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摘 要： 摘要:農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)和診斷是科學(xué)防范農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵，在區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控實(shí)踐中具有重要作用。為定量評價(jià)區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性強(qiáng)弱程度、識(shí)別影響其強(qiáng)度變化的主要指標(biāo)，通過改進(jìn)差異度系數(shù)的計(jì)算方法，建立了基于灰色關(guān)聯(lián)度和聯(lián)系數(shù)耦合的區(qū)域農(nóng)
摘要:農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)和診斷是科學(xué)防范農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵，在區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控實(shí)踐中具有重要作用。為定量評價(jià)區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性強(qiáng)弱程度、識(shí)別影響其強(qiáng)度變化的主要指標(biāo)，通過改進(jìn)差異度系數(shù)的計(jì)算方法，建立了基于灰色關(guān)聯(lián)度和聯(lián)系數(shù)耦合的區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)模型，對區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性進(jìn)行動(dòng)態(tài)評估，并根據(jù)此模型提出了基于五元減法集對勢的區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性診斷方法，用以識(shí)別影響脆弱性的主要指標(biāo)。在蚌埠市的應(yīng)用結(jié)果表明:蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)等級從2001-2003年的超3級水平改善到2004-2010年的3級水平，農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性呈減弱趨勢，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對干旱災(zāi)害的承受能力呈逐年提升趨勢;通過診斷模型識(shí)別出影響蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性的主要指標(biāo)有農(nóng)民人均GDP、單位耕地面積農(nóng)機(jī)動(dòng)力、農(nóng)業(yè)萬元GDP用水量和單位農(nóng)業(yè)增加值耗水量，其中單位農(nóng)業(yè)增加值耗水量與農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性的相關(guān)性最大。這些結(jié)果可為區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)，對促進(jìn)農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)定量研究具有重要意義。
關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn);旱災(zāi)脆弱性;差異度系數(shù);灰色關(guān)聯(lián)度;聯(lián)系數(shù);五元減法集對勢;評價(jià);診斷
干旱是指某一地理區(qū)域的降水、徑流或土壤含水量等水循環(huán)過程中天然水源持續(xù)低于長期平均值，導(dǎo)致河流、湖泊、土壤或地下含水層缺水的自然現(xiàn)象[1]。干旱發(fā)展到一定程度后造成供水水源匱乏，并對作物和植被正常生長、人類正常生活生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境正常功能造成不利影響的事件稱為干旱災(zāi)害(旱災(zāi))[2]。農(nóng)業(yè)是中國國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)，然而，因其自身的弱質(zhì)性、高風(fēng)險(xiǎn)性及應(yīng)對自然災(zāi)害能力的有限性[3]，使其成為受干旱影響最為嚴(yán)重的一類承災(zāi)體。農(nóng)業(yè)旱災(zāi)是指在作物生長過程中，由于得不到適時(shí)或適量的水分供應(yīng)而造成作物水分虧缺，并最終導(dǎo)致作物減產(chǎn)甚至絕收的現(xiàn)象[4]。根據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)理論，農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)是由孕災(zāi)環(huán)境差異性、致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力四個(gè)子系統(tǒng)相作用構(gòu)成的典型復(fù)雜系統(tǒng)[1，5]，其中農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)敏感于或易于遭受干旱威脅并形成損失的性質(zhì)和狀態(tài)[6]，可反映承災(zāi)體的承災(zāi)能力，脆弱性與承災(zāi)能力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。Wilhite[7]在《農(nóng)業(yè)旱災(zāi)影響與脆弱性評估指南》中指出，在整個(gè)干旱災(zāi)害周期中通過科學(xué)合理的手段降低承災(zāi)體脆弱性對減少災(zāi)損意義重大。因此，開展農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性研究對推動(dòng)區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)定量評估和調(diào)控具有重要意義。
1990年以來，國內(nèi)外學(xué)者對農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性展開了大量研究[8-10]。目前，農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性的評價(jià)方法主要有模糊綜合評價(jià)[11]、集對分析[12]、云相似度[13]、主成分分析[14]和信息擴(kuò)散[15]等。其中，在運(yùn)用集對分析進(jìn)行綜合評價(jià)時(shí)，差異度系數(shù)I的計(jì)算方法是影響其處理不確定性問題的關(guān)鍵。李陶等[16]利用灰色系統(tǒng)理論中灰色關(guān)聯(lián)度的理念計(jì)算I，但是在實(shí)際計(jì)算過程[16-18]中發(fā)現(xiàn)用灰色關(guān)聯(lián)方法計(jì)算得到的I可能導(dǎo)致最終的評價(jià)結(jié)果出現(xiàn)相反的情況，為此本文耦合灰色關(guān)聯(lián)度和聯(lián)系數(shù)進(jìn)一步研究改進(jìn)的差異度系數(shù)計(jì)算方法。此外，當(dāng)前農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性診斷取得了許多有價(jià)值的研究成果，代表性的研究包括:王靜愛等[19]構(gòu)建了農(nóng)業(yè)旱災(zāi)承災(zāi)體脆弱性診斷指標(biāo)體系，商彥蕊等[20]運(yùn)用農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)相結(jié)合的方法分析了影響農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性的主要因素、提供了一種脆弱性診斷的思路，阿拉騰圖婭等[21]采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、GIS空間疊加分析方法對旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)類型與等級開展了診斷性評價(jià)。從當(dāng)前研究成果看，運(yùn)用單一評價(jià)方法對農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性的評價(jià)存在明顯不足，應(yīng)用多種智能方法對旱災(zāi)脆弱性進(jìn)行耦合評價(jià)已成為一種重要趨勢。同時(shí)，針對農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性開展診斷識(shí)別的定量研究方法仍不夠成熟，亟需深入探索。為此，本文基于灰色關(guān)聯(lián)度和聯(lián)系數(shù)耦合的方法，建立區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)模型，提出基于五元減法集對勢的脆弱性診斷模型，識(shí)別出對區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性影響較大的指標(biāo)，并在安徽省蚌埠市進(jìn)行實(shí)證研究，為實(shí)現(xiàn)區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)定量評估與調(diào)控奠定基礎(chǔ)，為制定有效的區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控措施提供科學(xué)依據(jù)。
1區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)和診斷模型的建立
1.1評價(jià)與診斷指標(biāo)體系的建立及權(quán)重的計(jì)算
在對農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)與診斷的內(nèi)涵進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)全面性、層次性、適用性及可操作性原則[22-23]，按照與區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性相關(guān)的影響因素，將區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)系統(tǒng)分為解承災(zāi)體的暴露子系統(tǒng)(E)、災(zāi)損敏感性子系統(tǒng)(V)、防災(zāi)減災(zāi)能力子系統(tǒng)(A)3個(gè)子系統(tǒng)以及屬于這些子系統(tǒng)下多項(xiàng)指標(biāo)的區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)與診斷指標(biāo)體系。由這3個(gè)子系統(tǒng)及其評價(jià)指標(biāo)構(gòu)成的區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系，可描述為{x(k，j)k=1，2，3;j=1，2，…，nk}，其中x(k，j)為某一被評價(jià)年份旱災(zāi)脆弱性第k子系統(tǒng)中的第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)，nk為第k個(gè)子系統(tǒng)中的指標(biāo)數(shù)量，k=1、2、3分別表示承災(zāi)體的暴露、災(zāi)損敏感性和防災(zāi)減災(zāi)能力子系統(tǒng)，評價(jià)系統(tǒng)指標(biāo)總數(shù)n=n1+n2+n3。運(yùn)用基于加速遺傳算法的層次分析法(AGA-AHP)[24]求各子系統(tǒng)及各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重{wjj=1，2，…，n}，其中wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)計(jì)算的權(quán)重值確定評價(jià)指標(biāo)體系。
2在蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)和診斷中的應(yīng)用分析
蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)系統(tǒng)脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系及相應(yīng)指標(biāo)權(quán)重，如表1所示[13，25]。
搜集整理蚌埠市2001-2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[35]，為便于說明、以偶數(shù)年為例進(jìn)行部分結(jié)果展示，由式(1)～式(3)計(jì)算ξba、ξbc，結(jié)果如表2所示。
將表2與式(4)相結(jié)合計(jì)算rba、rbc，歸一化后得r'ba=0.4849、r'bc=0.5151，由式(5)得相應(yīng)各年份評價(jià)樣本與等級之間的聯(lián)系數(shù)值，如表3所示。
為進(jìn)一步診斷蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性程度變?nèi)醯闹饕�，�?001-2010年的具體指標(biāo)進(jìn)行分析，診斷識(shí)別出影響蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性變?nèi)醯闹饕笜?biāo)。由文獻(xiàn)[31]、式(10)計(jì)算2001-2010年各指標(biāo)聯(lián)系數(shù)的五元減法集對勢，通過五元減法集對勢診斷識(shí)別出影響蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性的主要指標(biāo)，選取聯(lián)系數(shù)的五元減法集對勢2001-2010年中變化較大的指標(biāo)，具體結(jié)果如圖1所示，而聯(lián)系數(shù)的五元減法集對勢在2001-2010年中都在一個(gè)較小范圍內(nèi)波動(dòng)的指標(biāo)，因其參考價(jià)值不大，未被一一列出。
從圖1可看出:這4項(xiàng)指標(biāo)的整體趨勢都是往減法集對勢增加的方向、也就是降低脆弱性的方向發(fā)展，這與蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)的區(qū)域整體改善結(jié)果是一致的，說明這4項(xiàng)指標(biāo)與蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性有較強(qiáng)的相關(guān)性。A1指標(biāo)“農(nóng)民人均GDP”在2001-2003年處于反勢，2004年之后逐漸變?yōu)槠磩葑罱K處在均勢的狀態(tài)，其診斷結(jié)果呈逐年向好趨勢，在時(shí)間尺度上，農(nóng)民人均GDP向著有利于降低蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性的方向發(fā)展;V2指標(biāo)“農(nóng)業(yè)萬元GDP用水量”在2001-2003年處于均勢，之后在偏同勢與均勢之間波動(dòng)，說明該指標(biāo)同時(shí)受節(jié)水水平和天然來水的影響，對于蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性的影響具有波動(dòng)性;V5指標(biāo)“單位農(nóng)業(yè)增加值耗水量”在2001-2003年處于反勢，2003年之后逐漸處于均勢，并有往偏同勢發(fā)展的趨勢，評價(jià)等級由2001-2003年的超3級狀態(tài)變?yōu)?004年的3級，且評價(jià)等級呈逐年緩慢改善的趨勢，說明此指標(biāo)是引起蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)結(jié)果向好的主要因素;A7指標(biāo)“單位耕地面積農(nóng)機(jī)動(dòng)力”在2004年之前都是均勢，2008年之后逐漸變?yōu)橥瑒�，與蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)結(jié)果變化趨勢有較好的一致性。
根據(jù)上述診斷識(shí)別出主要的影響指標(biāo)，提出相應(yīng)的蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性調(diào)控措施有:①提高“農(nóng)民人均GDP”可以采取增加就業(yè)、擴(kuò)大農(nóng)民收入渠道的措施，增強(qiáng)農(nóng)民抵御農(nóng)業(yè)旱災(zāi)的能力，進(jìn)而減輕旱災(zāi)的影響程度。②提高“單位耕地面積農(nóng)機(jī)動(dòng)力”可以采取提高農(nóng)業(yè)大型機(jī)械的使用頻率、增加田間勞作效率的措施，加快農(nóng)民對于干旱的應(yīng)對速度，快速實(shí)施減災(zāi)措施，盡可能地降低旱災(zāi)的影響范圍與程度。③降低“單位農(nóng)業(yè)增加值耗水量”可以采取推廣大范圍節(jié)水灌溉措施、進(jìn)行田間噴灌與滴灌，取代傳統(tǒng)大水漫灌方式。④降低“農(nóng)業(yè)萬元GDP用水量”可以采取種植耗水較少的高產(chǎn)值經(jīng)濟(jì)作物的方式，改變傳統(tǒng)的種植方式與農(nóng)作物品種，提高農(nóng)業(yè)用水經(jīng)濟(jì)效益。
3結(jié)論
本文采用“評價(jià)-診斷”的研究思路構(gòu)建了基于灰色關(guān)聯(lián)度和聯(lián)系數(shù)耦合的區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)和診斷模型，并在蚌埠市開展實(shí)證研究，分析出蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，識(shí)別出導(dǎo)致蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性程度較強(qiáng)的主要指標(biāo)。結(jié)果表明:①屬性識(shí)別理論與級別特征值兩種方法計(jì)算的評價(jià)結(jié)果相一致，與實(shí)際情況也比較吻合，基于灰色關(guān)聯(lián)度和聯(lián)系數(shù)耦合的方法對于改進(jìn)差異度系數(shù)I的取值方式合理可靠。②將灰色關(guān)聯(lián)度和聯(lián)系數(shù)耦合的方法運(yùn)用到蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)中是可行有效的，得到評價(jià)結(jié)果為蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性2001-2003年的評價(jià)級別介于3級與4級之間，評價(jià)結(jié)果表明旱災(zāi)脆弱性程度較強(qiáng);2004-2010年評價(jià)級別在3級左右輕微波動(dòng)，評價(jià)結(jié)果表明旱災(zāi)脆弱性程度中等，旱災(zāi)脆弱性程度趨于平穩(wěn)，總體來說2001-2010年旱災(zāi)脆弱性的程度沒有很大變化，在一個(gè)小范圍內(nèi)波動(dòng)。③基于評價(jià)指標(biāo)聯(lián)系數(shù)的五元減法集對勢診斷分析結(jié)果說明，影響蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性的指標(biāo)主要包括農(nóng)民人均GDP、單位耕地面積農(nóng)機(jī)動(dòng)力、農(nóng)業(yè)萬元GDP用水量和單位農(nóng)業(yè)增加值耗水量，這4項(xiàng)指標(biāo)中“單位農(nóng)業(yè)增加值耗水量”與蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性的相關(guān)性最大，單位農(nóng)業(yè)增加值耗水量的波動(dòng)性與不確定性是導(dǎo)致蚌埠市農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性程度在時(shí)間尺度上呈現(xiàn)一定波動(dòng)性與不確定性的最主要因素。④基于灰色關(guān)聯(lián)度與聯(lián)系數(shù)耦合的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性評價(jià)和診斷方法合理可靠、適用性強(qiáng)，可為區(qū)域農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性定量評價(jià)和診斷提供重要的方法參考，為實(shí)施區(qū)域旱災(zāi)脆弱性調(diào)控提供技術(shù)支持。
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