盘锦市农业水旱灾害风险评估与时空特征研究

齐士强

（盘锦市水利事务服务中心，辽宁 盘锦 124000）

近年来，盘锦市水旱灾害呈现出发生频率加快、灾情加重、次数增多的特征，逐渐成为制约盘锦市粮食生产和农业经济可持续发展的“瓶颈”[1]。为了应对水旱灾害，许多学者以防灾减灾为目标，通过分析区域气候特点、地形地貌和土壤状况，建立灾害风险评估模型，预测可能发生的灾害，通过深入分析灾害案例了解其发生特点和规律，如刘引鸽等对中国西北5个省区，运用信息扩散理论评估区域旱灾风险；刘亚彬等利用信息扩散法评估了全国粮食主产区的水旱灾害，结果显示研究区水灾低于旱灾风险，以低、中、高水旱灾害风险等级反映其空间分布特征；杨国华等以广东省为例，应用信息扩散法分析其水旱灾害风险，结合区域特征提出有针对性的减灾措施；刘兰芳等采用灾情风险法，从减产等级和水旱灾害范围的角度上评估了衡阳市水旱灾害风险；薛昌颍等利用风险分析法探究了华北冬小麦减产的原因，研究发现灌溉可以降低干旱减产风险；张顺谦等等学者综合应用模糊数学法与信息扩散理论，对东南三省和四川盆地的农业灾害风险进行了评估和分析；张丽娟等对比了主观频率法、风险指数法、信息扩散法评估的农业灾害风险等级，结果表明信息扩散法具有所需数据少、计算过程简单、可触类旁通等特点，有利于不同等级的灾害风险区划和评估，对评估其它自然灾害风险也具有较好适用性[2-8]。因此，研究评估水旱灾害风险的手段和方法不断成熟，但较少考虑其空间差异性，有必要通过信息扩散模型进一步揭示其空间分异特征，从而掌握区域水旱灾害空间分布特点及其发生的可能性，以期为科学评估、管理和防治盘锦市农业水旱灾害提供科学依据。

1 研究方法

1.1 数据来源

水旱灾害风险评估是一项复杂系统性工作，一般涉及到多个因子，如气象、地形、土壤、农业和社会经济等因子。由于数据资料来源的限制，研究者可能无法获得全部因子详细数据。因此，可以借助灾害后果进行评估，即通过受灾与成灾面积指数来反映灾害的影响程度。对于水旱灾害，通过考虑实际损害程度，选取成灾面积指数作为原始指标，提供关于农作物受灾的初步评估信息。研究以1996—2012年盘锦市各区县的农作物播种面积和水旱灾害成灾面积为基础数据，数据来源于盘锦市农村统计年鉴和农业60a统计资料等。

1.2 计算方法

成灾面积指数是反映水旱成灾程度的一种指标，其计算方法通常是将成灾面积与总种植面积进行比较，指数值越大则代表灾害危险性越高，所造成的减产量也就越大。因此，该指数可以作为评估水旱灾害风险和制定防灾减灾措施的参考，其计算公式为[9]：

式中：Sf、Sd、S代表水、旱成灾面积和作物播种面积(hm2)；Xf、Xd代表水、旱的承载指数。

灾害风险评估方法有很多种，如概率风险法、极值风险模型等，这些方法通常需要大量数据来支持建模和计算，而实际情况下数据的获取可能存在限制[11]。在仅能收集到成灾和受灾面积、作物播种面积这些数据的情况下，使用信息扩散模型进行风险评估具有良好适用性与可行性。该模型主要是利用信息扩散系数，将原始样本集合转变成信息扩散集合，采用概率密度函数确定水旱灾害发生的可能性，而信息扩散模型能够集值化处理传统的观测样本点，有效保证样本数据量和信息处理进度[12]，具体流程如下：

步骤1：设盘锦市1996—2012年的水灾或旱灾成灾面积指数集合，即实际样本集合为X：X={x1，x2，…，xm}，其中xi、m代表样本点及其总数。通过公式(2)进行信息扩散计算，可以将有限的数据(xi)扩散到更广泛的区域集(U)中，从而综合考虑多个因素对灾害风险的影响，提高评估结果的准确性，其中U={u1，u2，…，uj，…，un}。

式中：h代表扩散系数，其中m=5时，h=0.8146×(b-a)；m=6时，h=0.5690×(b-a)；m=7时，h=0.4560×(b-a)；m=8时，h=0.3860×(b-a)；m=9时，h=0.3362×(b-a)；m=10时，h=0.2986×(b-a)；m≥11时，h=2.6851×(b-a)/(m-1)。a、b为集合X中的最大、最小值。

为了满足同类研究成果的可比性及其计算精度要求，研究确定集合U的取值区间为则归一化样本xi的信息分布如下：

式中：P代表风险值。根据风险概率R与P进行分级评价，这是一种常见用来量化和评估灾害风险等级的方法，R值越大则风险概率越小，相应的灾害周期越长，其计算式为：

2 结果分析

2.1 成灾面积指数

根据Xf、Xd确定盘锦市大洼区、双台子区、兴隆台区和盘山县成灾面积指数，如图1所示。从整个盘锦市而言，发生水灾大于旱灾的面积指数，这符合盘锦市实际情况。

图1 盘锦市成灾面积指数平均值

2.2 农业水旱灾害风险评估

1）划分灾害风险等级。为更加直观地揭示大洼区、双台子区、兴隆台区和盘山县成灾风险空间分异特征，更加清楚地认识各分区灾害风险，文章将盘锦市的水旱灾害风险值划分成5个等级：低、中低、中、中高、高。当R=1时表示发生频率为每a 1次；当1＜R≤2时，表示发生频率为每1~2a 1次；当2＜R≤4时，表示频率为每2~4a 1次；当R＞4时，表示发生频率大于每4a 1次，以此类推。

表1 水旱灾害风险等级

2）水灾风险评价。根据风险等级划分标准和信息扩散模型计算确定不同水灾成灾面积指数下，盘锦市各分区的水灾分布格局及其风险等级。结果表明，在成灾面积指数Xf≥5%条件下，盘锦市总体处于中高风险等级，风险概率为每年一遇，具体表现为盘山县、双台子区、兴隆台区水灾风险较低，而大洼区偏高。在成灾面积指数Xf≥10%条件下，盘锦市水灾风险概率有所降低，呈中低、中、中高风险并存的分布特征，风险概率为2~7a一遇，具体表现为盘山县水灾风险达到中低水平，风险概率5~7a一遇；双台子区、兴隆台区达到中等水平，风险概率3~5a一遇；大洼区达到中高水平，风险概率2~3a一遇。在Xf≥15%条件下，盘锦市水灾风险进一步减小，存在低、中低、中风险，风险概率为4~10a一遇，具体表现为盘山县水灾风险达到低水平，双台子区、兴隆台区达到中低水平，大洼区达到中水平。在成灾面积指数Xf≥20%条件下，盘锦市水灾风险概率明显降低，呈低、中低风险并存的分布特征，风险概率为大于10a一遇，具体表现为盘山县、双台子区、兴隆台区水灾风险均达到低水平，而大洼区达到中低水平。

综上分析，盘锦市各区县的成灾风险概率均随着水灾成灾程度的增大而减小，等级下降如表2所示。从空间上，东部、南部的水灾风险高于北部及西部，可见大洼区相比于其它地区的水灾风险防范任务更加艰巨[13-15]。

表2 盘锦市水旱灾害风险概率

3）旱灾风险评价。根据风险等级划分标准和信息扩散模型计算确定不同旱灾成灾面积指数下，盘锦市各分区的旱灾分布格局及其风险等级。结果表明，在旱灾面积指数Xd≥5%条件下，盘锦市总体处于中低风险等级，概率为1~2a一遇，除大洼区较低外其它均偏高。在Xd≥10%情况下，盘锦市旱灾风险有所下降，但级别有所增大，除大洼区维持中风险外，其它地区处于中高风险，概率为2~3a一遇，无高风险区。在Xd≥15%情况下，盘锦市旱灾风险大大减小，呈低、中低风险并存的分布特征，风险概率为大于6a一遇，具体表现为双台子区、兴隆台区、大洼区旱灾风险达到低水平，只有盘山县达到中低水平。在成灾面积指数Xf≥20%条件下，盘锦市水灾风险概率进一步降低，总体呈低风险等级，风险概率为大于20a一遇。

综上分析，盘锦市各区县的成灾风险概率随着旱灾成灾程度的增大呈减小趋势，但是在Xd≥10%情况下多处于中高风险，随后显著减小。从空间上，盘锦市旱灾风险呈西北部高、东南低的特征，盘山县相比于其它地区的旱灾风险防范任务更加艰巨。

3 结 论

文章依据风险等级划分标准和信息扩散评估模型，较为全面地研究了盘锦市水旱灾害空间分布特征及其风险概率，主要结论如下：

1）盘锦市以水灾和旱灾为主，并且水灾高于旱灾的成灾面积、风险概率和等级；水灾风险发生周期较旱灾要短，风险也较高，如5%面积指数下的水灾风险概率为每年一遇，而旱灾为1~2a一遇。

2）盘锦市各分区的成灾风险概率随着水灾、旱灾成灾程度的增大呈减小趋势，成灾面积指数相同情况下，同一地区的水灾高于旱灾风险等级。

3）从空间分布上，水灾风险表现出东部、南部高于北部及西部的特征，大洼区相的水灾风险防范任务更艰巨；旱灾风险表现出北部、西部高于南部及东部的特征，盘山县的旱灾风险防范任务更艰巨。

4）研究表明，由于所选取的样本数据不同，使用信息扩散模型评估的水旱灾害风险结果略有差异，但并未改变总体变化规律。为进一步提升水旱灾害评估的连续性与时效性，保证评价结果的指导性、科学性和有效性，可以引入3S技术和实施监控数据做更加深入的研究。