朱建海

（甘肅省抗旱防汛指揮部辦公室，730099，蘭州）

一、甘肅省旱災(zāi)概況

干旱災(zāi)害是甘肅省頻繁發(fā)生的自然災(zāi)害之一。1950—2005年的56年中，有17個年份發(fā)生較為嚴(yán)重的旱災(zāi)，特別是1990—2007年的18年中，有7個年份發(fā)生大面積旱災(zāi)。近年，由于氣候變化以及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等諸多因素影響，全省干旱特別是中度以上干旱呈現(xiàn)出頻次逐漸增加、旱情逐漸加重的趨勢。頻繁發(fā)生的旱災(zāi)，造成工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大幅度減產(chǎn)、城鄉(xiāng)居民生活用水嚴(yán)重困難和生態(tài)環(huán)境不斷惡化。其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受旱災(zāi)影響最為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1990—2013年，全省累計(jì)因旱受災(zāi)面積 4.36億畝（15畝=1 hm2），累計(jì)因旱糧食損失185.0億kg，占全省累計(jì)糧食總產(chǎn)量的9.4%。旱災(zāi)減產(chǎn)糧食最多的年份是2001年，減產(chǎn)159萬t，超過當(dāng)年糧食總產(chǎn)量的20%。

面對發(fā)生頻次高、范圍大、災(zāi)情重的干旱災(zāi)害，甘肅省逐漸形成以工程措施和非工程措施為主的抗旱減災(zāi)體系，在抗旱工作中起到了積極重要的作用。但是總體而言，甘肅省現(xiàn)狀抗旱能力還比較弱，在旱情發(fā)生以后，采取單一、被動、應(yīng)急性的抗旱措施和行動，其結(jié)果是抗旱設(shè)施不足、部門協(xié)調(diào)不力，抗旱減災(zāi)效果有限。為了既減輕已發(fā)生的旱災(zāi)可能造成的損失，又能夠降低旱災(zāi)的發(fā)生概率及旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)程度，需要由危機(jī)管理向風(fēng)險(xiǎn)管理轉(zhuǎn)變?？紤]到旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估是旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理的核心內(nèi)容和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文開展基于自然災(zāi)害系統(tǒng)理論的甘肅省農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估研究，旨在推進(jìn)甘肅省抗旱管理科學(xué)化、高效化進(jìn)程，更好地適應(yīng)當(dāng)前抗旱減災(zāi)工作。

二、研究方法

1.評估方法原理

在災(zāi)害學(xué)中,通常認(rèn)為自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是由致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性(Hazard)、承災(zāi)體的暴露性(Exposure)和孕災(zāi)環(huán)境的脆弱性(Vulnerability)3個要素以及由此導(dǎo)致的災(zāi)情共同組成的宏觀結(jié)構(gòu)。旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)由災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)引申而來，是指干旱的發(fā)生、發(fā)展對社會、經(jīng)濟(jì)及自然環(huán)境系統(tǒng)造成影響和危害的可能性。從自然災(zāi)害系統(tǒng)理論來說，旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)表征的是致災(zāi)因子危險(xiǎn)性與承災(zāi)體暴露性、孕災(zāi)環(huán)境脆弱性共同作用的結(jié)果。其中，致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性是指造成旱災(zāi)的自然變異因素及其異常程度，如天然降水異常偏少或氣溫異常偏高的程度等，一般危險(xiǎn)性越大，旱災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)也越大。承災(zāi)體的暴露性，是指可能受到干旱缺水威脅的社會、經(jīng)濟(jì)和自然環(huán)境系統(tǒng)。一個地區(qū)暴露于干旱災(zāi)害危險(xiǎn)因素的價(jià)值密度越高，可能遭受的潛在損失就越大，風(fēng)險(xiǎn)也就越高。孕災(zāi)環(huán)境的脆弱性是指緩沖和吸收干旱不利影響的能力，包括社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)灌溉設(shè)施建設(shè)、防旱抗旱保障體系建設(shè)以及人們防旱抗旱意識的強(qiáng)弱等。一般孕災(zāi)環(huán)境的脆弱性越低，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)也越低。從系統(tǒng)的角度來說，致災(zāi)因子危險(xiǎn)性為系統(tǒng)輸入，承災(zāi)體暴露性、孕災(zāi)環(huán)境脆弱性為系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)為系統(tǒng)輸出。需要指出的是，旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)并不等同于旱災(zāi)，只有當(dāng)因干旱造成的影響和危害的可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，風(fēng)險(xiǎn)才轉(zhuǎn)化為災(zāi)害。

2.評估指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)自然災(zāi)害系統(tǒng)理論，農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的重點(diǎn)是對致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性、承災(zāi)體的暴露性和孕災(zāi)環(huán)境的脆弱性分別進(jìn)行分析和評價(jià)，此過程中指標(biāo)的選取至關(guān)重要。本研究選取的甘肅省農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系見表1。

3.評估模型構(gòu)建及數(shù)據(jù)處理方法

（1）評估模型構(gòu)建

根據(jù)自然災(zāi)害系統(tǒng)理論，旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)是致災(zāi)因子危險(xiǎn)性與承災(zāi)體暴露性、孕災(zāi)環(huán)境脆弱性共同作用的結(jié)果。但具體是何種作用機(jī)制目前并沒有統(tǒng)一的模式。就已有研究來說，采取相加模式和相乘模式較為普遍。本研究中，采取相加模式進(jìn)行甘肅省農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估。評估模型如下：

其中，R為風(fēng)險(xiǎn)值，H為危險(xiǎn)性值，E為暴露性值，V為脆弱性值。

三個性質(zhì)數(shù)值的計(jì)算如下式：

其中，X指危險(xiǎn)性/暴露性/脆弱性，ωi為第i個指標(biāo)的權(quán)重，xi為第i個指標(biāo)值。

（2）指標(biāo)權(quán)重的確定

采用基于層次分析法的模糊綜合評價(jià)方法，確定指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。層次分析法是一種定量與定性相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法，核心是將決策者經(jīng)驗(yàn)判斷定量化，為決策者提供定量形式表達(dá)的決策參考依據(jù)，在多目標(biāo)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)情況下相當(dāng)實(shí)用。層次分析法的基本思路是：首先將所要分析的問題層次化，根據(jù)問題的性質(zhì)和要達(dá)到的總目標(biāo)，將問題分解成不同的組成因素，按照因素間的相互關(guān)系及隸屬關(guān)系，將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層分析結(jié)構(gòu)，最終歸結(jié)為最低層（如指標(biāo)）相對于最高層（總目標(biāo)）相對重要程度的權(quán)值或相對優(yōu)劣次序的問題。層次分析法與其他確定指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的方法相比，最大優(yōu)點(diǎn)在于通過一致性檢驗(yàn)，保持專家思想邏輯上的一致性，在評價(jià)工作中應(yīng)用廣泛。

判斷矩陣U表示對于上一層次某個元素uij的相對重要性。

根據(jù)判斷矩陣U=[ui,j]，求出最大特征根所對應(yīng)的特征向量，特征向量為各評價(jià)因素重要性排序，即權(quán)值。其中，i=1，2，…，n；j=1，2，…，n。

判斷矩陣最大特征根所對應(yīng)的特征向量w：

其中，

用如下公式檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性：

表1 甘肅省農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系

其中，

式中，(UW)i為向量UW的第i個元素；n為指標(biāo)個數(shù)。

按照層次分析法，計(jì)算得出各指標(biāo)的權(quán)重，參見表1。通過一致性檢驗(yàn)，認(rèn)為評價(jià)矩陣及權(quán)重值是合理的，具有一致性。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于不同指標(biāo)的性質(zhì)和量綱不同，它們之間沒有可比性，也無法進(jìn)行綜合計(jì)算處理，因此需要對指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其成為無量綱且處于[0,1]區(qū)間的數(shù)值。

對于正向指標(biāo)（指標(biāo)值越高，其上一級指標(biāo)值也越高）：

式中，xj、xmin、xmax分別為評價(jià)區(qū)間對應(yīng)于某變量j的數(shù)值、j數(shù)據(jù)系列的最小值和最大值；yj為該區(qū)第j個指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化后的值，介于0～1之間。

對于負(fù)向指標(biāo)（指標(biāo)值越高，其上一級指標(biāo)值越低）：

為了避免0和1的邊界值問題，可以將變量數(shù)據(jù)系列的最高值和最低值分別提高和縮減5%。這樣可以提高高值地區(qū)的評價(jià)結(jié)果。所以，上兩式修正為如下格式：

（4）等級劃分

為了把定量計(jì)算與定性評估結(jié)合起來，將不同地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)值及影響的三因素值進(jìn)行等級劃分，每個性質(zhì)劃分成低、較低、一般、較高、高5個等級。對于計(jì)算得出的87個縣（區(qū)）的危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性、風(fēng)險(xiǎn)值，用隸屬度方法將其進(jìn)行等級劃分 （見表2）。隸屬度是在[0,1]之間的數(shù)值，越大表示越接近該性質(zhì)，越小表示越遠(yuǎn)離，因此可以根據(jù)隸屬度大小劃分等級。

隸屬度函數(shù)如下式，并按照表中閾值劃分：

式中，zi為第i個評價(jià)區(qū)的因子值，zmax為因子值中的最大值，zmin為因子值中的最小值。

三、結(jié)果分析

1.危險(xiǎn)性分析

由上述方法計(jì)算得出甘肅省各區(qū)縣農(nóng)業(yè)旱災(zāi)危險(xiǎn)性值，并將結(jié)果繪制成圖1。由圖1可見，由于降水稀少、水資源相對匱乏，全省大部分地區(qū)都處于高危險(xiǎn)性等級。危險(xiǎn)性在流域分布上，黃河流域＞內(nèi)陸河流域＞長江流域；在地級市分布上，嘉峪關(guān)、白銀、臨夏市較大，而天水市、隴南市、甘南州較小。

2.暴露性分析

各區(qū)縣農(nóng)業(yè)旱災(zāi)暴露性結(jié)果見圖2，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較發(fā)達(dá)的地區(qū)農(nóng)業(yè)暴露性較大，全省大部分區(qū)縣處于輕、較輕及一般等級。流域的暴露性呈現(xiàn)內(nèi)陸河流域＞黃河流域＞長江流域。酒泉、武威市的部分區(qū)縣最高，隴南市、甘南州最低。

3.脆弱性分析

甘肅省各區(qū)縣農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性結(jié)果見圖3，全省大部分地區(qū)脆弱性較高，地域上呈現(xiàn)中部較輕、兩邊較重的趨勢，內(nèi)陸河流域輕于黃河流域及長江流域。其中，白銀市、定西市、甘南州水資源開發(fā)利用程度極高，農(nóng)村人口比例大，農(nóng)田有效灌溉比例低，脆弱性較高；而省會蘭州經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，抗旱措施比較完善，嘉峪關(guān)市雖然降水量少，但是農(nóng)業(yè)比重較小，有效灌溉率高，居民收入及抗旱投入較高，因此這兩市脆弱性最低。

4.農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估

甘肅省各區(qū)縣農(nóng)業(yè)旱災(zāi)綜合風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果見圖4，全省大部分區(qū)縣處于一般及較高風(fēng)險(xiǎn)等級，各流域的風(fēng)險(xiǎn)大小呈現(xiàn)黃河流域＞內(nèi)陸河流域＞長江流域。風(fēng)險(xiǎn)最高的出現(xiàn)在武威、酒泉、白銀、定西市的部分區(qū)縣，南部地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)最低。

表2 隸屬度等級劃分依據(jù)

圖2 甘肅省農(nóng)業(yè)旱災(zāi)危險(xiǎn)性分布

圖2 甘肅省農(nóng)業(yè)旱災(zāi)暴露性分布

四、結(jié) 論

本文建立了農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系，利用模糊評價(jià)方法，對甘肅省各區(qū)縣的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性和農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了定量計(jì)算及等級劃分，得出以下結(jié)論：

①甘肅省整體農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較大，主要原因是水資源先天條件不好，抗旱能力較低，導(dǎo)致脆弱性較高。

②甘肅省農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分布具有明顯的流域分布特征，表現(xiàn)為黃河流域＞內(nèi)陸河流域＞長江流域。從危險(xiǎn)性來看，黃河流域＞內(nèi)陸河流域＞長江流域；從暴露性來看，內(nèi)陸河流域＞黃河流域＞長江流域；從脆弱性來看，內(nèi)陸河流域輕于黃河流域及長江流域。

③基于自然系統(tǒng)理論的甘肅省農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析有助于科學(xué)制定抗旱減災(zāi)措施。針對暴露性較高的地區(qū)，可以采取調(diào)整種植結(jié)構(gòu)的方式降低其暴露性，例如改種耗水量低的作物。針對脆弱性較高的地區(qū)，可以通過加大灌區(qū)建設(shè)力度、提高有效灌溉率、完善抗旱工程非工程措施、增加農(nóng)民收入等途徑提高抗旱能力，降低脆弱性。

[1]鄧建偉，等.甘肅省農(nóng)業(yè)抗旱能力綜合評價(jià)[J].人民長江，2010（6）.

[2]陳曉黃.甘肅省抗旱減災(zāi)體系建設(shè)及其抗旱效益[J].中國防汛抗旱，2009（5）.

[3]張麗麗，等.基于模糊隸屬度的白洋淀生態(tài)干旱評價(jià)函數(shù)研究[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（5）.

[4]王正新，等.基于相對隸屬度的灰色聚類評估方法[J].統(tǒng)計(jì)與決策，2012（3）.

[5]劉薇，等.模糊綜合模型在干旱等級評價(jià)中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2007（4）.

[6]于雪峰，等.自然災(zāi)害綜合災(zāi)情相對隸屬度識別理論模型[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（7）.

[7]顏峻，左哲.自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系及方法研究 [J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010（11）.

[8]郭均鵬，吳育華，李汶華.基于標(biāo)準(zhǔn)化區(qū)間權(quán)重向量的層次分析法研究[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2004（7）.

[9]尹占娥.自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論與方法研究[J].上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012（2）.