基于時空維度的中國農業(yè)水災風險

基于時空維度的中國農業(yè)水災風險分析姓名：田國珍導師：王平副教授劉新立副教授專業(yè)：地圖學與地理信息系統(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容引言；中國農業(yè)水災風險區(qū)劃；中國農業(yè)水災風險的時間特征和驅動力分析；結論與展望。研究背景中國是一個傳統(tǒng)的農業(yè)大國，水災是中國主要的農業(yè)災害之一；近年來，水災的次數(shù)和破壞力都有所增加；中國的傳統(tǒng)農業(yè)區(qū)面臨著嚴重的水災風險的威脅；洪水控制轉化為洪水管理；而洪災風險區(qū)劃是洪水風險管理的重要組成部分；農業(yè)洪災風險區(qū)劃對于減少農業(yè)水災損失，減輕農民負擔具有重要意義；水災及其基本屬性洪水和水災水災的自然屬性和社會屬性水災的發(fā)展變化有利于風險區(qū)內土地的合理利用和開發(fā)有利于水災損失評估有利于防洪救災的輔助決策有利于水災保險制度的建立和推行水災風險研究的意義客觀性與可控性地域性隨機性動態(tài)性利害兩重性水災風險的特征水災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)的水利經濟學方法，或是概率統(tǒng)計方法；中國在水災風險評估方面的工作不夠充分，方法不完善，各種評估的結果出入較大；單純的農業(yè)水災風險研究在國內不多，有待于進一步完善；已有的水災風險研究在內容和形式上處于各自為政的階段，缺乏標準的技術規(guī)范。農業(yè)水災研究的現(xiàn)狀及存在問題論文的研究內容及目標本文以農業(yè)水災風險作為研究對象，論述了水災風險的基本屬性,分析了中國農業(yè)水災的風險特征。在此基礎上，利用水災風險分析技術與災害統(tǒng)計學相結合的方法，在時間維度和空間維度上對中國農業(yè)水災風險進行了綜合研究，度量了中國農業(yè)水災風險，并討論了中國農業(yè)水災風險的驅動力。國內的農業(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，而農業(yè)水災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業(yè)水災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業(yè)水災風險分析模式。研究框架中國農業(yè)水災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)因子分析中國農業(yè)水災風險區(qū)劃下墊面因子分析農業(yè)經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析降水變率分析降雨變化趨勢分析農業(yè)單產分析風險度分析損失變化趨勢分析農業(yè)水災風險的時間特征分析損失率分析驅動力分析

中國農業(yè)水災風險區(qū)劃中國農業(yè)水災風險區(qū)劃觸發(fā)因子下墊面自然條件區(qū)域農業(yè)經濟狀況影響因素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，1961～2000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1961～1965、1966～1970、1971～1975、1976～1980、1981～1985、1986～1990、1991～1995和1996～2000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，尤其是進入上世紀90年代，降水明顯減少，但是在上個世紀60∽90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、1970～1975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1965～1970年代、1975～1980年代、1985～1990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）;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有線增（降）的趨勢。

觸發(fā)因子—降水（空間）變化趨勢ⅠⅡⅢⅣ觸發(fā)因子碎—降水（林空間）變診化趨勢從圖中遷可以看資出，降脅水變化弓趨勢在應中國可哀分為兩洽種類型侵的四個剃大區(qū)域豪。Ⅰ區(qū)位于牲青藏高氣原和西辯北內陸伏干旱區(qū)敲，Ⅱ區(qū)位于中效部地區(qū)，Ⅲ區(qū)位于東振北地區(qū)的鎖蒙北和黑雀龍江等地寨，Ⅳ區(qū)位于東冶南地區(qū)。帶其中，Ⅱ區(qū)的降領水變化封趨勢為就減少，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)降水標變化趨毀勢為增玩加。其中:貞是40年降水的峽均值；Bi:第i年降水揀值。觸發(fā)因子芽—年降水梅變率降水變苗率的極趁值分布貪在西北哨內陸干對旱區(qū)。由圖可跟知，中參國年降孕水變率且在[0，0.56宰]之間變化刊。通過像臭元分析，析研究區(qū)整遇體降水變遙率為0.22。觸發(fā)因子篩—年降水銷變率中國的水特災多以暴脖雨為主，亮一次暴雨運持續(xù)約為堅3~4天壞。根據(jù)歷阿史水災資低料分析，楚最大三日盡降雨量對簡水災的形裕成影響最益大。海南島運地區(qū)多貍年最大她三日降飼雨量達崖553mm，而西部姓大部分堤地區(qū)最拾大三日損降雨量犬不足5瘡0mm。從圖可理以看出仰暴雨中枝心雨量針大部分槐大于3庭00mm，且空間分購異明顯，芽最大三日商降雨量從桑東南向西夕北遞減。觸發(fā)因子敗—最大三皆日降雨量觸發(fā)因子江—降雨因改子綜合分處析由圖可克知，降純雨對水距災的危惱險性最瘦大的是寧臺灣、透海南、蛾東南沿冰海以及炸安徽和軍湖南等還地，另炮外，在巨西北內擾陸干旱攏區(qū)—新棕疆的塔膽里木盆移地，由緊于其較持高的降燈水變率胃，使其聽具有相弓對較高銹的水災叼危險性攜。將中國肢三日降鍬雨量極界值和降喚水變率攻標準化桿后疊置買，再與蔥降雨量躬空間變胡化趨勢睡圖運算杜后分級讓，并根背據(jù)其所拐屬級別嚴賦予不丙同的影濁響因子吹，制作恭成降雨讓量因素孤對洪水默的影響永分級圖下墊面璃影響因融子—分脹析流程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)分析下墊面影靜響因子分興析對于同顧樣量級該的洪水布，淹沒歐程度主泰要取決防于下墊冊面特征柔。地面莊高程和塔坡度的嫁陡峻與佛平緩決灘定了匯剖水的時閑間長短踐。從地貌咬角度看濁，水域系面積和俊災害程由度呈正嗎比。①對于小的弊洪水，水孫域面積和服水災程度東成反比；②對于大瞇的洪水害，水域談面積和帆水災程繩度呈正次比。兩設方面共我同作用低的結果陪，以正鬧比為主體。冠層截暗留量主捷要取決收于降水燈的性質博和冠層黨的結構蓬特征，斬植被指笨數(shù)反映贊了植被猛的蓋度統(tǒng)分布，陶同時也售間接反錢映了植仙物的生肅物量高愈低。下墊面各悔影響因子憤產生的水騰災危險性填較高的地琴區(qū)主要分蛾布在中國傲七大江河撓的中下游告平原地區(qū)照。下墊面影組響因素結桂果分析其中，河紹南、山東辦、安徽、拒江蘇、湖滋北五省全釣部地區(qū)為傻高風險區(qū)魄，危險性榴最低的當彈數(shù)內蒙、日新疆、青禮海、西藏袋的大部。中國農業(yè)鼠經濟特征螺分析利用1997懷~200儲3年各省森農作物步總播種秀面積和拼糧食生斯產總量伶，計算草出各省屠年單位鄭播種面摔積的糧倘食產量日，進而糟根據(jù)各好省面積盒，計算強出各省冶單位面部積上的添糧食單妄產，以嘩便于比呀較。由圖可驢知：東枕部沿海項平原地失區(qū)是農耳作物年鵲均單產河最高的僚地區(qū)，處其中，邪以河南奴、安徽徐、山東殺、江蘇原以及臺哥灣五省午最為突嘉出，這挽是因為殲這些地法區(qū)是中柳國的農汽業(yè)大省門，單位議面積所萍具有的儲農業(yè)產旋量較高芬，從而得使得潛抬在的農廳業(yè)易損座性是最宜大。中國農蹦業(yè)水災再風險區(qū)擱劃P（水災）=f（觸發(fā)因仿子，下愈墊面因膛子，農課業(yè)經濟慢因子）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、臺灣南部中國農業(yè)躲水災風險紐奉區(qū)劃結果濕分析農業(yè)水曠災潛在死危險性鍵較大的繳為東南改沿海地寸區(qū)，尤悠其一些惰湖區(qū)具培有較高浙水災風膚險，這渠些湖泊迎的調蓄閱作用有化一定限鋪度，而戲經常發(fā)味生的大詳量降雨揉極易使墻得湖區(qū)鉗水滿外盞溢，給止周邊地饑區(qū)帶來榨水災。東部沿愛海經濟文發(fā)達的鑼地區(qū)正腦好也是衣農業(yè)經遠濟易損宴性高的譯地區(qū)，穩(wěn)這是因淺為這些蹄地區(qū)的費傳統(tǒng)農膽業(yè)很發(fā)小達，單己位面積緊所具有漠的農業(yè)鬼經濟價去值很高蠅，從而皺使得潛隙在的農省業(yè)易損妖性最大緣瑞。農業(yè)水災淹風險程度籮高的地區(qū)貨主要分布恢在東南部彼平原區(qū)，拳尤以七大曬江河中下柏游的平原集地區(qū)最為叉嚴重；中壟國農業(yè)水粉災與中國句的季風氣妖候密切相介關，具有扭明顯的季申節(jié)性。中國農業(yè)咐水災風險守的時間特哄征分析中國農佛業(yè)水災緊風險的艱時間特并征分析中國農業(yè)傅水災損失助率估算中國農按業(yè)水災鋤風險的礦變化趨板勢分析中國水災帶風險的波型動性分析中國農盛業(yè)水災胳的風險課度分析Lj是j省年平異均損失逆率，Mij是第i年j省農作物芳受災面積先，Nij是第i年j省農作物邊成災面積唇，Aj是j縣農作搭物的播遍種面積照。從圖中燥可以看呢出農業(yè)南水災損仗失率最端高的是勒江西、壯湖南、規(guī)湖北等鳴地，損噴失率最剛低的是免北京、甜河北、導山西、獨新疆等佩地中國農淹業(yè)水災旦損失率肝估算中國農很業(yè)水災兄風險的膚變化趨陵勢分析利用195茶2~2厘003年全國皺各省農李業(yè)受災皆面積、既農作物類播種面東積、糧秋食產量饒的統(tǒng)計候數(shù)據(jù)，彈可以得港到52年來中奪國農業(yè)涼水災絕窮對受災剪面積變躲化圖、啊中國農擦業(yè)水災姜相對受蘇災面積焦變化圖霉和農作向物單產榆變化圖傅。由圖可知腹，在農作品物單產保貌持持續(xù)增元長的同時勻，絕對受碑災面積持抖續(xù)增加，司這必然導糞致水災風宿險損失的會絕對值的朵增大，同貿時，相對愚受災面積固的增加，殖也進一步開揭示了中糟國農業(yè)水芽災風險的上在未來將隊會繼續(xù)保邁持增長的興趨勢。Sj是中國j省的農就業(yè)水災捐受災面這積多年饅標準差樹，沙是中國依第i年j省的農業(yè)蓄水災受災穗面積，槽是中國j省的多炭年農業(yè)棍水災平寨均受災鈔面積。由圖可芒知風險莖波動最更大的地叛區(qū)是江凍蘇、江戲西、海宿南這三平個省，販波動最旬小的地旁區(qū)是甘頑肅、河叔北。中國農血業(yè)水災噸風險的郵波動性份分析同樣的姑農業(yè)水摘災風險舞波動值顯，對于良多年農廉業(yè)水災即平均受薄災面積企大的地辮區(qū)和平療均受災孕面積小櫻的地區(qū)協(xié)所產生憑的相對周風險是膀不一樣漫的。風險度是杠一個動態(tài)駁的反映，教一般來說匠，波動大惹的地方，透風險度都飾較大，但低是波動不帽大的地方權，如果平攻均受災水興平不高，事也容易產膛生較大的茶風險，如堂天津和內喇蒙。S是農業(yè)霸水災相帝對受災光面積多結年標準逗差，腦是平均足受災面聚積中國農姐業(yè)水災綿風險度持分析中國農溜業(yè)水災出風險度分級圖中幣各級別所陳占面積為束因變量Y，中國最大牛三日降雨久量分布圖備、中國多拔年平均降液水變率分叢布圖和中澡國多年降淘水變化趨迫勢圖中各偉級別所占焰面積X1、X2和X3，中國地厚勢高程蜓圖和中姑國坡度沈分級圖泄各級別忌所占面般積X4與X5，中國河流油和湖泊緩卷沖區(qū)圖各搭級別所占告面積X6，中國植被孕分級圖各踢級別所占錯面積X8，中國農作誤物單產分級圖各難級別所占奧面積X9，為自變援量，進鏈行逐步童回歸分趙析中國農業(yè)醫(yī)水災風險殊的外在驅符動力降水變率械——反映夾了一地的她降水量的翁波動情況多年降另水變化醫(yī)趨勢—紡—反映聽了研究維區(qū)降雨亂量隨時蝦間的增收減狀況冊,其與基水災受囑災面積棵在時間夸維度上阻的線性判關系反扇映了降售雨是引嘩發(fā)中國取農業(yè)水跳災的主私要原因種。中國農業(yè)鑒水災風險補的外在驅腎動力中國農晉業(yè)水災毯風險的峽內在驅需動力全球氣候抱的變化，逢氣候變暖系使得海平毅面不斷上執(zhí)升，加上柿南亞季風贈和東亞季功風的突變異，使得降繳水量波動窗性增大；杜由于泥沙缸淤積、圍吃湖造田，鼓再加上氣鄉(xiāng)豐候暖干化臉，使得湖燙泊、水庫擔的面積不泥斷縮小，尾降低了其女對洪水的煩調蓄能力責。而土地饑利用的不歷合理和退午耕還林、留退牧還草熱過程中形舍成的大量殺的撂荒地抹，降低了工地表對于雄洪水的攔貴劫能力。隨著經濟興的發(fā)展，北國家建立寇了許多防林洪設施，汽對于小的鑒洪水，這售些設施起呼到了一定閘的防御作廊用，但是衛(wèi)如果洪水竹一旦超過綁其承受力匹，造成的甚損失將是膜不可估量期的。在這顛種情況，魄防洪措施繳起到了反孤作用，這敲也是一種捷水災風險之的內在影枝響因素。結論和形展望結論1)洪水乖潛在危險膽性較大的家為東南沿腥海地區(qū)；撥尤其是一覺些湖區(qū)為碼高洪水風飽險區(qū)，為拿此，一方聰面，要通悲過加強、園修筑防洪梨工程建設皆來降低水飼災的危險救性；另一揉方面，對仆長江、淮菌河和嫩江液等七大江言河中下游卷平原地區(qū)茅采取退田睡還湖的措課施，利用唉蓄滯洪區(qū)撓來保證重盡點地區(qū)的攔安全。2）從空口間分布上團來看，中嘆國農業(yè)水僅災與中國兄的季風氣偉候密切相雪關，具有爹明顯的季魔節(jié)性；處紛于季風區(qū)沒省份具有展相對較高瘋的農業(yè)水躁災風險，覆其中，尤朗以幾個農怎業(yè)大省最滾為突出，拘如：河北盛、河南、茶山東、江單蘇。3)從扇時間發(fā)展獻上來看，酬從上世紀灰50年代冶以來，農乖業(yè)水災受憲災面積呈僅現(xiàn)出高—巾低—高的慨變化過程琴，但總趨厭勢是上漲堵的。農業(yè)卡水災損失均率最高的捉是江西、誦湖南、湖生北，而農業(yè)水畏災風險度膏較高的是簽天津、江樓蘇、河南脹、吉林、尊遼寧、內雷蒙等省。4）降雨量的具波動和多污年降水變笛化趨勢是搶農業(yè)水災矮風險的顯病著線性外混在驅動力蓋，而全球胃氣候變暖凝、變干，哭南亞季風闊和東亞季孫風的突變棍，以及人針類對土地晨的不合理詞利用是造伯成農業(yè)水重災風險的烘內在驅動稅力。不足和建澆議1)本忙文計算中朽采用多種比例無尺的數(shù)據(jù),降雨量圖追層是由7己26個站頁點的數(shù)據(jù)腰插值得到酷，下墊面住圖層是由展1：50抵萬比例尺委的圖得到容，而農業(yè)栽損失方面塌的數(shù)據(jù)是嫁建立在以蜘省為單位屆的統(tǒng)計資逐料的基礎樣上的，相淺對于前兩啄者數(shù)據(jù)的依比例，后址者略為粗足糙，但本驚文本身也改是大比例絞尺的研究盤，所以上趙述不足不繩足以影響至結論。2)嗚本文在頭外在驅舍動力方溜面的分獄析還有參待于進要一步深雖入：一肯方面，蝴本文只