旱情遥感监测理论方法与实践(遥感水利应用技术丛书)
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1.2 我国的干旱灾害

1.2.1 总体情况

干旱灾害是我国主要的自然灾害之一。由于我国幅员辽阔、地形复杂,局地性或区域性的干旱灾害频发。据历史记载,近2000多年来我国发生较大旱灾1088次,平均每2年发生一次[8]。历史上的极端干旱曾经造成数百万人死于灾荒,经济社会发展受到重大影响。新中国成立以来,经过大规模水利建设,初步形成了供水保障体系,抗旱能力有了大幅度提高,但抗旱减灾体系建设仍严重滞后,干旱灾害频发重发。受全球气候变化和人口增长、经济发展、城镇化进程加快等因素影响,近年来区域性严重干旱呈现频次增加、范围扩大、损失加重趋势。近几年接连发生的2009年北方冬麦区大旱、2010年以来西南地区连续四年大旱、2011年长江中下游地区严重干旱、2013年南方地区主汛期大范围高温伏旱,都对群众生产生活造成严重影响。据统计分析,1991—2015年,年均因旱临时饮水困难人数为2595.88人,年均受旱面积2082.315万hm2,2006—2015年全国因旱直接经济损失占当年GDP的百分比为0.27%[9]

1.2.2 我国历史干旱灾害

根据《中国水旱灾害》对历史时期中国干旱灾害事件的统计分析,自有史料记载以来至新中国成立的2150多年中,即公元前206年至1949年,全国发生较大旱灾1056次,平均每2年一次[8]。17世纪至19世纪,1640年、1671年、1679年、1721年、1785年、1835年,1856年及1877年发生了受旱范围在200个县以上的大旱。20世纪以来,1920年陕、豫、冀、鲁、晋5省大旱,灾民2000万人,死亡50万人;1928年华北、西北、西南等13个省535个县遭旱灾;1942—1943年大旱,仅河南一省饿死、病死者即达数百万人。

新中国成立以来,经过大规模的水利建设,我国初步形成了供水保障体系,抗旱能力随之大幅提高,但抗旱减灾体系建设滞后,1959—1961年、1972年、1978年、1997年、2000—2001年、2003年、2009—2010年、2011年等均发生严重干旱。其中1959—1961年大旱,受旱范围波及东北辽宁、黄淮海区的河北、山东、山西、河南,长江中下游的安徽、湖南、湖北,华南的福建、广东、广西、海南,西南的四川、云南、贵州以及西北的陕西、甘肃和青海等近20个省(自治区);1972年大旱,北方大范围少雨,春夏连旱,灾情严重,南方部分地区伏旱严重,全国受旱面积4.6亿亩,成灾2亿亩;1978年特大干旱,长江中下游地区的伏旱最为严重,全国受旱面积6亿亩,成灾面积2.7亿亩,是有统计资料以来的最高值;2000—2001年大旱,波及东北地区、黄淮海地区、长江中下游地区、华南地区、西南地区和西北地区等六大区域近20个省(自治区),累计受旱面积4054万hm2,成灾面积2678万hm2;2009—2010年西南大旱,始于2009年秋,主要集中在西南地区的云南、贵州大部和广西西北部以及四川、重庆等地92个市(地,州),云南省16个市(地、州)均不同程度受灾。耕地受旱面积达到1.01亿亩,因旱饮水困难人数达到2088万人;2011年长江中下游大旱,影响范围非常广,湖北、湖南、江西、安徽的大部分地区受旱灾波及,江苏、上海等沿江地区及浙江北部地区亦受牵连,尤以湖北、湖南两省最为严重。长江中下游干旱导致3483.3万人受灾,423.6万人的饮水受限,农作物受灾面积370.51万hm2,直接经济损失149.4亿元。

1.2.3 我国干旱灾害空间分布

中国地处东亚季风区,天气气候复杂多变,水资源和人口时空分布不均,由于季风进退途径和强弱的年际变化大,中国的北方地区经常会发生干旱,又因为中国南方的低空季风途径常常被阻隔,或者水汽影响减弱,几乎年年都会出现局部的季节性干旱现象。

根据干旱的这些广泛影响可把全国大致区划为5类区域:

(1)西北干旱区。以新疆、甘肃为中心地区,由于深入腹地,西部的青藏高原阻挡了印度洋水汽,常年少雨,这里是全国干旱最严重的地区。

(2)东北干旱区。以春旱为主,夏旱次之,个别年份春连夏旱,影响最为严重。

(3)黄淮海干旱区。这是我国发生干旱面积最大、频次最高的地区。在3—10月的农作物生长期内均有可能发生,其中春旱频次最高,有“十年九春旱”之说。如1951—1980年的30年内就有26年出现了不同程度的春早。大多数春旱年之前的冬季即少雨(雪),甚至自秋季就少雨。夏旱的频次低于春旱,但多与春旱或秋旱相连,对农业生产影响也比较大。

(4)长江中下游干旱区。这是我国东部干旱频次相对较低的一个地区,干旱次数不仅低于北部的黄淮海流域,甚至也低于其南部的华南及西南地区。这里春旱频次不高,夏旱则比较经常出现。夏旱一般都是梅雨结束后受副高压控制,出现连晴高温天气,所以通常又称“伏旱”。单纯的伏旱一般影响不很严重,只有旱情持续到9月、10月或11月,即出现夏秋连旱时危害才比较重。单纯出现的秋旱范围较小,影响也比较轻。

(5)华南和西南区干旱区。这两个地区一年四季都有农作物生长,干旱频次也比较高。但与前三个区不同的是以冬春两季干旱为主,特别是冬春连旱影响比较大。其中,华南地区夏秋多台风降水,因此,干旱多出现在秋末、冬季到初春期间。西南地区冬春发生连旱时亦可持续4~5个月,有时也发生秋、冬、春三季的连旱。

1.2.4 近年来我国干旱灾害总体特点

受全球气候变化和人口增长、经济发展、城镇化进程加快等因素影响,近年来区域性严重干旱呈现发生频率高、分布面积广、持续时间长、危害性大的特点。

(1)发生频率高。近年来,我国年年有干旱,平均每3年发生一次重特大旱灾,尤其经常发生区域性特大旱灾。如2000年全国特大干旱灾害,2006年华北、西北部分地区发生严重干旱,重庆、四川遭遇百年一遇特大干旱等,充分表明干旱灾害不仅发生频率高,而且发生频次增多。

(2)分布面积广。近几年,在传统的北方旱区旱情加重的同时,南方和东部多雨区旱情也在扩展和加重,目前旱灾范围已遍及全国,旱灾影响范围已由传统的农业扩展到工业、城市、生态等领域。干旱不仅分布面积广,而且干旱灾害范围也逐步扩大。

(3)持续时间长。近些年,北方地区主要以冬春旱为主,但呈现出连季干旱、连年干旱的趋势。1997—2000年北方大部分地区持续3年严重干旱,2004年秋季至2007年夏季甘肃东北部持续3年干旱,2006年夏季至2007年春季重庆、四川百年不遇的夏秋冬春四季连旱,都造成重大影响和损失。种种迹象都表明旱灾持续时间长,持续的过程有拉长的趋势。

(4)危害性大。全国除西藏以外的广大地区,因旱对我国城乡饮用水安全、经济社会发展、生态与环境造成的损失,危害性极大。由于干旱缺水,工业布局受到限制,一部分企业被迫停产或半停产,直接影响经济社会发展,甚至影响社会安定。

1.2.5 旱情监测工作现状及存在问题

旱情监测作为抗旱减灾重要的非工程措施,对于实时掌握旱情动态,科学指导抗旱救灾,提高抗旱管理水平,最大限度地减少旱灾损失,保障社会经济可持续发展,都具有十分重要的现实意义。当前我国水利部门已建立起雨情、水情、地下水等基础水文监测站网,在抗旱减灾方面发挥了重要作用,但是墒情监测站点总体偏少,难以支撑大范围旱情监测的需要。

1.2.5.1 我国旱情监测现状

为了抗旱工作的需要,水利(水文)部门在全国范围内开展了旱情监测,逐步建立旱情数据库、规划建设国家水文数据库等,开发了一系列水雨情综合信息查询、防汛抗旱会商、水文预报、信息发布等业务系统,在历年的抗旱工作中发挥了巨大作用。此外,农业、气象等部门根据各自业务需要也开展了部分旱情监测工作。

1.水利部门建立了各类水文基本监测站网

截至2014年,我国水利部门现有(包括水文部门和水工程管理单位建设管理的)各类水文测站约5万处,其中国家基本水文站3172处,专用水文站1710处;水位站9890处,雨量站46980处;水质站12869处,地下水监测站16990处;墒情监测站1927处。水文观测项目有流量、水位、降水、蒸发、泥沙、水质、地下水、水温等。承担水情报汛任务的水文测站现有43539处,发布水文预报站1389处,并制定了相应监测规范和水情拍报办法,增加了部分雨量站、水文站、中型水库、墒情站、水质站的报旱任务。

2.气象、农业部门建立的监测站网

气象部门现有雨量站18969处、蒸发站2466处,土壤墒情站600多处;农业部门现有土壤墒情站500多处。这些站点在本部门的业务工作中发挥了积极的作用,也可以为全国抗旱减灾提供相关的旱情信息。

3.水利部门基本建成的信息传输体系

目前全国水情信息传输已全部实现网络化。来自全国3200个中央水情报汛站的水情信息以电话、电台、卫星小站、电报等报汛手段,报送到水情分中心,再通过卫星、防汛通信专用网和全国水情计算机广域网等多种通信网络传输到水利部水文局(水利信息中心)。从2005年起,与水雨情信息一起,土壤墒情等部分旱情信息也开始利用防汛通信专用网络进行报送。

4.水利部门初步实现了水旱情信息自动化处理

初步实现了应用计算机进行信息的接收、处理、建设和联机预报,并在防汛抗旱工作中逐步发挥了很好的作用。水利部门开发了一系列水情电报自动接收和译电程序、WEB水情信息查询与监视系统、抗旱信息管理系统、天眼防汛抗旱水文气象综合应用系统等应用软件,提高了信息的处理、查询、预测和分析能力。目前,部分站点可为抗旱工作提供中央报汛站的实时与历史、枯水期水情信息、主要江河来水量和水质分析、全国大型水库蓄水量统计等水文水资源信息和分析成果。

5.规范了有关水旱情数据库建设

水利部门组织编制的《实时雨水情数据库表结构与标识符标准》(SL 323—2011)涵盖了《水情信息编码标准》中全部13类实时水雨情信息的数据存储结构,弥补了现有实时水雨情数据库不能存储墒情、地下水等旱情信息的不足,提高了数据共享能力。同时,水利部还组织编制了《土壤墒情监测规范》(SL 364—2006),进一步规范了土壤墒情监测工作。此外,旱情信息采集系统作为《国家防汛抗旱指挥系统》的组成部分,在一期建设中开展了试点,为抗旱工作实现信息化奠定了基础。

1.2.5.2 我国旱情监测存在的问题

从多年的抗旱实际工作中看,旱情信息的监测与汛情信息的监测相比,无论信息源,还是监测的手段,都还存在很大差距,旱情监测系统建设严重滞后。旱情信息采集基础较为薄弱,站网布设不足,自动化程度低,处理手段落后;旱情信息的查询分析处理应用软件少、功能弱,旱情实时分析能力差等,判断旱情很多地方主要还是凭经验,难以对旱情发展趋势进行科学的分析和预测,抗旱活动存在一定程度的盲目性;各地还没有建立比较规范的旱灾评估体系,干旱灾害对农业、工业及城乡居民生活的影响、造成的损失以及抗旱效益难以进行较为准确的评价等,不能满足抗旱各项工作的需要。

1.旱情监测站点稀少,旱情监测体系不完善

多年来,水利部门已建立起雨情、水情、地下水、水质等基础水文监测站网,在抗旱减灾方面发挥了重要作用。但是,目前直接为抗旱监测的旱情站点很少,并且布局不尽合理,不足以构成一个与抗旱管理体制相适应且能够覆盖全国的旱情信息采集网络。例如,国家防汛抗旱指挥系统一期工程试点建设了部分自动墒情监测站,对与降雨、地表水、地下水、水库等密切的相关旱情信息以及水利工程蓄泄情况、防洪调度方案等进行综合分析,在2006年的重庆等地大旱中发挥了积极作用,但由于站点稀少,还远不能满足抗旱工作的实际需要。

其他相关部门,如气象部门的土壤水分监测站主要分布在城市周边,数量也很少;农业部门的墒情监测站缺乏降雨、地下水等相关旱情信息配套,且站网密度很低。在全面充分利用水利、气象、农业等部门的土壤水分监测站点基础上,仍不能满足日益繁重的抗旱减灾工作的需要。

2.现有旱情信息内容不能满足需要

影响旱情的因素很多,因此抗旱减灾决策除了直接的旱情监测、统计信息外,还需要对社会、经济、地理等信息进行综合评判。目前,旱情信息的收集难度很大。现有的水情报汛站的拍报任务主要是以防汛为主,虽然部分重点站现已逐步开展在非汛期也报送水情(旱情)信息,但间隔时间较长。相当一部分水文测站没有报汛任务,缺少旱情信息报送手段,信息内容和频次不能满足日益繁重的抗旱减灾的需要。

3.现有旱情信息时效性不能满足要求

目前,全国尽管已建成较为成熟的防汛抗旱信息通信、计算机网络,但是土壤墒情、水源地、地下水、水量水质以及灾情等与抗旱密切相关的信息还大多依靠各级水利(水文)和抗旱管理部门通过邮寄、电话、传真等传统方式逐级上报收集,时效性差,而且由于缺乏信息数字化的统一标准,对这些收集上来的数据需要花大量时间进行加工处理,效率低,差错率高,难以满足应急抗旱对信息的时效性要求。

4.现有旱情信息的处理手段不能满足要求

水利部门已颁布了行业标准《土壤墒情监测规范》(SL 364—2015),但墒情只是一个单一要素,不能用墒情替代旱情。由于旱情的发生发展受多种因素影响,需要结合降雨、土壤墒情、地表水、地下水等水文气象信息进行综合评判才能全面真实地反映旱情。目前,与旱情相关的基础历史资料也缺乏系统的整理与收集,还没有全面建成信息种类齐全、信息覆盖全国的抗旱信息数据库,缺乏技术成熟、功能全面的旱情信息处理和决策支持软件,难以为抗旱指挥部门提供及时准确的旱情信息和科学的旱情评判分析成果。