屈艷萍，楊曉靜，蘇志誠(chéng)，呂 娟，張偉兵

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心，北京 100038）

1 研究背景

從近1000年歷史來(lái)看，我國(guó)發(fā)生持續(xù)時(shí)間在3年以上、覆蓋區(qū)域在4 個(gè)省份以上的干旱事件有10例，對(duì)社會(huì)發(fā)展造成嚴(yán)重影響［1］。其中，明末崇禎大旱，以華北9省市為核心，涉及黃淮海流域和長(zhǎng)江流域中約20個(gè)省區(qū)，前后持續(xù)10余年，重旱期7年（1637—1643年），山西汾水、漳河均枯竭，河北九河俱干，白洋淀干涸［2-4］。此次干旱具有影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、干旱強(qiáng)度大的特點(diǎn)，形成了典型的“干旱、蝗災(zāi)、饑荒、疫災(zāi)、社會(huì)動(dòng)蕩”災(zāi)害鏈?zhǔn)椒磻?yīng)［5］，因該災(zāi)害鏈導(dǎo)致1630年至1644年間華北地區(qū)人口減少了約1730萬(wàn)［6］，成為導(dǎo)致明王朝衰亡和社會(huì)不穩(wěn)定的重要因素。新中國(guó)成立70多年來(lái)，我國(guó)雖然經(jīng)歷了幾次大的干旱，但是規(guī)模和影響程度都不及歷史極端大旱嚴(yán)重。水利部原副部長(zhǎng)矯勇曾在2015年的水資源管理工作座談會(huì)和2016年“水利的歷史與未來(lái)”學(xué)術(shù)研討會(huì)上指出，當(dāng)今社會(huì)若再次遭遇類(lèi)似1730—1740年代、1870年代的極端干旱事件，整個(gè)水資源、水庫(kù)蓄水、地下水、經(jīng)濟(jì)社會(huì)需水、生態(tài)環(huán)境需水都將面臨極大的挑戰(zhàn)［7］。目前，我國(guó)有關(guān)干旱的規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)、制度等大部分都是按照常規(guī)情況來(lái)考慮的，幾乎沒(méi)有考慮大范圍、長(zhǎng)歷時(shí)的極端干旱事件發(fā)生的問(wèn)題。隨著全球氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響的加劇，重特大干旱的發(fā)生頻率、致災(zāi)強(qiáng)度和影響范圍都在顯著增大［8-9］，多年持續(xù)嚴(yán)重干旱是水安全的巨大威脅，如何保障多年持續(xù)嚴(yán)重干旱期的水安全是對(duì)水管理者的巨大挑戰(zhàn)［10］。因此，開(kāi)展歷史典型場(chǎng)次特大干旱事件重演研究，定量分析極端事件情景再現(xiàn)對(duì)現(xiàn)狀防御條件下的社會(huì)經(jīng)濟(jì)可能的影響，能夠?yàn)闃O端狀況下的干旱災(zāi)害防御提供支撐，具有重要的戰(zhàn)略意義。

相較于干旱監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)以及旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面的研究，受資料數(shù)據(jù)、研究方法等限制，國(guó)內(nèi)外有關(guān)歷史干旱的定量研究相對(duì)較少。F.Dom′?nguez-Castro1 等［11］利用歷史上有關(guān)祈雨儀式的記載評(píng)估了1750—1850年西班牙的極端干旱事件，研究表明1750—1754年、1779—1783年是最干旱的時(shí)段，并指出祈雨記載對(duì)于研究伊比利亞半島歷史干旱頻率和強(qiáng)度問(wèn)題具有很好的價(jià)值。Mi?hael Bren?i?［12］基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)分析了阿爾卑斯山東南部19 世紀(jì)下半葉以來(lái)的極端歷史干旱事件。Gerry Spraggs 等［13］通過(guò)延長(zhǎng)降水資料序列重建了英國(guó)1798—2010年歷史干旱事件。1990年代國(guó)內(nèi)開(kāi)展了歷史干旱重演的相關(guān)研究。黃河水利委員會(huì)以典型代表站點(diǎn)1922—1932年的降水量和天然徑流量為基礎(chǔ)，采用同倍比縮小的方法模擬歷史特大干旱年組的設(shè)計(jì)降雨和設(shè)計(jì)年徑流過(guò)程，初步分析了1632—1642年黃河流域歷史特大干旱，分區(qū)估算歷史特大干旱年組一旦重演對(duì)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)、灌溉農(nóng)業(yè)、工業(yè)及城市生活等方面的影響［14］。甘肅省水利廳以1928年特大干旱時(shí)期河流來(lái)水過(guò)程為基礎(chǔ)，結(jié)合2000年左右工程供水能力和各用水部門(mén)需水水平，以流域?yàn)閱挝豢锼憧晒┧亢托杷?，分區(qū)估算受災(zāi)面積、受災(zāi)人口、糧食減產(chǎn)、工業(yè)減產(chǎn)等［15］。山西水利廳在對(duì)1950年以來(lái)山西干旱年份降水與河川徑流對(duì)照分析的基礎(chǔ)上，將全省劃分為15 個(gè)計(jì)算分區(qū)，分別模擬分析1876—1878年特大干旱在2000年重演時(shí)的河川徑流狀況以及不同行業(yè)供缺水狀況，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了對(duì)策研究［16］。王強(qiáng)［17］將歷史文獻(xiàn)中有關(guān)災(zāi)情記錄中的減產(chǎn)成數(shù)折算為糧食產(chǎn)量，再逐年計(jì)算，對(duì)崇禎大旱年景下中國(guó)的糧食安全進(jìn)行評(píng)估。上述研究對(duì)于相關(guān)區(qū)域極端狀況下的干旱災(zāi)害防御具有一定的參考價(jià)值，但總體還存在一些問(wèn)題：首先，上述研究主要是1990年代初期開(kāi)展的，而近30年來(lái)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)發(fā)生巨大的變化，相關(guān)研究成果已不能反映現(xiàn)實(shí)影響。其次，上述研究過(guò)程中缺乏對(duì)抗旱減災(zāi)能力的考慮。已開(kāi)展的重演研究在估算歷史特大干旱情景下現(xiàn)狀工農(nóng)業(yè)用水受影響的情況時(shí)，并未考慮流域或區(qū)域內(nèi)蓄引提調(diào)等水利設(shè)施條件等抗旱減災(zāi)能力的作用［18］。

為此，本文在提出歷史特大干旱重演影響分析方法的基礎(chǔ)上，開(kāi)展現(xiàn)狀防御條件下明崇禎大旱重演的情景分析研究，估算一旦發(fā)生類(lèi)似明崇禎大旱對(duì)供水、糧食以及經(jīng)濟(jì)的可能影響。

2 歷史特大干旱重演影響分析方法

特大干旱是指因大范圍、長(zhǎng)歷時(shí)降水減少引起的嚴(yán)重用水短缺，并對(duì)生活、生產(chǎn)和生態(tài)造成嚴(yán)重影響甚至破壞性損害的事件［19］。大范圍、長(zhǎng)歷時(shí)降水減少是特大干旱的直接驅(qū)動(dòng)因素，進(jìn)而導(dǎo)致河川徑流量銳減、湖庫(kù)入流劇減甚至地下水位下降等水文干旱現(xiàn)象。當(dāng)水文干旱累積到一定程度，將導(dǎo)致大范圍、長(zhǎng)歷時(shí)的水工程供水不足，促使經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡遭到破壞，進(jìn)而造成嚴(yán)重影響或損害［20］。因此，本文在進(jìn)行歷史特大干旱重演研究時(shí)，針對(duì)特大干旱發(fā)生的區(qū)域，首先復(fù)原歷史特大干旱場(chǎng)景，之后根據(jù)現(xiàn)有供水工程能力水平和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的需水水平進(jìn)行水量供需分析，進(jìn)而估算特大干旱導(dǎo)致的缺水狀況對(duì)供水、糧食以及經(jīng)濟(jì)等方面的可能影響。為此，本文提出了一套歷史特大干旱重演影響分析方法，主要涉及量化歷史特大干旱降水量、推求特大干旱水資源總量、推求特大干旱可供水總量、推求特大干旱總?cè)彼恳约翱赡苡绊懛治龅燃夹g(shù)環(huán)節(jié)。

2.1 量化歷史特大大旱年降水量有關(guān)歷史時(shí)期的降水、徑流等水文氣象狀況，歷史文獻(xiàn)中也有記載，但多是定性文字描述，少有定量記載。因此，需要考慮代用資料，利用已有的資料將定性的描述轉(zhuǎn)化為定量的數(shù)據(jù)。本研究以中央氣象局氣象科學(xué)研究院于1981年出版的《中國(guó)近五百年旱澇分布圖集》中旱澇等級(jí)資料為基礎(chǔ)進(jìn)行歷史大旱降水量量化工作［21-22］。

首先，確定歷史大旱期間以省級(jí)行政區(qū)為單元的干旱強(qiáng)度等級(jí)。該圖集基于全國(guó)120個(gè)站點(diǎn)（每個(gè)站點(diǎn)相當(dāng)于現(xiàn)在行政區(qū)劃的1～2個(gè)地市）歷史旱澇記載，將旱澇分為1級(jí)—澇、2級(jí)—偏澇、3級(jí)—正常、4級(jí)—偏旱、5級(jí)—旱，每個(gè)省級(jí)單元大致包括4～5個(gè)站點(diǎn)。對(duì)同一年份，將不同站點(diǎn)的干旱等級(jí)進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算得到各省逐年旱澇等級(jí)值，并參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《氣象干旱等級(jí)》（GB/T 20481-2017）［18］，將年度干旱強(qiáng)度劃分為特旱、重旱、中旱、輕旱4個(gè)等級(jí)。

其次，建立歷史大旱旱澇等級(jí)值與降水量偏少程度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，量化歷史特大大旱年降水量。首先根據(jù)清朝政府從1736年至1911年在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)每個(gè)降水過(guò)程的入滲深度或積雪厚度進(jìn)行觀(guān)測(cè)的記錄（清宮檔案“雨雪分寸”），進(jìn)行典型地區(qū)歷史降水量定量重建［23-25］，以1949年以來(lái)降水序列為參照對(duì)象計(jì)算得到年降水距平百分率，進(jìn)而建立歷史大旱旱澇等級(jí)值與降水量偏少程度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1所示，實(shí)現(xiàn)歷史特大大旱年降水量的量化。

表1 歷史大旱旱澇等級(jí)值與降水量偏少程度對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.2 推求特大干旱水資源總量

（1）推求特大干旱年徑流系數(shù)。在現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展之前，歷史時(shí)期降水、徑流等都沒(méi)有定量觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。在前文中，已闡明通過(guò)建立歷史大旱旱澇等級(jí)值與降水量偏少程度之間的關(guān)系重建歷史降水量，進(jìn)而可以利用徑流系數(shù)反算徑流量。雖然一個(gè)地區(qū)多年平均的徑流系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，但是受不同時(shí)期流域特征變化以及降雨特征變化的影響，不同年份的徑流系數(shù)也是變化的。在資料匱乏狀況下，如何確定歷史特大干旱期間的徑流系數(shù)進(jìn)而推算歷史徑流量，是歷史極端干旱重演研究需要解決的問(wèn)題之一。特大干旱年在現(xiàn)代并非罕見(jiàn)，譬如2006年川渝大旱、2010年西南大旱等，只是不像崇禎大旱、光緒大旱等歷史特大干旱那樣持續(xù)數(shù)年之久。為此，本研究中將歷史特大干旱視為多個(gè)特大干旱年的疊加。具體而言，依據(jù)1997—2018年各省《水資源公報(bào)》中年徑流量與年降水量數(shù)據(jù)，以省級(jí)行政區(qū)為計(jì)算單元，計(jì)算各省逐年徑流系數(shù)。在計(jì)算的逐年年徑流系數(shù)序列中，找出最枯年的徑流系數(shù)作為特大干旱年徑流系數(shù)αEX。

式中：α為年徑流系數(shù)；R為年徑流深，mm；P為年降水量，mm。

（2）推求特大干旱年地表水資源量。利用特大干旱年徑流系數(shù)αEX，計(jì)算得到特大干旱年地表水資源量WEX-S。

式中：REX為特大干旱年地表徑流深，mm；αEX為特大干旱年徑流系數(shù)；PEX為特大干旱年降水量，mm；WEX-S為特大干旱年地表水資源量，m3；F為區(qū)域面積，km2。

（3）推求特大干旱年水資源總量

式中：WEX為特大干旱年水資源總量，m3；WEX-S為特大干旱年地表水資源量，m3；WEX-G為特大干旱年地下水資源量，m3；EEX-R為特大干旱年地表地下水資源重復(fù)計(jì)算量，m3；為多年平均地下水資源量，取1997—2018年平均值，m3；β為地下水消減系數(shù)，根據(jù)當(dāng)年的降水量及前一年的降水量確定；為多年平均地表地下水資源重復(fù)計(jì)算量，m3。

2.3 推求特大干旱可供水總量

（1）推求特大干旱本地地表年供水量。利用1997—2018年各省“水資源公報(bào)”中地表水資源量、地表供水量、調(diào)入水量等數(shù)據(jù)，計(jì)算逐年本地地表可供水系數(shù)：

式中：δ為本地地表可供水系數(shù)；WS為年地表水資源量，m3；SS-L為本地地表實(shí)際年供水量，m3；SS為地表實(shí)際年供水量，m3；ST-I為實(shí)際年調(diào)入水量，m3。

在計(jì)算的本地地表可供水系數(shù)序列中，找出最枯年的可供水系數(shù)作為特大干旱本地地表年可供水系數(shù)δEX，進(jìn)而推求特大干旱本地地表年供水量，公式如下：

式中：SEX-S-L為特大干旱本地地表年供水量，m3；δEX為特大干旱本地地表年可供水系數(shù)；WEX-δ為特大干旱年地表水資源量，m3。

（2）推求特大干旱年可供水總量?？晒┧偭恐饕ū镜氐乇砉┧俊⒌叵鹿┧?、調(diào)入水量以及其他供水水源（含海水淡化水、再生水等）。據(jù)此計(jì)算特大干旱年可供水總量，公式如下：

式中：SEX為特大干旱年可供水總量，m3；SEX-S-L為特大干旱本地地表年供水量，m3；SEX-G為特大干旱地下年供水量，考慮到特大干旱情況下因地表水極度缺乏、地下水相對(duì)穩(wěn)定，取“水資源公報(bào)”逐年地下水供水量序列數(shù)據(jù)均值，m3；SEX-T-I為特大干旱年調(diào)入水量，一般取近5年均值，考慮調(diào)水多為跨區(qū)域或跨流域調(diào)水，當(dāng)受水區(qū)遭遇特大干旱時(shí)，在工程可調(diào)度能力范圍內(nèi)，將適當(dāng)增加調(diào)入水量，根據(jù)連旱年數(shù)、工程情況取1.1～1.2 倍；SEX-E為特大干旱年其他水量，考慮海水、咸水、再生水等非常規(guī)水生產(chǎn)受降水偏少影響較小，在企業(yè)生產(chǎn)能力范圍內(nèi)，將適當(dāng)增加產(chǎn)能，根據(jù)地區(qū)情況取1.1～1.2倍。

2.4 推算特大干旱年總?cè)彼扛鶕?jù)不同承災(zāi)對(duì)象的需水特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)需水量可以分別以下三類(lèi)：與降水量密切相關(guān)的需水，主要指灌溉農(nóng)業(yè)需水；與降水量關(guān)系不密切的需水，主要指生活需水和工業(yè)需水；以及具有一定彈性的需水，主要指生態(tài)環(huán)境需水，包括城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境需水。特大干旱年需水量，按如下公式計(jì)算：

式中：DEX為特大干旱年總需水量，m3；DEX-A-I為特大干旱年灌溉農(nóng)業(yè)需水量，m3；DEX-L為特大干旱年生活需水量，取2018年水資源公報(bào)相應(yīng)值，m3；DEX-I為特大干旱年工業(yè)需水量，取2018年“水資源公報(bào)”相應(yīng)值，m3；DEX-E為特大干旱年人工生態(tài)環(huán)境需水量，包括農(nóng)村生態(tài)環(huán)境需水量和城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水量，取2018年“水資源公報(bào)”相應(yīng)值，m3；AA-I為現(xiàn)狀年灌溉農(nóng)業(yè)面積，取2018年值，103hm2；mEX為特大干旱情形下綜合灌溉定額，取“水資源公報(bào)”中綜合灌溉定額序列中的最小值，m3/hm2。

進(jìn)而計(jì)算得到特大干旱年總?cè)彼浚?/p>

式中：ΔEX為特大干旱年總?cè)彼?，m3；DEX為特大干旱年總需水量，m3；SEX為特大干旱年可供水總量，m3。

2.5 特大干旱可能影響分析

（1）確定特大干旱情形下用水優(yōu)先次序及壓縮方案。根據(jù)承災(zāi)對(duì)象不同，用水對(duì)象主要分為生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境用水。其中，生活用水包括城鄉(xiāng)居民生活用水和公共用水（第三產(chǎn)業(yè)和建筑業(yè)用水等），生態(tài)環(huán)境用水包括城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境用水和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境用水。按照用水對(duì)象的重要性以及承受干旱缺水的能力，確定特大干旱情形下的用水優(yōu)先原則如下：城鄉(xiāng)居民生活用水、公共用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)生態(tài)用水、農(nóng)業(yè)用水、農(nóng)村生態(tài)用水。進(jìn)而，根據(jù)干旱缺水嚴(yán)重程度，確定特大干旱情形下用水壓縮方案。

（2）特大干旱對(duì)糧食生產(chǎn)的影響。根據(jù)農(nóng)業(yè)用水來(lái)源不同，可以分為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和灌溉農(nóng)業(yè)。當(dāng)發(fā)生干旱時(shí)，首先受到影響的是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，隨著干旱程度的加劇和歷時(shí)的增長(zhǎng)，灌溉農(nóng)業(yè)也會(huì)逐漸受到影響。農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)量為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和灌溉農(nóng)業(yè)因旱減產(chǎn)量之和。

式中：LEX-A為特大干旱農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)量，t；LEX-A-R為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)量，t；LEX-A-I為灌溉農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)量，t；ΔEX-A為特大干旱農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)率，%；G為現(xiàn)狀年糧食總產(chǎn)量，t；AA-R為現(xiàn)狀年雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)面積，103hm2；A為現(xiàn)狀年耕地面積，103hm2；AA-I為現(xiàn)狀年灌溉農(nóng)業(yè)面積，取2018年值，103hm2；DA-R為現(xiàn)狀年雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)平均單產(chǎn)，kg/hm2；φ為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)系數(shù)，根據(jù)干旱等級(jí)來(lái)確定，特旱、重旱、中旱、輕旱依次取0.6、0.4、0.2和0.1；UEX-A為特大干旱情形下灌溉農(nóng)業(yè)被壓減的灌溉用水量，m3；YA為現(xiàn)狀年單方水糧食產(chǎn)量，kg/m3。

（3）特大干旱對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響。特大干旱情況下，首先壓縮的往往是農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水，但隨著持續(xù)時(shí)間的增加，工業(yè)生產(chǎn)也會(huì)受到?jīng)_擊，首先是高耗水行業(yè)被關(guān)停，如化工、火電、鋼鐵行業(yè)等，其次旱區(qū)非支柱非民生產(chǎn)業(yè)限產(chǎn)或停產(chǎn)，最后可能對(duì)關(guān)系民生的行業(yè)造成一定影響，之后對(duì)第三產(chǎn)業(yè)也會(huì)造成影響。特大干旱直接經(jīng)濟(jì)總損失：

式中：ELEX為特大干旱直接經(jīng)濟(jì)總損失，元；ELEX-A為特大干旱農(nóng)業(yè)因旱經(jīng)濟(jì)損失，元；ELEX-I為特大干旱工業(yè)因旱經(jīng)濟(jì)損失，元；ELEX-T為特大干旱第三產(chǎn)業(yè)因旱經(jīng)濟(jì)損失，元；LEX-A為特大干旱農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)量，t；PA為農(nóng)產(chǎn)品綜合價(jià)格，元；UEX-I為特大干旱情形下工業(yè)被壓減的用水量，m3；YI為現(xiàn)狀年單方水工業(yè)增加值，元/m3；UEX-T為特大干旱情形下公共用水被壓減的用水量，m3；YT為現(xiàn)狀年單方水第三產(chǎn)業(yè)增加值，元/m3。

3 明末崇禎大旱重演影響分析結(jié)果

3.1 崇禎大旱核心區(qū)域旱情演變過(guò)程崇禎大旱是近500年來(lái)我國(guó)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、受災(zāi)范圍最廣的特大干旱事件。此次大旱，早在1627年在陜西北部出現(xiàn)，1643年大部分地區(qū)旱情明顯減輕，前后持續(xù)17年，其中最嚴(yán)重的時(shí)段為1637—1643年。中國(guó)南、北方共有20余省份相繼受災(zāi)，其中核心區(qū)域涉及黃淮海地區(qū)的北京、天津、河北、山西、陜西、河南、山東、江蘇、安徽9?。ㄊ校?。崇禎大旱核心區(qū)域逐年旱情演變過(guò)程如圖1所示。

圖1 崇禎大旱核心區(qū)域旱情演變過(guò)程

3.2 崇禎大旱重演對(duì)水資源的影響在現(xiàn)狀自然地理?xiàng)l件下，一旦發(fā)生類(lèi)似崇禎年間連續(xù)7年的大旱，將對(duì)水資源系統(tǒng)造成極大的影響。大旱期間，核心區(qū)域9省市水資源總量較多年平均水資源量的偏少比例在22.0%～55.8%之間，除第6年和第7年，其他年份均偏少5 成以上，見(jiàn)表2。大旱期間，人均水資源量最小的是天津市，僅為38.45 m3/人，最大的是安徽省，為592 m3/人。除安徽省外，其余8省均在國(guó)際公認(rèn)的缺水標(biāo)準(zhǔn)極端缺水標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)500 m3/人以下。

表2 崇禎大旱核心區(qū)域水資源量狀況

3.3 崇禎大旱重演對(duì)供水的影響考慮調(diào)水工程和大中型水庫(kù)蓄水工程調(diào)蓄作用時(shí)，隨著崇禎大旱的歷史演進(jìn)，缺水量逐年增加，到第5年達(dá)到峰值，核心區(qū)域9省市總?cè)彼窟_(dá)到741.7億m3，缺水率達(dá)到38.7%，之后缺水量回落，多年平均缺水率為21.9%。與此形成鮮明對(duì)比的是，倘若不考慮調(diào)水工程和大中型水庫(kù)蓄水工程調(diào)蓄作用，因旱導(dǎo)致的缺水程度將大幅加劇，大旱第1年就出現(xiàn)高達(dá)30.7%的缺水率，到第5年達(dá)到46.7%，多年平均缺水率高達(dá)33%。對(duì)于這種高強(qiáng)度、長(zhǎng)歷時(shí)的特大干旱，只要不是受水區(qū)和調(diào)水區(qū)同時(shí)受旱，調(diào)水工程對(duì)于提高區(qū)域供水保障程度可持續(xù)發(fā)揮作用。大中型水庫(kù)多年調(diào)節(jié)能力也非常重要，特別是在這種特大干旱的前期，能顯著提升區(qū)域供水保障能力。崇禎大旱核心區(qū)域不同水利工程條件下缺水狀況詳見(jiàn)表3。

表3 崇禎大旱核心區(qū)域不同水利工程條件下缺水狀況

從區(qū)域上來(lái)看，由于不同地區(qū)水利工程條件存在一定差異，一旦崇禎大旱重演，各省的因旱缺水情況也不盡相同?？紤]調(diào)水工程和大中型水庫(kù)蓄水工程調(diào)蓄作用時(shí)，在特大干旱第1年，各省用水需求基本都可以得到保障，隨著干旱的持續(xù)，因旱缺水區(qū)域差異開(kāi)始顯現(xiàn)，如圖2（a）所示。得益于南水北調(diào)東線(xiàn)工程、中線(xiàn)工程以及前期大中型水庫(kù)蓄水狀況，加上產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較為優(yōu)化、節(jié)水技術(shù)等較為先進(jìn)，即使大旱7年，北京、天津的供水也能夠得到保障，缺水風(fēng)險(xiǎn)較小。與北京、天津形成鮮明對(duì)比的是，陜西、山西等省由于缺少骨干調(diào)水工程、水庫(kù)庫(kù)容密度較低等，在特大干旱第2年就出現(xiàn)明顯缺水狀況，江蘇、安徽等省因?yàn)橐缘乇硭垂┧疄橹鳎貏e是以河道取水為主，在如此嚴(yán)重的干旱情勢(shì)下，地表水因降水持續(xù)偏少而急劇減少，缺水風(fēng)險(xiǎn)較為嚴(yán)重，對(duì)供水安全造成嚴(yán)重威脅。倘若不考慮水利工程調(diào)蓄作用，崇禎大旱核心區(qū)域9省市從第1年就將全部出現(xiàn)嚴(yán)重因旱缺水現(xiàn)象，且區(qū)域差異較現(xiàn)狀水利工程條件下明顯降低，如圖2（b）所示。

圖2 崇禎大旱核心區(qū)域各省不同水利工程條件下缺水狀況

綜合以上，可見(jiàn)我國(guó)自新中國(guó)成立興建的各類(lèi)蓄水工程、引水工程、提水工程和調(diào)水工程對(duì)于保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)供水發(fā)揮了極其重大的作用。得益于這些水利工程，我國(guó)已具備抵御中等干旱的能力。當(dāng)發(fā)生類(lèi)似崇禎大旱時(shí)，因?yàn)槌龉こ淘O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因旱缺水無(wú)法避免，但是對(duì)于減輕缺水程度、推延缺水出現(xiàn)的時(shí)間具有重要作用。未來(lái)，隨著各類(lèi)水利工程合理新建、有效擴(kuò)建，以及不同水系、河湖之間的互聯(lián)互通，水利工程覆蓋率將得到進(jìn)一步提高，水利工程保障能力也將進(jìn)一步加強(qiáng)，抵御這種特大干旱的能力也將隨之提升。

3.4 崇禎大旱重演對(duì)糧食的影響古往今來(lái)，農(nóng)業(yè)歷來(lái)是是受干旱災(zāi)害影響最直接、最嚴(yán)重的行業(yè)。根據(jù)不同承災(zāi)對(duì)象分，用水對(duì)象主要分為生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境用水。根據(jù)《全國(guó)抗旱規(guī)劃》［22］，當(dāng)發(fā)生特大干旱時(shí)，在保障城鄉(xiāng)居民生活基本飲用水安全條件下，應(yīng)盡可能保障城鎮(zhèn)重點(diǎn)部門(mén)、單位和企業(yè)最基本用水需求；保障商品糧基地、基本口糧田、主要經(jīng)濟(jì)作物的農(nóng)作物播種期或作物生長(zhǎng)關(guān)鍵期的基本用水需求。結(jié)合《全國(guó)抗旱規(guī)劃》要求，考慮用水對(duì)象的重要性以及承受干旱缺水的能力，確定特大干旱情形下用水壓縮方案如下：當(dāng)總?cè)彼?20%，且缺水量占農(nóng)業(yè)需水量比例<50%情況下，壓減水量全部由農(nóng)業(yè)用水考慮；當(dāng)20%<總?cè)彼?40%，農(nóng)業(yè)按照農(nóng)業(yè)需水量的40%壓減，生態(tài)按照生態(tài)需水量的20%壓縮，剩余部分分別按照工業(yè)、服務(wù)業(yè)、生活占60%、30%、10%壓減；當(dāng)40%<總?cè)彼?60%，農(nóng)業(yè)按照農(nóng)業(yè)需水量的60%壓減，生態(tài)按照生態(tài)需水量的40%壓縮，剩余部分分別按照工業(yè)、服務(wù)業(yè)、生活占70%、20%、10%壓減；當(dāng)總?cè)彼?60%，農(nóng)業(yè)按照農(nóng)業(yè)需水量的80%壓減，生態(tài)按照生態(tài)需水量的60%壓縮，剩余部分分別按照工業(yè)、服務(wù)業(yè)、生活占80%、10%、10%壓減。

在上述用水壓縮方案下，一旦發(fā)生類(lèi)似崇禎大旱，現(xiàn)狀水利工程條件下，核心區(qū)域9省市多年平均糧食減產(chǎn)量為7263.6萬(wàn)t，多年平均減產(chǎn)率接近3成。在特大干旱第1年，糧食減產(chǎn)率為11.2%，但隨著高強(qiáng)度干旱連年持續(xù)，糧食減產(chǎn)率逐年增加，到特大干旱第5年達(dá)到峰值，減產(chǎn)量達(dá)到10 270.6萬(wàn)t，相當(dāng)于2000年全國(guó)大旱因旱糧食減產(chǎn)6000萬(wàn)t的1.7倍，減產(chǎn)率接近4成。倘若不考慮水利工程調(diào)蓄作用，崇禎大旱核心區(qū)域9省市多年平均糧食減產(chǎn)量為10843.2萬(wàn)t，多年平均減產(chǎn)率超過(guò)4成。崇禎大旱核心區(qū)域不同水利工程條件下糧食減產(chǎn)狀況如表4所示。

表4 崇禎大旱核心區(qū)域不同水利工程條件下糧食減產(chǎn)狀況

受現(xiàn)狀產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局影響，一旦崇禎大旱重演，各地因旱糧食減產(chǎn)情況也存在明顯區(qū)域特征，如圖3所示。在現(xiàn)狀水利工程條件下，河南省因旱糧食減產(chǎn)量占總減產(chǎn)量的比例最高，為25.1%，其次是山東、河北。倘若不考慮水利工程調(diào)蓄作用，河南省因旱糧食減產(chǎn)量占總減產(chǎn)量的比例將達(dá)到40.9%。換言之，當(dāng)發(fā)生特大干旱時(shí)，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將遭到重創(chuàng)。一旦發(fā)生大范圍的嚴(yán)重干旱，將可能對(duì)國(guó)家糧食安全產(chǎn)生影響。

圖3 崇禎大旱核心區(qū)域各省不同水利工程條件下糧食減產(chǎn)狀況

3.5 崇禎大旱重演對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響在上述用水壓縮方案下，一旦發(fā)生崇禎大旱，將造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，且隨著如此高強(qiáng)度干旱的持續(xù)，對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響逐年加重，如圖4所示。在現(xiàn)狀水利工程條件下，特大干旱第1年，核心區(qū)域9省市直接經(jīng)濟(jì)總損失占區(qū)域GDP的比例為1.52%（圖4（a）），占全國(guó)GDP 的比例為0.62%（圖4（b））。但是隨著干旱的持續(xù)，缺水程度的加劇，經(jīng)濟(jì)損失大幅度增加，到特大干旱第5年，直接經(jīng)濟(jì)總損失占區(qū)域GDP的比例將達(dá)到11.1%，占全國(guó)GDP的比例為4.53%。倘若不考慮水利工程調(diào)蓄作用，特大干旱第1年直接經(jīng)濟(jì)總損失占區(qū)域GDP的比例就將達(dá)到6.49%，占全國(guó)GDP 的比例為2.65%，到特大干旱第5年，直接經(jīng)濟(jì)總損失占區(qū)域GDP 的比例將達(dá)到30.76%，占全國(guó)GDP的比例為12.56%。綜合以上，一旦發(fā)生崇禎那樣連續(xù)7年高強(qiáng)度的大旱，將對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重影響，甚至引起經(jīng)濟(jì)倒退，嚴(yán)重影響保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展以及人民群眾對(duì)美好生活的向往。

圖4 崇禎大旱核心區(qū)域重演對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響

4 結(jié)論

本文提出了一套歷史特大干旱重演影響分析方法，主要涉及量化歷史特大干旱降水量、推求特大干旱水資源總量、推求特大干旱可供水總量、推求特大干旱總?cè)彼恳约翱赡苡绊懛治龅燃夹g(shù)環(huán)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，并以明崇禎大旱為例，開(kāi)展現(xiàn)狀防御條件下重演情景分析研究，估算一旦發(fā)生類(lèi)似明崇禎大旱對(duì)供水、糧食以及經(jīng)濟(jì)的可能影響。主要結(jié)論如下：

（1）在現(xiàn)狀自然地理?xiàng)l件下，一旦發(fā)生類(lèi)似崇禎年間連續(xù)7年的大旱，將對(duì)水資源系統(tǒng)造成極大的影響。除第6、7年，大旱核心區(qū)域9省市水資源總量較多年平均偏少5成以上。

（2）當(dāng)發(fā)生類(lèi)似崇禎那樣的高強(qiáng)度、長(zhǎng)歷時(shí)的特大干旱時(shí)，因?yàn)槌龉こ淘O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因旱缺水無(wú)法避免，但是水利工程對(duì)于減輕缺水程度、推延缺水出現(xiàn)的時(shí)間具有重要作用?，F(xiàn)狀水利工程條件下，第1年供水基本不受影響，之后缺水量逐年增加，到第5年達(dá)到峰值，9省市總?cè)彼窟_(dá)到741.7億m3，缺水率達(dá)到38.7%；若不考慮水利工程作用，因旱導(dǎo)致的缺水程度將大幅加劇，大旱第1年缺水率就高達(dá)30.7%，到第5年達(dá)到46.7%。

（3）農(nóng)業(yè)是干旱災(zāi)害影響最直接、最嚴(yán)重的行業(yè)，當(dāng)發(fā)生高強(qiáng)度、長(zhǎng)歷時(shí)的特大干旱時(shí)，糧食主產(chǎn)區(qū)將遭到重創(chuàng)，危及糧食安全?，F(xiàn)狀水利工程條件下，核心區(qū)域9省市多年平均糧食減產(chǎn)7263.6萬(wàn)t，多年平均減產(chǎn)率接近3 成。在特大干旱第1年，糧食減產(chǎn)率為11.2%，但隨著高強(qiáng)度干旱連年持續(xù)，糧食減產(chǎn)率逐年增加，到特大干旱第5年達(dá)到峰值，減產(chǎn)量達(dá)到10 270.6萬(wàn)t。

（4）一旦發(fā)生崇禎那樣連續(xù)7年高強(qiáng)度的大旱，將對(duì)經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重影響。在現(xiàn)狀水利工程條件下，特大干旱第1年，核心區(qū)域9 省市直接經(jīng)濟(jì)總損失占區(qū)域GDP 的1.52%，占全國(guó)GDP 的0.62%，到特大干旱第5年，直接經(jīng)濟(jì)總損失占區(qū)域GDP 的比例將達(dá)到11.1%，占全國(guó)GDP 的比例將達(dá)到4.53%。