干旱與旱災(zāi)若干問題分析

2012年7月干旱與旱災(zāi)若干問題分析

周玉良合肥工業(yè)大學(xué)水利系Email：ZYL54600@163.com水利水電工程專業(yè)創(chuàng)新教育創(chuàng)新能力的內(nèi)涵一、記憶力（迅速、長期記憶）二、注意力（心態(tài)寧靜

）三、想象力（類比等）四、洞察力（發(fā)現(xiàn)規(guī)律）基礎(chǔ)：知識的廣與深

做法：持懷疑態(tài)度學(xué)習(xí)創(chuàng)新的實現(xiàn)一、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和知識的積累二、發(fā)現(xiàn)問題三、了解現(xiàn)狀四、認識問題五、設(shè)計方案六、解決問題及新問題思考，完善七、成果表達（發(fā)明、軟件、論文、報告）干旱與旱災(zāi)若干問題分析提綱一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系二、干旱與旱災(zāi)的概念、內(nèi)涵三、干旱與旱災(zāi)的影響因素四、干旱與旱災(zāi)發(fā)生機理、規(guī)律五、旱災(zāi)管理（創(chuàng)新成果的運用）

一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系1、我國旱情旱災(zāi)發(fā)生背景2、新中國成立以來的旱情旱災(zāi)情勢3、應(yīng)對干旱我們面臨的挑戰(zhàn)和存在問題一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系1、干旱是我國主要的自然災(zāi)害（問題很嚴重）

根據(jù)全國自然災(zāi)害損失統(tǒng)計,氣象災(zāi)害損失占全部自然災(zāi)害損失的61%，而旱災(zāi)損失占氣象災(zāi)害損失的55%，干旱已成為我國主要自然災(zāi)害之一

明朝的滅亡：勵精圖治的亡國之君

一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系崇禎年間，一場中國歷史上歷時最長、范圍最大的大旱突降中華大地。在干旱的肆虐下，天下蒼生是如何艱難生存？除了餓死，還有別的出路嗎？崇禎十四年之后，是連續(xù)四年的大旱。旱災(zāi)發(fā)生后，災(zāi)民們會四散逃荒，使得瘟疫也隨之四處擴散，都城的瘟疫，隨著它向外輻射的條條官道，把病菌傳到帝國的四面八方。旱災(zāi)、瘟疫和戰(zhàn)爭同時出現(xiàn)的時候，這個社會就開始崩潰了2、新中國成立以來的旱情旱災(zāi)情勢發(fā)生頻次高，且呈增長趨勢分布范圍廣，持續(xù)時間長，連年連季現(xiàn)象突出受旱率和成災(zāi)率逐年上升對經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境影響巨大

一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系2、新中國成立以來的旱情旱災(zāi)情勢發(fā)生頻次高，且呈增長趨勢

1950～2007年，全國發(fā)生嚴重、特大旱災(zāi)的年份為22年，發(fā)生頻次為37.9%，其中1990～2007年間有9年，發(fā)生頻次為50%，平均每2年全國就有一次，旱災(zāi)發(fā)生頻次呈現(xiàn)明顯增長趨勢地區(qū)1950～2007分階段頻次變化1950～19891990～2007頻次變化全國37.932.55017.5東北地區(qū)22.412.544.431.9黃淮海地區(qū)25.92038.918.9長江中下游地區(qū)-2華南地區(qū)西南地區(qū)10.37.516.69.1西北地區(qū)51.742.572.229.7一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系2、新中國成立以來的旱情旱災(zāi)情勢分布范圍廣，持續(xù)時間長，連年連季現(xiàn)象突出旱災(zāi)往往連片發(fā)生，甚至南北方同時受旱或先后受旱，同時還呈現(xiàn)出持續(xù)時間長，連季甚至連年干旱突出的情勢。一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系2、新中國成立以來的旱情旱災(zāi)情勢受旱率和成災(zāi)率逐年上升隨著灌溉面積不斷擴大，農(nóng)業(yè)用水的要求大幅提高，農(nóng)業(yè)受旱范圍擴大，農(nóng)業(yè)受旱率、成災(zāi)率呈明顯上升趨勢一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系2、新中國成立以來的旱情旱災(zāi)情勢對經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境影響巨大農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和糧食安全受旱災(zāi)威脅嚴重，因旱糧食損失呈增加趨勢全國1990-2008年平均因旱損失糧食約392億公斤，年平均糧食損失率為8.2%2000年和2001年因旱糧食損失量達到歷史最高，為591億公斤和598億公斤

一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系2、新中國成立以來的旱情旱災(zāi)情勢對經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境影響巨大農(nóng)村因旱人畜臨時飲水困難突出一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系一、必要性與緊迫性2、新中國成立以來的旱情旱災(zāi)情勢對經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境影響巨大旱災(zāi)經(jīng)濟損失不斷增加，并加劇了部分地區(qū)的生態(tài)環(huán)境惡化，如加劇部分河道斷流、湖泊萎縮、生物多樣性減少等全球氣候變暖將加速水汽循環(huán)，直接影響水循環(huán)過程，引起水資源在時空上的重新分配

，北方干旱化給我國造成的直接經(jīng)濟損失每年超過1000億（1990s）。

一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系2003年，江南、華南和西南部分地區(qū)發(fā)生了嚴重伏秋連旱2004年，華南和長江中下游發(fā)生了大范圍的嚴重秋旱；2005年，華南南部出現(xiàn)嚴重的秋、冬、春連旱云南發(fā)生近50年來少見的嚴重初春旱；2006年，川渝地區(qū)發(fā)生嚴重的高溫伏旱一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系2010年，西南五省出現(xiàn)了特大旱情和旱災(zāi)；2011年，長江中下游出現(xiàn)嚴重的冬、春、夏連旱；2012年春，云南因干旱目前已有254條中小河流斷流，390座小型水庫干涸，13州市91縣（市、區(qū)），631.83萬人受災(zāi)，242.76萬人出現(xiàn)不同程度飲水困難，作物受災(zāi)651千hm2，直接經(jīng)濟損失23.4億一、干旱、旱災(zāi)與社會的關(guān)系干旱和旱災(zāi)的概念尚無一致公認的定義（認識不足）。

現(xiàn)有對干旱的定義可分為兩類，即概念型和應(yīng)用型。概念型的干旱定義從干旱的內(nèi)涵出發(fā)來解釋什么是干旱，例如降水量長期低于同期正常水平，或某區(qū)域的水文條件顯著異常等；應(yīng)用型的干旱定義則著眼于定量描述干旱事件的特征，例如確定干旱過程發(fā)生和結(jié)束的時間，干旱的歷時、強度等，進而用來分析干旱發(fā)生的頻率。

二、干旱與旱災(zāi)的概念、內(nèi)涵干旱的內(nèi)涵：水分虧缺

問題：分析干旱的時間取多長合適，分析干旱的空間范圍取多大合適？從哪個角度認識干旱：氣象、水文、農(nóng)業(yè)、還是社會經(jīng)濟影響干旱的類型及指標

根據(jù)研究的角度不同，干旱常分為氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱和社會經(jīng)濟干旱。氣象干旱的指標：降水、蒸發(fā)、氣溫等表征

水文干旱的指標：徑流量、需水量、地下水埋深等表征

農(nóng)業(yè)干旱的指標：土壤含水量表征干旱的內(nèi)涵：分析研究對象的缺水情況，反映干旱........二、干旱與旱災(zāi)的概念、內(nèi)涵干旱和旱災(zāi)的區(qū)別與聯(lián)系

干旱偏向自然情況，旱災(zāi)與社會經(jīng)濟有關(guān)聯(lián)。有干旱未必有有旱災(zāi)，有旱災(zāi)肯定出現(xiàn)干旱。干旱的表示：

目前比較公認的是采用干旱的歷時和干旱烈度表征干旱現(xiàn)象。

是否可以增加如受旱面積作為干旱的特征？二、干旱與旱災(zāi)的概念、內(nèi)涵指標閾值x0t干旱指標xi,t時間t干旱時間間隔L無干旱干旱歷時D干旱烈度S非干旱歷時在給定截斷水平下運用游程理論，從干旱指標過程中識別干旱特征變量干旱歷時和干旱烈度分別指一次干旱過程開始到結(jié)束的時間、閾值指標與干旱指標之差的時間累積和

難點：指標閾值、干旱特征變量的確定干旱的等級劃分：

目前尚無各部門一致認可的干旱等級劃分標準。不同部門采用不同的指標和閾值進行干旱等級判別。究其原因是干旱問題很復(fù)雜，目前沒有對該現(xiàn)象完全認識清楚.......

二、干旱與旱災(zāi)的概念、內(nèi)涵干旱的等級劃分：降水指標（農(nóng)業(yè)和牧業(yè)的干旱劃分標準不同）

二、干旱與旱災(zāi)的概念、內(nèi)涵干旱的等級劃分：無降雨日數(shù)

二、干旱與旱災(zāi)的概念、內(nèi)涵干旱的等級劃分：作物缺水率

二、干旱與旱災(zāi)的概念、內(nèi)涵氣候地理條件決定了干旱及其災(zāi)害長期存在（時空不均）

特定的季風(fēng)氣候和三級臺階地理地貌條件決定了各地水循環(huán)特點差異顯著，水資源時空分布很不均勻。在時間分布上，大部分地區(qū)年內(nèi)降水60%～80%集中在5～9月的汛期，地表徑流年際間豐枯變化一般相差2～6倍，最大達10倍以上，且往往出現(xiàn)連續(xù)枯水年段，天然來水過程與城市、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水需水過程不匹配。在空間分布上，水資源分布格局也與經(jīng)濟社會發(fā)展格局不匹配三、干旱、旱災(zāi)的影響因素氣象因素：大氣環(huán)流、降水、蒸發(fā)、氣溫、輻射...自然地理因素：地形、地貌，土壤、植被、土地利用...其它因素：作物、水利工程等.......旱災(zāi)影響因素水資源與經(jīng)濟社會發(fā)展時空匹配的嚴重失衡，決定了我國不可能從根本上消除干旱及其災(zāi)害。旱災(zāi)是干旱和抗旱能力共同作用結(jié)果三、干旱、旱災(zāi)的影響因素除影響干旱的因素外，還有抗旱能力的影響因素：水利工程興建情況科技生產(chǎn)水平（農(nóng)業(yè)、工業(yè)）社會發(fā)展水平（經(jīng)濟保障抗旱投入）抗旱的組織管理水平（人力、物力組織，抗旱規(guī)劃、預(yù)案，應(yīng)急供水等）發(fā)生機理：水分虧缺認識的根本途徑是水分（文）循環(huán)的認識，大到全球尺度、年代尺度的水分循環(huán)過程與干旱的關(guān)系認識；小到點（觀測站控制面積）尺度、以小時（甚至分鐘計）的水分循環(huán)過程與干旱的關(guān)系認識。需同學(xué)課后查找資料，認識干旱現(xiàn)象的產(chǎn)生原因........四、干旱、旱災(zāi)的發(fā)生機理規(guī)律干旱發(fā)生規(guī)律：根據(jù)干旱發(fā)生機理，認識發(fā)生規(guī)律，可采用統(tǒng)計學(xué)方法、水文模擬法分析干旱發(fā)生的時、空分布規(guī)律途徑：感性認識和思考（洞察力），設(shè)計方案，學(xué)習(xí)專業(yè)知識，驗證感性認識是否正確。從被動抗旱走向主動抗旱，采用災(zāi)害風(fēng)險管理，正在摸索中........五、旱災(zāi)的管理必須回答的問題：1、干旱現(xiàn)象發(fā)生的頻率（或重現(xiàn)期），即各種等級干旱出現(xiàn)的可能性；2、抗旱能力的大小，及當前或規(guī)劃情形下的各種抗旱措施可以抵御多少年一遇的干旱；3、增強或維持抗旱能力所需的投入。據(jù)此，確定采取合理的抗旱措施

干旱頻率計算：干旱特征變量的概率分布函數(shù)干旱歷時、干旱烈度的邊際分布研究現(xiàn)狀：一般從常用的分布類型中選出與樣本擬合最好的線型作為理論頻率曲線技術(shù)難點：選擇和確定理論概率分布函數(shù)技術(shù)難度大；特征變量的樣本容量往往不滿足頻率計算的要求解決途徑：理論解析與隨機模擬相結(jié)合推求特征變量的邊際分布五、旱災(zāi)的管理估計干旱特征變量的概率分布函數(shù)干旱歷時和干旱烈度的聯(lián)合分布多變量干旱頻率分析的主要難點：干旱烈度、干旱歷時、受旱面積這些干旱特征變量的概率分布一般是不相同的、各變量間還存在一定的相關(guān)性解決途徑：基于Copula的多變量干旱頻率分析方法和技術(shù)，確定聯(lián)合分布五、旱災(zāi)的管理判別典型干旱過程的重現(xiàn)期由于干旱事件持續(xù)時間長短不一，會出現(xiàn)連續(xù)干旱年，因此洪水頻率分析中重現(xiàn)期等于“超越頻率”的倒數(shù)這一關(guān)系就不再成立根據(jù)單個干旱特征變量邊際分布函數(shù)，確定典型干旱年單個干旱特征變量的重現(xiàn)期

干旱歷時為

干旱烈度為

E(L)指干旱間隔的期望值，等于干旱歷時和非干旱歷時的平均值之和，和分別為干旱歷時和干旱烈度的概率分布函數(shù)五、旱災(zāi)的管理判別典型干旱過程的重現(xiàn)期根據(jù)多維干旱特征變量聯(lián)合分布函數(shù)，確定典型干旱年多個干旱特征變量的重現(xiàn)期“或”組合重現(xiàn)期“與”組合重現(xiàn)期

“或”組合重現(xiàn)期指干旱歷時“D>d”事件、干旱烈度“S>s”事件至少一個出現(xiàn)的平均時間間隔

“與”組合重現(xiàn)期指干旱歷時“D>d”事件、干旱烈度“S>s”事件同時出現(xiàn)的平均時間間隔五、旱災(zāi)的管理基于Copula的干旱多變量頻率分析的思路Copula函數(shù)類型眾多，需要結(jié)合樣本的相關(guān)結(jié)構(gòu)選擇合適的類型；通過試點區(qū)域的分析驗證，找出適宜的Copula函數(shù)類型相關(guān)性結(jié)構(gòu)Copula函數(shù)C干旱歷時和干旱烈度聯(lián)合分布干旱烈度邊際分布干旱歷時邊際分布

五、旱災(zāi)的管理抗旱能力的評價與投入的經(jīng)濟效益分析....基于指標的綜合評價方法或根據(jù)水文循環(huán)過程定量模擬計算抗旱能力；分析各種可能的抗旱管理方案，優(yōu)選方案..