对作物生长的影响程度 显然 旱情分析预报的实质是在预见期内降水量和蒸散发量预报值的基础上 分析研究土壤含水量是否满足作物正常生长的需要 因此 旱情分析预报还需依靠气象预报做分析与计算 一 单站土壤含水量预报如果需预报的地区面积不大 且有一个墒情观测站 则可利用该站墒情观测资料分析墒情变化规律 并编制其墒情预报方案 即可预报该地区的土壤含水量变化 土壤含水量预报应包括增墒和减墒两部分 主要有土壤含水量增值预报和土壤含水量消退预报两种 28 二 土壤含水量区域预报我国谚语有云 涝一线 旱一片 因此需要解决大面积的干旱预报问题 目前有如下几种方法 1 地区综合法当某一地区内的气候 地貌 植被等特征彼此相近时 其各个单站的土壤含水量预报图标也大致接近 综合后即可进行区域性预报 2 消退系数综合法无雨期间区域土壤含水量的消退 可用综合性的消退系数来推算 3 土壤含水量等值线法在区域预报的实际工作中 为了及时指导防旱抗旱 也可粗略地将各墒情站实测或预报的土壤含水量绘成等值线图 29 旱灾是我国主要的自然灾害之一 解决缺水问题最根本的途径是开源和节流两种一 农业抗旱措施 一 开辟新水源措施1 修建蓄水工程2 跨流域调水工程3 人工增雨4 咸水资源利用5 污水利用6 雨水利用 二 节水灌溉技术农田供水从水源到形成作物产量要经三个环节 1 由水源输入农田转化为农田水分2 作物吸收土壤内水分转化为作物水3 通过生理生化作用过程 使作物水参与经济产量的形成 30 1 渠道防渗和管道输水技术2 地面灌溉改进技术3 喷灌和微观技术 三 节水抗旱栽培措施1 深耕沈松2 选用抗旱品种3增施有机肥4 覆盖保墒 四 化学调控抗旱措施1 保水剂2 抗旱剂2 城市抗旱措施 一 城市节水成绩与问题1 节水成绩 1 节水量 2 工业万元产值取水量 3 工业用水重复利用率 4 减少污水排放 31 2 现存问题 1 节水意识单薄 2 缺乏有效的激励政策和管理措施 3 节水技术推广速度缓慢 节水设备推广不够 4 水价偏低 价格体制不合理 5 用水浪费依然严重 6 工业用水效率与国外先进水平相比仍有较大差异 7 对再生水 海水的利用正处