基于時空維度的中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險分析

1、基于時空維度的中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險分析姓名：田國珍導(dǎo)師：王 平 副教授 劉新立 副教授專業(yè)：地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)方向：地理信息系統(tǒng) 2006年5月29日碩士論文答辯主要內(nèi)容引言；中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險區(qū)劃；中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的時間特征和驅(qū)動力分析；結(jié)論與展望。研究背景中國是一個傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，水災(zāi)是中國主要的農(nóng)業(yè)災(zāi)害之一；近年來，水災(zāi)的次數(shù)和破壞力都有所增加；中國的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)面臨著嚴重的水災(zāi)風險的威脅；洪水控制轉(zhuǎn)化為洪水管理；而洪災(zāi)風險區(qū)劃是洪水風險管理的重要組成部分；農(nóng)業(yè)洪災(zāi)風險區(qū)劃對于減少農(nóng)業(yè)水災(zāi)損失，減輕農(nóng)民負擔具有重要意義；水災(zāi)及其基本屬性洪水和水災(zāi)水災(zāi)的自然屬性和社會屬性水災(zāi)的發(fā)展變化有利于風險

2、區(qū)內(nèi)土地的合理利用和開發(fā)有利于水災(zāi)損失評估有利于防洪救災(zāi)的輔助決策有利于水災(zāi)保險制度的建立和推行 水災(zāi)風險研究的意義客觀性與可控性地域性隨機性動態(tài)性利害兩重性 水災(zāi)風險的特征水災(zāi)風險分析時間維度分析空間維度分析現(xiàn)有的方法多采用傳統(tǒng)的水利經(jīng)濟學(xué)方法，或是概率統(tǒng)計方法；中國在水災(zāi)風險評估方面的工作不夠充分，方法不完善，各種評估的結(jié)果出入較大；單純的農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險研究在國內(nèi)不多，有待于進一步完善；已有的水災(zāi)風險研究在內(nèi)容和形式上處于各自為政的階段，缺乏標準的技術(shù)規(guī)范。 農(nóng)業(yè)水災(zāi)研究的現(xiàn)狀及存在問題論文的研究內(nèi)容及目標本文以農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險作為研究對象，論述了水災(zāi)風險的基本屬性,分析了中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)的風險特征

3、。在此基礎(chǔ)上，利用水災(zāi)風險分析技術(shù)與災(zāi)害統(tǒng)計學(xué)相結(jié)合的方法，在時間維度和空間維度上對中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險進行了綜合研究，度量了中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險，并討論了中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的驅(qū)動力。國內(nèi)的農(nóng)業(yè)風險分析要么只研究空間維度的風險分析，要么只研究時間維度的風險分析，而農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險實際上是這兩種風險的一個綜合，論文的目標是希望通過對農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險分析理論與方法的探索，嘗試建立一種系統(tǒng)完整的基于時空維度的農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險分析模式。研究框架中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險分析空間維度分析時空維度整合分析時間維度分析研究框架觸發(fā)因子分析中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險區(qū)劃下墊面因子分析農(nóng)業(yè)經(jīng)濟因子分析地貌因子分析植被因子分析水文因子分析最大三日降雨量分

4、析降水變率分析降雨變化趨勢分析農(nóng)業(yè)單產(chǎn)分析風險度分析損失變化趨勢分析農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的時間特征分析損失率分析驅(qū)動力分析 中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險區(qū)劃中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險區(qū)劃觸發(fā)因子下墊面自然條件 區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟狀況影響因素1. 中國726個氣象站點的逐旬降雨量數(shù)據(jù)(1961年2000年) (973項目辦提供）2.中國726個氣象站點逐日降雨量數(shù)據(jù)(1995年2002年)（973項目辦提供）觸發(fā)因子降雨量數(shù)據(jù)來源逐季度降雨量計算逐年降雨量計算全國726個站點逐旬降雨量數(shù)據(jù)(1961-2000年)五年降雨量距平分析空間變化趨勢分析各站點最大三日降雨量計算全國726個站點逐日降雨量數(shù)據(jù)(1995-2002年)插值成為

5、全國最大三日降雨量grid年降雨量距平五年滑動平均分析五年逐季度降雨量距平分析降水變率分析降雨潛在危險分級圖降雨量變化趨勢分析觸發(fā)因子降雨量數(shù)據(jù)的處理流程 用研究區(qū)726個站點，19612000年月平均降水量資料，按12月2月為冬季，3月5月為春季，6月8月為夏季，9月11月為秋季，得到研究區(qū)五年年（季）平均降水序列。分別代表19611965、19661970、19711975、19761980、19811985、19861990、19911995和19962000等時間段的平均降水。 觸發(fā)因子降水距平分析由圖可知：近40年來，中國的降水呈現(xiàn)出上下波動的趨勢，但是總趨勢是減少的，尤其是進入上世

6、紀90年代，降水明顯減少，但是在上個世紀6090年代之間，降水基本呈有規(guī)律的變化。 觸發(fā)因子年平均降水距平觸發(fā)因子季平均降水距平由圖可知：各季降水變化并不同。其中，秋季降水明顯減少，冬季的降水稍有減少的趨勢，但基本上變化不大。春季和夏季呈略微增加的趨勢。 從長期變化來看，有明顯的低頻波動。在1960年代初期、19701975 年代、1980 年代初期，以及1990年代中期，降水都是處于偏多的時期；而在19651970年代、19751980年代、19851990年代則是偏干的時期。近40年來，研究區(qū)年降水量變化較大，最大變化幅度為172.4mm。 觸發(fā)因子降水五年滑動平均 n：年數(shù)（n=40）;

7、 Xi第i年的降水量； 40年降水量的均值； 自然數(shù)列（n=1，2,3,40）的均值；計 算公式為： 。當值為正（負）時，表示降雨量在所計算的年份內(nèi)有線增（降）的趨勢。 觸發(fā)因子降水（空間）變化趨勢觸發(fā)因子降水（空間）變化趨勢從圖中可以看出，降水變化趨勢在中國可分為兩種類型的四個大區(qū)域。區(qū)位于青藏高原和西北內(nèi)陸干旱區(qū)，區(qū)位于中部地區(qū)，區(qū)位于東北地區(qū)的蒙北和黑龍江等地，區(qū)位于東南地區(qū)。其中，區(qū)的降水變化趨勢為減少，、區(qū)降水變化趨勢為增加。 其中: 是40年降水的均值；Bi: 第i年降水值。觸發(fā)因子年降水變率降水變率的極值分布在西北內(nèi)陸干旱區(qū)。 由圖可知，中國年降水變率在0，0.56之間變化。通過

8、像元分析，研究區(qū)整體降水變率為0.22。觸發(fā)因子年降水變率中國的水災(zāi)多以暴雨為主，一次暴雨持續(xù)約為34天。根據(jù)歷史水災(zāi)資料分析，最大三日降雨量對水災(zāi)的形成影響最大。海南島地區(qū)多年最大三日降雨量達553mm，而西部大部分地區(qū)最大三日降雨量不足50mm。 從圖可以看出暴雨中心雨量大部分大于300mm，且空間分異明顯，最大三日降雨量從東南向西北遞減。觸發(fā)因子最大三日降雨量觸發(fā)因子降雨因子綜合分析 由圖可知，降雨對水災(zāi)的危險性最大的是臺灣、海南、東南沿海以及安徽和湖南等地，另外，在西北內(nèi)陸干旱區(qū)新疆的塔里木盆地，由于其較高的降水變率，使其具有相對較高的水災(zāi)危險性。 將中國三日降雨量極值和降水變率標準化

9、后疊置，再與降雨量空間變化趨勢圖運算后分級，并根據(jù)其所屬級別賦予不同的影響因子，制作成降雨量因素對洪水的影響分級圖下墊面影響因子分析流程spot影像河流、湖泊矢量圖下墊面潛在危險分級圖 植被影響分級圖DEM坡度圖水文影響分級圖地貌影響分級圖NDVI河流、湖泊緩沖區(qū)分析下墊面影響因子分析 對于同樣量級的洪水，淹沒程度主要取決于下墊面特征。地面高程和坡度的陡峻與平緩決定了匯水的時間長短。 從地貌角度看，水域面積和災(zāi)害程度呈正比。對于小的洪水，水域面積和水災(zāi)程度成反比；對于大的洪水，水域面積和水災(zāi)程度呈正比。兩方面共同作用的結(jié)果，以正比為主。 冠層截留量主要取決于降水的性質(zhì)和冠層的結(jié)構(gòu)特征，植被指數(shù)

10、反映了植被的蓋度分布，同時也間接反映了植物的生物量高低。 下墊面各影響因子產(chǎn)生的水災(zāi)危險性較高的地區(qū)主要分布在中國七大江河的中下游平原地區(qū)。下墊面影響因素結(jié)果分析其中，河南、山東、安徽、江蘇、湖北五省全部地區(qū)為高風險區(qū)，危險性最低的當數(shù)內(nèi)蒙、新疆、青海、西藏的大部。中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟特征分析利用19972003年各省農(nóng)作物總播種面積和糧食生產(chǎn)總量，計算出各省年單位播種面積的糧食產(chǎn)量，進而根據(jù)各省面積，計算出各省單位面積上的糧食單產(chǎn)，以便于比較。 由圖可知：東部沿海平原地區(qū)是農(nóng)作物年均單產(chǎn)最高的地區(qū)，其中，以河南、安徽、山東、江蘇以及臺灣五省最為突出，這是因為這些地區(qū)是中國的農(nóng)業(yè)大省，單位面積所具有的

11、農(nóng)業(yè)產(chǎn)量較高，從而使得潛在的農(nóng)業(yè)易損性是最大。中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險區(qū)劃P（水災(zāi)）=f（觸發(fā)因子，下墊面因子，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟因子） 風險級別 分布范圍 一級 西藏南部、青海南部、甘肅中部、新疆西部、內(nèi)蒙中部 二級 西藏北部、青海北部、四川北部、甘肅東部三級 云南西部、陜西西部、內(nèi)蒙大部、新疆大部、甘肅西部四級 云南東部、貴州西部、陜西東部、山西、內(nèi)蒙東部、黑龍江北部、新疆中部五級 廣西西部、貴州東部、四川東部、河北北部、吉林、黑龍江南部六級 遼寧、湖南南部、廣東北部、廣西北部、福建、浙江七級 河北南部、安徽、湖北中部、江西南部、湖南南部、廣東南部、廣西南部八級 山東、安徽、湖北東部、江西北部、海南、廣東沿

12、海、臺灣南部九級 河南南部、江蘇中部十級 江蘇大部、臺灣南部中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險區(qū)劃結(jié)果分析農(nóng)業(yè)水災(zāi)潛在危險性較大的為東南沿海地區(qū)，尤其一些湖區(qū)具有較高水災(zāi)風險，這些湖泊的調(diào)蓄作用有一定限度，而經(jīng)常發(fā)生的大量降雨極易使得湖區(qū)水滿外溢，給周邊地區(qū)帶來水災(zāi)。東部沿海經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)正好也是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟易損性高的地區(qū)，這是因為這些地區(qū)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)很發(fā)達，單位面積所具有的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟價值很高，從而使得潛在的農(nóng)業(yè)易損性最大。農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險程度高的地區(qū)主要分布在東南部平原區(qū)，尤以七大江河中下游的平原地區(qū)最為嚴重；中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)與中國的季風氣候密切相關(guān)，具有明顯的季節(jié)性。中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的時間特征分析 中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的時間特

13、征分析 中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)損失率估算中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的變化趨勢分析中國水災(zāi)風險的波動性分析中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)的風險度分析Lj 是j省年平均損失率，Mij是第i年j省農(nóng)作物受災(zāi)面積，Nij 是第i年j省農(nóng)作物成災(zāi)面積，Aj 是j縣農(nóng)作物的播種面積。 從圖中可以看出農(nóng)業(yè)水災(zāi)損失率最高的是江西、湖南、湖北等地，損失率最低的是北京、河北、山西、新疆等地 中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)損失率估算中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的變化趨勢分析 利用19522003年全國各省農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積、農(nóng)作物播種面積、糧食產(chǎn)量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以得到52年來中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)絕對受災(zāi)面積變化圖、中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)相對受災(zāi)面積變化圖和農(nóng)作物單產(chǎn)變化圖。 由圖可知，在農(nóng)作物單產(chǎn)保持持續(xù)

14、增長的同時，絕對受災(zāi)面積持續(xù)增加，這必然導(dǎo)致水災(zāi)風險損失的絕對值的增大，同時，相對受災(zāi)面積的增加，也進一步揭示了中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的在未來將會繼續(xù)保持增長的趨勢。 Sj 是中國j省的農(nóng)業(yè)水災(zāi)受災(zāi)面積多年標準差， 是中國第i年j省的農(nóng)業(yè)水災(zāi)受災(zāi)面積， 是中國j省的多年農(nóng)業(yè)水災(zāi)平均受災(zāi)面積。 由圖可知風險波動最大的地區(qū)是江蘇、江西、海南這三個省，波動最小的地區(qū)是甘肅、河北。 中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的波動性分析 同樣的農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險波動值，對于多年農(nóng)業(yè)水災(zāi)平均受災(zāi)面積大的地區(qū)和平均受災(zāi)面積小的地區(qū)所產(chǎn)生的相對風險是不一樣的。風險度是一個動態(tài)的反映，一般來說，波動大的地方，風險度都較大，但是波動不大的地方，如果

15、平均受災(zāi)水平不高，也容易產(chǎn)生較大的風險，如天津和內(nèi)蒙。 S 是農(nóng)業(yè)水災(zāi)相對受災(zāi)面積多年標準差， 是平均受災(zāi)面積中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險度分析 中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險度分級圖中各級別所占面積為因變量Y，中國最大三日降雨量分布圖、中國多年平均降水變率分布圖和中國多年降水變化趨勢圖中各級別所占面積X1、X2和 X3，中國地勢高程圖和中國坡度分級圖各級別所占面積X4與X5，中國河流和湖泊緩沖區(qū)圖各級別所占面積X6，中國植被分級圖各級別所占面積X8，中國農(nóng)作物單產(chǎn)分級圖各級別所占面積X9，為自變量，進行逐步回歸分析 中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的外在驅(qū)動力 降水變率反映了一地的降水量的波動情況多年降水變化趨勢反映了研究區(qū)降雨量隨

16、時間的增減狀況,其與水災(zāi)受災(zāi)面積在時間維度上的線性關(guān)系反映了降雨是引發(fā)中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)的主要原因。中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的外在驅(qū)動力 中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的內(nèi)在驅(qū)動力 全球氣候的變化，氣候變暖使得海平面不斷上升，加上南亞季風和東亞季風的突變，使得降水量波動性增大；由于泥沙淤積、圍湖造田，再加上氣候暖干化，使得湖泊、水庫的面積不斷縮小，降低了其對洪水的調(diào)蓄能力。而土地利用的不合理和退耕還林、退牧還草過程中形成的大量的撂荒地，降低了地表對于洪水的攔劫能力。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國家建立了許多防洪設(shè)施，對于小的洪水，這些設(shè)施起到了一定的防御作用，但是如果洪水一旦超過其承受力，造成的損失將是不可估量的。在這種情況，防洪措

17、施起到了反作用，這也是一種水災(zāi)風險的內(nèi)在影響因素。結(jié)論和展望結(jié)論1) 洪水潛在危險性較大的為東南沿海地區(qū)；尤其是一些湖區(qū)為高洪水風險區(qū)，為此，一方面，要通過加強、修筑防洪工程建設(shè)來降低水災(zāi)的危險性；另一方面，對長江、淮河和嫩江等七大江河中下游平原地區(qū)采取退田還湖的措施，利用蓄滯洪區(qū)來保證重點地區(qū)的安全。2）從空間分布上來看，中國農(nóng)業(yè)水災(zāi)與中國的季風氣候密切相關(guān)，具有明顯的季節(jié)性；處于季風區(qū)省份具有相對較高的農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險，其中，尤以幾個農(nóng)業(yè)大省最為突出，如：河北、河南、山東、江蘇。 3) 從時間發(fā)展上來看，從上世紀50年代以來，農(nóng)業(yè)水災(zāi)受災(zāi)面積呈現(xiàn)出高低高的變化過程，但總趨勢是上漲的。農(nóng)業(yè)水災(zāi)損

18、失率最高的是江西、湖南、湖北，而農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險度較高的是天津、江蘇、河南、吉林、遼寧、內(nèi)蒙等省。4）降雨量的波動和多年降水變化趨勢是農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的顯著線性外在驅(qū)動力，而全球氣候變暖、變干，南亞季風和東亞季風的突變，以及人類對土地的不合理利用是造成農(nóng)業(yè)水災(zāi)風險的內(nèi)在驅(qū)動力。不足和建議1) 本文計算中采用多種比例尺的數(shù)據(jù), 降雨量圖層是由726個站點的數(shù)據(jù)插值得到，下墊面圖層是由1：50萬比例尺的圖得到，而農(nóng)業(yè)損失方面的數(shù)據(jù)是建立在以省為單位的統(tǒng)計資料的基礎(chǔ)上的，相對于前兩者數(shù)據(jù)的比例，后者略為粗糙，但本文本身也是大比例尺的研究，所以上述不足不足以影響結(jié)論。2) 本文在外在驅(qū)動力方面的分析還有待于進一步深入：一方面，本文只考慮了自變量和因變量之間的線性關(guān)系，而未考慮其可能存在非線性關(guān)系；另一方面，本文選取的