内陆河流域干旱评估与技术调控

2.1.1.1　干旱相关概念

与干旱评估有关的概念包括干旱、旱情、旱灾和干旱风险。直观上理解，干旱是指一段时间内降水的持续减少。随着对干旱研究的深入，人们开始从水资源供需平衡的角度来认识干旱，认为干旱是供水不能满足正常需水的一种不平衡状态，不同的供需关系会产生不同的干旱。在供需关系中，影响供需水的自然因子包括降水、蒸发、气温和下垫面条件，人为因子包括土地利用方式、种植结构、人口和水利设施等［147］。但由于干旱成因及影响涉及气象、水文、农业、生态和社会经济等各学科，不同学科对干旱的理解和认识不尽相同，因此对干旱进行科学、确切的定义非常困难，至今尚无定论。目前，比较公认的干旱定义指水分收支或供需不平衡而形成的水分短缺现象，气象上最直接的表现是降水减少，水文上是河川径流量减少，农业上是土壤含水量降低。

旱情指干旱的表现形式和发生发展过程，包括干旱历时、影响范围、受旱程度和发展趋势等。旱灾指某一具体年、季、月的水分比平时显著偏少，导致工农业生产、城乡经济、居民生活和生态环境受到较大危害和损失的现象。它在干旱区、半干旱区、湿润区和半湿润区都可能发生，尤其在干旱区，发生的频率更高。风险一般指遭受损失、损伤或毁坏的可能性，1989年Maskrey提出风险是危险性与易损性之和［148］，1991年联合国提出自然灾害风险是危险性与易损性两个因素的综合反映。其定义为在一定时期产生有害事件的危险性与易损性的乘积［149］。干旱风险的本质是干旱的量级、发生时间等不确定性的概率分布及其造成的损失。

2.1.1.2　干旱分类及其特点

在以往研究成果的基础上，从不同学科角度，根据干旱的主要影响对象和发展阶段，本书将干旱分为气象干旱、水文干旱、农业干旱、社会经济干旱和生态干旱五类，并尝试提出生态干旱的定义及其评估指标，但未对社会经济干旱做单独评估。

（1）气象干旱。气象干旱一般有两种类型：①由气候、海陆分布、地形等相对稳定的因素在某一相对稳定的地区常年形成的水分短缺现象，称为干燥或气候干旱；②由各种气象因子的年际或季节变化形成的小范围、随机性水分异常短缺现象［147］，称为大气干旱。气候干旱和大气干旱都与降水多少有关，多数直接以降水量或降水量的统计数据作为评估指标，但干旱的发生主要取决于降水的稳定程度，所以干旱现象不仅在干燥气候区（干旱区）发生，在湿润区也可能由于长期水分短缺而发生，如我国2010年的西南大旱。本书所指的气象干旱主要指大气干旱，侧重研究大气的干湿程度。

（2）水文干旱。水文干旱是指某地区的水文循环中由于降水和地表水收支不平衡而造成的水分异常短缺现象。表现为河川径流量持续偏少，水库以及湖泊中的水量低于平均状态，难以满足需水要求。由于地表径流是大气降水与下垫面调蓄的结果，所以通常用某段时间内径流量、河流日均流量、水位小于某一数值作为评估指标，或采用地表径流与其他因子组合成多因子指标，如水文干湿指数、最大供需比指数、水资源量短缺指数等来分析，主要研究水资源的丰枯状况。

（3）农业干旱。农业干旱是由外界环境因素造成作物体内水分亏缺，影响作物正常生长发育，进而导致减产的现象。它涉及大气、土壤、作物和资源利用等多方面的因素，不仅是一种物理、生物过程，而且涉及社会经济，是各类干旱中最复杂的一种。按成因，可将农业干旱分为土壤干旱和作物生理干旱。土壤干旱是指土壤有效水分减少到凋萎含水量以下，致使植物生长发育得不到正常供水的情形；作物生理干旱是指作物体内水分亏缺的生理现象，它可能是因根区土壤水分不足又伴随一定的蒸发势，也可能是土壤水分充足，但因过高的蒸发势而引起的作物体内暂时性缺水，它与作物品种和作物生育期有关。农业干旱通常表现为作物枯萎、粮食减产等，通常采用能反映农业生产中水分供需矛盾程度的某些物理量来评估：①采用降水量、水分供求差、帕尔默指数等指标，反映当地农业水分的供应状况；②从土壤-植物-大气系统出发，采用相对蒸散度、水分亏缺量、作物水分指数等反映作物生长与水分利用关系的指标，来判断水分亏缺的程度；③利用土壤水分，如重量（体积）百分比、土壤有效水分贮存量、土壤相对湿度等指标来反映土壤干旱程度。由于干旱区灌溉林牧业（不包括天然林草）的干旱机制与农业相同，本书将其归为农业干旱。

（4）社会经济干旱。社会经济干旱指自然系统与人类社会经济系统中水资源供需不平衡造成的异常水分短缺现象。它从水分影响社会经济领域的生产、消费活动等角度描述干旱，主要用因干旱造成的经济损失来评估，如建立降水、径流与粮食产量、发电量、航运效益以及生命财产损失等因素之间的关系。这种干旱也可以看作抗旱准备不足的结果，也有学者不同意经济干旱的提法，而把它看作是干旱对社会的经济影响［193］。由于社会经济需水通常分为工业需水、农业需水和生活与服务行业需水，考虑到本书干旱过程模拟的二元水循环结构，农业供需水采用农业干旱指标评估，生活和工业、服务业用水保证率高，除非特殊年份，基本不发生缺水问题，本书未将其单独评估。(www.xing528.com)

（5）生态干旱。目前对于生态干旱暂无明确的定义，多表述为“干旱引起的生态环境变化”或归为农业干旱中。随着人们对生态环境的重视，近年来，越来越多的研究者开始采用具有物理机制的模型来研究干旱对生态系统的影响［150］，如吸取水文学的方法，将干旱与水文循环过程相结合，更真实客观地反映持续缺水对区域生态环境产生的严重影响和损害。目前还没有明确提出生态干旱方面的评估指标。

人工绿洲是西北干旱区社会经济发展的主要依托，而天然绿洲是人工绿洲的重要天然屏障，在生物多样性、抗旱耐盐、对环境变化的适应能力等方面有着人工绿洲无法比拟的优势［151］；绿洲和荒漠间的绿洲荒漠交错过渡带是绿洲生存的关键。因此，本书将西北干旱区生态干旱评估的对象确定为依靠地下水和径流存活的天然绿洲和绿洲荒漠过渡带植被，并根据内陆河流域水与生态过程的相互作用关系，定义生态干旱为：因持续的土壤水分和地下水短缺而引起的天然绿洲生态系统内部地下水位降低、植被退化、土地荒漠化等现象。依据影响天然植被生存发育的自然条件和反映其生长状况的因素，选择植被指数（vegetation index）、地下水位、植被多样性指数等作为生态干旱的评估指标。

2.1.1.3　干旱类型间的转化关系

上述干旱类型之间存在交、并、包含和被包含的关系，并且在时间和空间上具有一定的联系，气候变化条件下干旱发生过程和演变趋势见图2.1。

图2.1　各干旱类型之间的关系与演化过程

需指出的是，在时间上前一种干旱的产生不一定是下一种干旱类型发生的充分条件，如气象干旱发生后不一定会发生水文干旱，特别是在西北干旱区，降水减少但气温升高，会造成夏季强消融期冰川消融量的增加，使河川径流量保持相对稳定；水文干旱的发生也并不一定导致农业干旱，如灌溉措施、跨流域调水和土地利用方式改变等人类活动缓和了农业供需水矛盾，从而在一定程度上减少了农业干旱的发生概率；但对于人类活动干扰较小的天然绿洲生态系统来说，气象、水文或农业干旱所引起的水分亏缺一定会导致生态干旱的发生。在空间上，受气候、水资源条件、下垫面和人为干扰等因素的影响，不同区域可能发生的干旱类型差异较大。

生态干旱与农业干旱的主要区别与联系在于：干旱内陆河流域的天然植被在长期的演化过程中，已经适应了干旱区严酷的生存环境（一般是耐旱植物），对水分的需求及保证率相对灌区农作物较低，因而在相同的条件下先发生农业干旱，后引起生态干旱。由于农业经济在干旱区所占比重一般较大，农业干旱易引起人们的警觉，而生态干旱时间尺度较大，对水分的反应相对不敏感，不易引起注意。农业干旱发生后并不一定随之发生生态干旱，而生态干旱发生时有可能农业干旱现象已经解除；但农业旱情的缓解在一定程度上也减轻了灌区周边生态干旱的程度，这部分植被大多靠灌区水分侧渗而存活。