基于GIS的亞熱帶稻區(qū)旱災(zāi)恢復(fù)力評價
——以衡陽盆地為例

陳圣子，劉蘭芳，肖志成，周松秀

（1.貴州師范大學(xué)喀斯特研究院，貴州貴陽 55000；2.貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境國家重點實驗室培育基地，貴州貴陽 550001；3.衡陽師范學(xué)院城市與旅游學(xué)院，湖南衡陽 421002）

基于GIS的亞熱帶稻區(qū)旱災(zāi)恢復(fù)力評價
——以衡陽盆地為例

陳圣子1，2，劉蘭芳3，肖志成3，周松秀3

（1.貴州師范大學(xué)喀斯特研究院，貴州貴陽 55000；2.貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境國家重點實驗室培育基地，貴州貴陽 550001；3.衡陽師范學(xué)院城市與旅游學(xué)院，湖南衡陽 421002）

災(zāi)害恢復(fù)力是災(zāi)害綜合風(fēng)險管理的重要組成部分，如何評價區(qū)域旱災(zāi)恢復(fù)力已成為學(xué)術(shù)界的重要課題。以衡陽盆地為例，利用RS和GIS技術(shù)，結(jié)合社會調(diào)查數(shù)據(jù)，從自然生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力、生活系統(tǒng)恢復(fù)力和外界支撐4個方面構(gòu)建旱災(zāi)恢復(fù)力評價指標(biāo)體系。運用層次分析法計算指標(biāo)權(quán)重，建立旱災(zāi)恢復(fù)力評價模型，對亞熱帶稻區(qū)旱災(zāi)恢復(fù)力進行綜合評價與分析，并提出了提高旱災(zāi)恢復(fù)力的優(yōu)化與調(diào)控措施。結(jié)果表明：衡陽盆地旱災(zāi)恢復(fù)力屬于中等水平，呈現(xiàn)由四周向中心，由南向北遞減的空間變化規(guī)律，與衡陽盆地降水的空間分布基本一致。

旱災(zāi)恢復(fù)力；評價指標(biāo)；RS和GIS；亞熱帶稻區(qū)

旱災(zāi)是引起中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失最嚴(yán)重的氣象災(zāi)害之一［1-2］。衡陽盆地是湖南省旱災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)之一。據(jù)衡陽市防災(zāi)辦和農(nóng)業(yè)局統(tǒng)計，2011年全市農(nóng)作物種植面積28.696×104hm2，農(nóng)作物干旱受災(zāi)面積18.22×104hm2，成災(zāi)面積7.345×104hm2，絕收面積1.42×104hm2，耕地缺水面積14.01 ×104hm2，其中因缺水影響晚稻移栽面積1.4×104hm2。巨大的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)損失嚴(yán)重地制約了衡陽盆地農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，已成為了農(nóng)村生活水平提高的“瓶頸”。因此，研究衡陽盆地旱災(zāi)恢復(fù)力具有重要意義。

隨著全球?qū)?zāi)害關(guān)注的日益增加，越來越多的專家、學(xué)者關(guān)注災(zāi)害恢復(fù)力研究，災(zāi)害恢復(fù)力由初期研究主要集中于自然環(huán)境或社會經(jīng)濟的單一方面轉(zhuǎn)變到自然環(huán)境與社會經(jīng)濟在災(zāi)害響應(yīng)中的綜合作用研究上。近年來，災(zāi)害恢復(fù)力主要涉及防災(zāi)減災(zāi)［3-5］、災(zāi)害的經(jīng)濟恢復(fù)力［4-6］、災(zāi)害心理學(xué)恢復(fù)［5-9］等研究。目前，災(zāi)害恢復(fù)力研究尚未形成一套完整的理論體系和成熟可行的評價方法。在研究區(qū)域上，旱災(zāi)恢復(fù)力研究主要集中在干旱和半干旱地區(qū)，對亞熱帶稻區(qū)干旱研究甚少。在實際研究過程中，如何根據(jù)區(qū)域災(zāi)害的形成原因及自身生態(tài)環(huán)境條件，建立適合當(dāng)?shù)貙嶋H的旱災(zāi)恢復(fù)力評價指標(biāo)體系與模型成為目前區(qū)域災(zāi)害恢復(fù)力研究的一個重要問題。

1　研究區(qū)概況

衡陽盆地屬于南方濕熱丘崗地易侵蝕退化脆弱區(qū)，是典型的紅色丘陵盆地［10］，地處111°32′16″～113°16′32″E，26°07′05″～27°28′24″N，轄衡南、衡陽、衡東、衡山、祁東、常寧、耒陽7個縣（市）和南岳、珠暉、雁峰、石鼓、蒸湘5區(qū)，全市共有186個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總?cè)丝?18.95萬人，總面積15310 km2。地貌類型以崗、丘為主，坡度大于15°的土地面積占國土面積的50%。衡陽盆地為典型的大陸性亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.2～18.1℃，最熱月7月平均氣溫29.4～30.1℃，全年雨量豐沛，多年平均降水量為1223.4～1421 mm，其中7～9月降雨較少，僅占全年降水量20%，在此期間蒸散量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過降水量，由于其獨特的盆地地形，形成了規(guī)律性的干旱，為著名的“衡邵干旱走廊”。

2　數(shù)據(jù)來源與方法

2.1數(shù)據(jù)來源

本次研究調(diào)查單元為衡陽盆地7個縣域，衡陽市城區(qū)不在研究區(qū)范圍之內(nèi)。數(shù)據(jù)指標(biāo)中，其中水庫水塘密度數(shù)據(jù)借助以往統(tǒng)計資料和現(xiàn)場調(diào)查獲取；多年平均降水量、7-9月干旱指數(shù)來源于衡陽市氣象局統(tǒng)計資料；森林覆蓋率數(shù)據(jù)從湖南省國土資源廳統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到；有效灌溉率、人均耕地面積、農(nóng)業(yè)人均純收入、非農(nóng)業(yè)收入比例、人口密度、勞動力文化素質(zhì)、災(zāi)后政府補貼和糧食儲備率等社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于《衡陽市志》《衡陽六十年》和衡陽市統(tǒng)計信息網(wǎng)。

2.2旱災(zāi)恢復(fù)力評價方法

2.2.1旱災(zāi)恢復(fù)力層次結(jié)構(gòu)模型建立

災(zāi)害恢復(fù)力是災(zāi)害環(huán)境研究的重要部分。旱災(zāi)恢復(fù)力是自然因素與人為因素相互作用、彼此疊加的結(jié)果，旱災(zāi)恢復(fù)力層次結(jié)構(gòu)模型的建立因根據(jù)旱災(zāi)恢復(fù)力的研究需求、亞熱帶稻區(qū)的旱災(zāi)特點、數(shù)據(jù)的可獲取性等情況來構(gòu)建。模型建立依據(jù)整體性、代表性、可操作性和針對性強的原則，將模型建成3個層次，分別是：目標(biāo)層：表示亞熱帶稻區(qū)旱災(zāi)恢復(fù)力綜合指數(shù)；準(zhǔn)則層：由自然生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)力、生活系統(tǒng)恢復(fù)力和外部支柱組成；指標(biāo)層：表示旱災(zāi)恢復(fù)力的具體評價指標(biāo)（圖1），在層次模型下，進行同一層次指標(biāo)間兩兩相對重要性判斷。

2.2.2分級標(biāo)準(zhǔn)

旱災(zāi)恢復(fù)力評價涉及到自然、生產(chǎn)生活、外部支柱等三個方面。每個方面又由多個指標(biāo)構(gòu)成，各指標(biāo)對子系統(tǒng)和總系統(tǒng)的貢獻率有所不同，所以很難統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進行量化處理。本文參考高麗龍［11-12］和楊小慧［13-14］等對旱災(zāi)恢復(fù)力的研究成果。根據(jù)衡陽盆地自然狀況、生態(tài)環(huán)境和人類活動狀況，結(jié)合專家建議，經(jīng)過綜合分析，以各因子對旱災(zāi)恢復(fù)力的影響方式和作用程度對其進行分級，將單個因子的恢復(fù)力程度分為3個等級，并給與不同的評分標(biāo)準(zhǔn)，即Ⅰ（高恢復(fù)力）Ⅱ（中恢復(fù)力）Ⅲ（低恢復(fù)力）的分?jǐn)?shù)為6分、4分、2分（表1）。根據(jù)各因子對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響來確定等級的臨界值。如降水量在800 mm以下，稻區(qū)就極易出現(xiàn)干旱，或者根據(jù)衡陽市各縣診斷因子值的聚類分布特征，采用內(nèi)插等分得方法進行處理。

圖1　亞熱帶稻區(qū)旱災(zāi)恢復(fù)力評價指標(biāo)體系

表1　亞熱帶稻區(qū)旱災(zāi)恢復(fù)力評價分級標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)權(quán)重

2.2.3權(quán)重的確定

權(quán)重是衡量評價指標(biāo)相對重要性的量值。權(quán)重的準(zhǔn)確性影響著評價的科學(xué)性，目前，以層次分析法應(yīng)用最成熟，因此，在旱災(zāi)恢復(fù)力評價中采用層次分析法，結(jié)合專家咨詢來確定指標(biāo)權(quán)重（表1），并通過一致性檢驗（表2），得出最終評價指標(biāo)的權(quán)重。

表2　亞熱帶稻區(qū)旱災(zāi)恢復(fù)力層次結(jié)構(gòu)模型一致性檢查結(jié)果

2.3 旱災(zāi)恢復(fù)力評價模型

為進一步獲得研究區(qū)旱災(zāi)恢復(fù)力評價結(jié)果，需要選擇合適的評估方法對其進行綜合計算。文章借鑒已有的研究成果［15］，構(gòu)建旱災(zāi)恢復(fù)力指數(shù)（R）的計算模型如公式（1）。

模型（1）中，R為評價區(qū)域恢復(fù)力的綜合得分，Xij代表第i個指標(biāo)在第j個縣的單項得分；本文評價不包括衡陽城區(qū)，其評價的縣、縣級市為7個，Wi表示第i個指標(biāo)的權(quán)重值，它反映了指標(biāo)在評價農(nóng)業(yè)旱災(zāi)恢復(fù)力中的相對重要性的量值。m表示評價指標(biāo)個數(shù)，由所建立的恢復(fù)力評價指標(biāo)體系中指標(biāo)數(shù)為12個，因此取m=12。

3　旱災(zāi)恢復(fù)力綜合評價結(jié)果

3.1綜合分級評價標(biāo)準(zhǔn)

對旱災(zāi)恢復(fù)力指數(shù)進行綜合診斷。其中主要診斷對象為高恢復(fù)力和中恢復(fù)力，通過計算高恢復(fù)力和中恢復(fù)力面積和與區(qū)域總面積之比，表示旱災(zāi)恢復(fù)力的綜合水平值。采用聚類分析和自然斷裂法將7個縣（縣級市）的旱災(zāi)恢復(fù)力指數(shù)劃分為3個等級。將各縣（縣級市）與0.48和0.45進行比較。此值大于0.48的屬于高恢復(fù)力，在0.48到0.45之間的屬于中恢復(fù)力水平，低于0.45的屬于低恢復(fù)水平。將各縣的恢復(fù)力指數(shù)大小與之比較，即可確定該縣農(nóng)業(yè)旱災(zāi)恢復(fù)力指數(shù)的等級。此分值越大表示現(xiàn)實恢復(fù)力越高，分值越小表示現(xiàn)實恢復(fù)力越低。

3.2評價結(jié)果

根據(jù)建立的亞熱帶稻區(qū)旱災(zāi)恢復(fù)力評價指標(biāo)系統(tǒng)及評價模型，得出衡陽盆地7個縣（縣級市）的旱災(zāi)恢復(fù)力指數(shù)（表4），整體上看，衡陽盆地旱災(zāi)恢復(fù)力屬于中等水平，高等恢復(fù)力分布在常寧市、衡東縣；中恢復(fù)力主要分布在祁東縣、耒陽市和衡山縣；而低恢復(fù)力主要分布在衡陽縣和衡南縣。常寧市的旱災(zāi)恢復(fù)力最強，高達0.51；耒陽市次之，為0.49；衡陽縣最小，僅0.37。衡陽市旱災(zāi)高恢復(fù)力面積占衡陽市國土面積的28.5%；旱災(zāi)中恢復(fù)力面積占衡陽市國土面積的43%；旱災(zāi)低恢復(fù)力面積占綏陽縣國土面積的28.5%（表4）。為了直觀地反映衡陽盆地旱災(zāi)恢復(fù)力的地理規(guī)律，利用Arc GIS軟件將診斷結(jié)果表現(xiàn)在圖上，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出：衡陽盆地旱災(zāi)恢復(fù)力存在明顯的地域差異，盆地中部旱災(zāi)恢復(fù)力最低，北部的旱災(zāi)恢復(fù)力低于南部旱災(zāi)恢復(fù)力，呈現(xiàn)出由四周向中心，由南向北遞減的空間變化規(guī)律，與衡陽市降水的空間分布基本一致。因此，盆地中部和北部防旱抗旱任務(wù)艱巨。

表3　衡陽盆地7個縣（縣級市）旱災(zāi)恢復(fù)力評價結(jié)果

表4　衡陽市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)恢復(fù)力指數(shù)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

圖2　亞熱帶稻區(qū)旱災(zāi)恢復(fù)力空間分布

4　結(jié)論與討論

旱災(zāi)恢復(fù)力評價是防旱抗旱的基礎(chǔ)工作，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要許多學(xué)者不斷進行理論探討。本文以衡陽盆地為案例，對旱災(zāi)恢復(fù)力進行了初步探討。研究結(jié)果表明衡陽盆地旱災(zāi)恢復(fù)力處于中等水平。

亞熱帶稻區(qū)旱災(zāi)恢復(fù)力優(yōu)化與調(diào)控措施，應(yīng)根據(jù)亞熱帶稻區(qū)環(huán)境特征，將開源節(jié)流與生態(tài)修復(fù)同步發(fā)展。應(yīng)不斷完善農(nóng)田水利設(shè)施灌溉工程，強化水土保持治理措施。同時通過加快發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，提高基礎(chǔ)支撐能力。特別是應(yīng)大力發(fā)展工程措施、生物措施促進區(qū)域生態(tài)安全、經(jīng)濟安全和糧食安全協(xié)調(diào)發(fā)展。

［1］范寶俊.中國自然災(zāi)害與災(zāi)害管理［M］.哈爾濱：黑龍江教育出版社，1998.

［2］周益輝，曾光平，唐林，等.南方夏秋干旱期間的天氣氣候特征［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報，2003，14（增刊）：118-125.

［3］Bruneau M，ChangS，EguchiR，etal.A frame work to quantitatively assess and enhance seismic resilience of communities［J］.Earthquake Spectra，2003，19（4）：733-752.

［4］Rose Adam，Shu-yi Liao.Modelling regional economic resilience to disasters：acomputable generalequilibruim analysis of water service disruptions［J］.Journal of Regional Science，2005，45（1）：75-112.

［5］Kendra M，Wachtendorf T.Elements of resilience after the world trade center disastee reconstituting New Yorksr emergency operation centre［J］.Disasters，2003，27 （1）：37-53.

［6］劉婧，史培軍，葛怡，等.災(zāi)害恢復(fù)力研究進展綜述［J］.地球科學(xué)進展，2006，21（2）：211-213.

［7］鄒君，楊玉蓉，田亞平.南方丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性概念與評價［J］.自然資源學(xué)報，2007，3（22），302-310.

［8］劉蘭芳.干旱災(zāi)害對湖南省農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響及對策［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35（1）：271-273.

［9］史培軍.四論災(zāi)害系統(tǒng)研究的理論與實踐［J］.自然災(zāi)害學(xué)報，2005，14（6）：2-7.

［10］史培軍.五論災(zāi)害系統(tǒng)研究的理論與實踐［J］.自然災(zāi)害學(xué)報，2009，18（5）：1-3.

［11］史培軍，王靜愛，陳婧.當(dāng)代地理學(xué)之人地相互作用研究的趨向：全球變化人類行為計劃（IHDP）第六屆開放會議透視［J］.地理學(xué)報，2006，61（2）：115-126.

［12］王俊，楊新軍，劉文兆.半干旱區(qū)社會—生態(tài)系統(tǒng)干旱恢復(fù)力的定量化研究［J］.地理科學(xué)進展，2010，29（11）1385-1390.

［13］高立龍，蘇筠.湖南鼎城區(qū)農(nóng)業(yè)旱災(zāi)恢復(fù)力評價［J］.貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（4）：83-86.

［14］楊小慧，王俊.半干旱區(qū)農(nóng)戶對干旱恢復(fù)力的定量分析［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2010，24（4）：101-106.

［15］于翠松.山西省水資源系統(tǒng)恢復(fù)力定量評價研究［J］.水文，2008，28（2）：13-17.

Drought Resilience Diagnosis and Regulation in Subtropical Rice Area Based on GIS——A Case Study in Hengyang Basin

CHEN Sheng-zi1，2，LIU Lan-fang3，XIAO Zhi-cheng3，ZHOU Song-xiu3
（1.School of Karst Science，Guizhou Normal University，Guiyang Guizhou 550001，China；2.The State Key Laboratory Incubation Base for Karst Mountain Ecology Environment of Guizhou Province，Guiyang Guizhou 550001，China；3.College of City and Tourism，Hengyang Normal University，Hengyang Hunan 421002，China）

Disaster resilience is an important part of integrated disaster risk management.Drought is the main disturbance factor for economic development in the subtropical rice area especially the agriculture production and ecological environmental construction.Taking Hengyang basin as an example，the drought resilience evaluation index system is constructed from 4 aspects of the natural ecological environment，production system resilience，life system resilience and external support，which using RS and GIS technology and combined with social investigation data.By using the analytic hierarchy process to calculate the weight，the model of drought resilience diagnosis is established and the comprehensive diagnosis for drought resilience in subtropical rice area is carried out and the integrated optimization and control measures are put forward.The results showed that：（1）On the whole，the drought resilience of the Hengyang basin belongs to the medium level，it showed from the periphery to the center，the spatial variation law of diminishing from the south to the north and it is consistent with the spatial distribution of precipitation in Hengyang city；（2）The drought resilience in Changning city is the strongest，it is 0.51 and Leiyang city is after Changning city，it is 0.49；Hengyang county is the least，it is only 0.37.This research has provided a theoretical guidance for the disaster prevention and post disaster reconstruction of Hengyang city.

drought resilience；diagnosis；RS and GIS；subtropical rice area

X43

A

1673-0313（2015）06-0076-04

2015-05-15

國家自然科學(xué)基金資助項目（41171075）

陳圣子（1991-），女，湖南祁陽人，碩士研究生，從事生態(tài)系統(tǒng)評價研究。