基于農(nóng)業(yè)旱情評(píng)估指標(biāo)研究

江 煒，任玉敦

(1.浙江水利科技推廣與發(fā)展中心，杭州310012;2.浙江水利水電專科學(xué)校，杭州310018)

0 引言

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)。近年來(lái)旱災(zāi)頻繁發(fā)生，已逐漸成為對(duì)農(nóng)業(yè)影響最廣，危害最大的自然災(zāi)害。旱情評(píng)估可以使人們提前預(yù)測(cè)干旱并及時(shí)制定有效的抗災(zāi)減災(zāi)措施，減少旱災(zāi)損失，作為一種行之有效的方法已引起人們的廣泛關(guān)注。干旱過(guò)程復(fù)雜，影響因素眾多，除降水之外，還受土壤、氣候、作物等因素影響。目前的旱情評(píng)估方法還不完善，主要存在2個(gè)問(wèn)題:1)部分評(píng)估指標(biāo)考慮因素單一，不能正確反映旱情狀況，如目前應(yīng)用廣泛的降水指標(biāo);2)部分指標(biāo)資料獲取困難，并不易檢驗(yàn)其正確性，如土壤墑情指標(biāo)、作物旱情指標(biāo)等。本文通過(guò)分析影響旱情的各個(gè)因素，在連續(xù)無(wú)雨日數(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上考慮其中影響顯著、資料易得的建立修正連續(xù)無(wú)雨日數(shù)指標(biāo)，并用宜昌市東風(fēng)渠灌區(qū)實(shí)測(cè)資料對(duì)指標(biāo)進(jìn)行充實(shí)、檢驗(yàn)。

1 修正連續(xù)無(wú)雨日數(shù)指標(biāo)

1.1 原理

修正連續(xù)無(wú)雨日數(shù)指標(biāo)是在連續(xù)無(wú)雨日數(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，綜合考慮了作物種類、生長(zhǎng)階段和土壤類型3個(gè)因素，并把這些因素定量地反映到一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的修正系數(shù)上。其具體表達(dá)公式為:

式中:d'為修正連續(xù)無(wú)雨日數(shù)指標(biāo)計(jì)算值;β為修正系數(shù);d為連續(xù)無(wú)雨日數(shù)值。

1.2 修正系數(shù)

修正系數(shù)是一個(gè)全面考慮作物種類、生長(zhǎng)階段及土壤類型三因素的綜合性系數(shù)，它反映了干旱發(fā)生在不同的時(shí)段對(duì)農(nóng)業(yè)造成的危害程度有所不同。其中作物種類和生長(zhǎng)階段對(duì)旱情狀況的影響通過(guò)作物種植面積及敏感性系數(shù)來(lái)反映，不同土壤類型對(duì)旱情的影響通過(guò)土壤保水系數(shù)來(lái)體現(xiàn)。

1.2.1 作物敏感性系數(shù)

作物敏感性系數(shù)是表征不同作物、不同階段缺水對(duì)產(chǎn)量影響大小的量，用λ表示，λ值越大表明缺水對(duì)產(chǎn)量的影響愈大，造成的危害也愈大，在相同的氣候條件下干旱程度也愈重;反之λ愈小，表明在相同氣候條件下干旱程度愈輕。該系數(shù)采用Jensen模型中的水分敏感指數(shù)來(lái)表示，我國(guó)大部分地區(qū)灌溉試驗(yàn)站都有關(guān)于這一指數(shù)的試驗(yàn)資料。

1.2.2 土壤保水性系數(shù)

土壤保水性系數(shù)是表征土壤持水能力大小的量，土壤持水能力是土壤重要的物理性狀之一，土壤的物理性質(zhì)，如土壤顆粒大小、有機(jī)質(zhì)含量、土壤容重、孔隙率等決定了持水能力的大小。一般情況下用田間持水率、凋萎系數(shù)等來(lái)表示土壤持水能力。本文采用田間持水率與凋萎系數(shù)之差的有效含水率來(lái)反映土壤保水性系數(shù)的大小。不同的土壤類型其田間持水率、凋萎系數(shù)并不是一個(gè)確定的量而是一個(gè)范圍，為了研究方便，通過(guò)參考有關(guān)文獻(xiàn)，本文取該范圍內(nèi)的中間值表示其大小。對(duì)土壤保水性系數(shù)的劃分本文以國(guó)際制土壤質(zhì)地分類為基礎(chǔ)，分為砂土、壤土、黏壤土、黏土4類。

1.2.3 作物種植面積

由于不同作物抵抗干旱的能力不同，強(qiáng)抗旱作物種植面積越大，在相同的氣候條件下，整個(gè)地區(qū)抵御旱災(zāi)的能力越強(qiáng)，反之，低抗旱作物種植面積越大，在相同的氣候條件下，整個(gè)地區(qū)抵御旱災(zāi)的能力越弱，干旱造成的損失越大。

1.2.4 修正系數(shù)表達(dá)式

利用上文的作物敏感性系數(shù)、土壤保水性系數(shù)及作物種植面積，通過(guò)式(2)的形式整合成一個(gè)綜合的修正系數(shù)βm，用它反映旱災(zāi)程度的差異，該系數(shù)的計(jì)算公式為:

式中:λi表示某月份，第i種作物的作物敏感系數(shù);ai表示第i種作物的種植面積;τi表示第i種作物相應(yīng)的土壤保水系數(shù)。

各地區(qū)根據(jù)實(shí)際資料可以得到每個(gè)月的βm，對(duì)βm進(jìn)行趨勢(shì)配線得到修正系數(shù)配線曲線，根據(jù)曲線，可以得到各月份的βm'，對(duì)它進(jìn)行等比例縮小，使其值在1.0上下，就得到各月份的修正系數(shù)值β。

2 等級(jí)劃分

根據(jù)水利部頒布的《干旱評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)》(試行)，本文把干旱劃分為輕度干旱、中度干旱、嚴(yán)重干旱、特大干旱4個(gè)等級(jí)，采用排頻適線評(píng)價(jià)法對(duì)修正連續(xù)無(wú)雨日數(shù)進(jìn)行等級(jí)劃分。

排頻適線評(píng)價(jià)法是在頻率曲線完成后，取頻率p=50%的指標(biāo)數(shù)據(jù)xp為干旱等級(jí)評(píng)價(jià)的下限，選擇p=99%的指標(biāo)數(shù)值xt作為特大干旱的上限，把兩者的差值平均分成7等份，每一份的值為r，r=(xtxp)/7，則等級(jí)劃分是以2r為間隔進(jìn)行平均分配，等級(jí)劃分見(jiàn)表1:

表1 干旱等級(jí)劃分

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 建立修正連續(xù)無(wú)雨日數(shù)指標(biāo)

本文根據(jù)東風(fēng)渠灌區(qū)自1976—2002年的27 a實(shí)際資料，確定各月份的修正系數(shù)值，然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)的連續(xù)無(wú)雨日數(shù)值，通過(guò)計(jì)算可以得到修正連續(xù)無(wú)雨日數(shù)指標(biāo)值。

3.1.1 作物敏感性系數(shù)

灌區(qū)作物種植面積主要統(tǒng)計(jì)早、中、晚稻以及小麥和棉花作物，其他的作物分別用這5種作物代替，如瓜果、煙葉用棉花代替;綠肥、油菜、大麥等冬播作物用小麥代替。這5種作物各月份的作物敏感性系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 東風(fēng)渠灌區(qū)內(nèi)作物各月份的敏感性系數(shù)

3.1.2 土壤保水性系數(shù)

東風(fēng)渠灌區(qū)土壤性質(zhì)以黃棕壤土、潮土、水稻土為主。湖北黃棕土主要?dú)w為壤土;潮土作物主要為小麥、玉米、甘蔗、棉花、花生、油菜等，主要?dú)w為壤土;水稻土的耕層顆粒一般以＜0.01 mm的為主(占60%左右)，主要為黏壤土。各類型土壤保水系數(shù)見(jiàn)表3。

表3 各類型土壤保水系數(shù)

3.1.3 作物種植面積

根據(jù)灌區(qū)的資料，統(tǒng)計(jì)作5物種植面積見(jiàn)表4。

表4 作物種植面積 666.7hm2

3.1.4 修正系數(shù)值

通過(guò)式(2)代入各系數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，得到每1個(gè)月的βm，對(duì)其進(jìn)行配線，根據(jù)配線曲線，并進(jìn)行等比例縮小，得到各月份的修正系數(shù)值β見(jiàn)表5。

表5 修正系數(shù)值β

3.2 等級(jí)劃分

根據(jù)修正連續(xù)無(wú)雨日數(shù)的指標(biāo)形式，采用排頻適線評(píng)價(jià)法進(jìn)行修正連續(xù)無(wú)雨日數(shù)的等級(jí)劃分，劃分結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 考慮月份系數(shù)的連續(xù)無(wú)雨日數(shù)指標(biāo)

3.3 指標(biāo)檢驗(yàn)

利用修正連續(xù)無(wú)雨日數(shù)指標(biāo)及其等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)東風(fēng)渠灌區(qū)資料較為詳細(xì)的4個(gè)典型干旱年1992年、1997年、1999年、2000年進(jìn)行旱情評(píng)估，并與實(shí)際的旱情狀況進(jìn)行比較，可以得到在這4 a的48個(gè)月中，修正連續(xù)無(wú)雨日數(shù)指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果與實(shí)際相符合的有39個(gè)，正確率達(dá)到81%。

4 結(jié)論

在考慮干旱的影響程度時(shí)，區(qū)分干旱發(fā)生的時(shí)間極為必要，因?yàn)椴煌魑锾幱诓煌纳L(zhǎng)階段對(duì)干旱的承受能力不同，本文的修正連續(xù)無(wú)雨日數(shù)指標(biāo)對(duì)這一因素有所考慮，對(duì)于干旱指標(biāo)研究是一個(gè)進(jìn)步，而且，該指標(biāo)形式簡(jiǎn)單，資料可靠，通過(guò)檢驗(yàn)其評(píng)估效果較好，旱情發(fā)生時(shí)間和程度與實(shí)際情況基本相符，可廣泛用于農(nóng)業(yè)旱情評(píng)估中。

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