基于gis技術(shù)的水稻易損性分析

基于gis技術(shù)的水稻易損性分析

1澇漬災(zāi)害對農(nóng)業(yè)的影響洪水災(zāi)害是世界上最常見的自然災(zāi)害之一。史培軍指出，洪水災(zāi)害的發(fā)生是災(zāi)害環(huán)境、預(yù)測因素和受災(zāi)物體相互作用的結(jié)果。石立祥等人對災(zāi)害系統(tǒng)模型的各部分指標(biāo)進(jìn)行了定量，并進(jìn)一步發(fā)展了區(qū)域災(zāi)害系統(tǒng)理論。澇災(zāi)是指由于降雨過多,地面徑流不能及時排除,導(dǎo)致地表積水,浸泡承災(zāi)體,當(dāng)積水狀況(包括淹沒深度和歷時)超過承災(zāi)體的承載能力,使其功能或價值受損,而使國民經(jīng)濟(jì)遭受損失的災(zāi)害。農(nóng)作物是澇災(zāi)的主要承災(zāi)體,張愛民等利用Z指數(shù)方法,分析旱澇發(fā)生規(guī)律及澇漬災(zāi)害對農(nóng)作物的產(chǎn)量影響;許瑩等在考慮降雨量、雨日等,進(jìn)行了安徽省一季稻澇災(zāi)損失的定量評估研究;周月華等利用水位和雨量關(guān)系,做出洪澇災(zāi)害洪澇受災(zāi)面積評估模型。王臘春等在GIS支持下建立了太湖流域洪澇災(zāi)害評估模型。本文主要利用利用GIS技術(shù)分析計算不同淹沒水深所對應(yīng)的淹沒面積,綜合分析內(nèi)澇水位與承泄區(qū)水位關(guān)系以確定淹沒歷時,分析水稻的易損率,從而率定承災(zāi)體的易損性,其目的是研究澇災(zāi)的損失評估模型。2流域分布及演變八里河流域處于淮河中游,南臨淮河,東瀕潁河,是潁河的支流。流域面積約為480km2,總?cè)丝?8.2萬人,耕地2.87萬ha,分屬潁上縣城關(guān)、新集等14個鄉(xiāng)鎮(zhèn),179個行政村。八里河支流主要有柳溝、五里湖大溝和第三湖大溝,集水面積分別為123.5km2、137.8km2和113.0km2,占八里河流域面積的78%。區(qū)間面積為105.4km2,其中包括青年河流域面積46.3km2。八里河洼地常年蓄水區(qū)目前正常蓄水位21.0m,面積20.0km2。八里河洼地地勢較為平坦,由西北向東南緩傾。最高地面高程28.5m,最低17.5m。八里河流域來水基本上都通過八里河閘排入潁河。建國以來,有記載的較大洪澇災(zāi)害就有20次。其中災(zāi)情最為嚴(yán)重的是1954、1991、2003年。這些年份不僅耕地被淹,還有一些村莊被洪水圍困。2003年潁上縣連降暴雨和特大暴雨,八里河最高內(nèi)水位達(dá)25.38m,為歷史最高,淹沒面積182km2,耕地1.33萬ha。3模型率定參數(shù)水稻受淹數(shù)學(xué)模型的基本方程為:式中,δ指水稻受淹后的減產(chǎn)率,其值大小也可定義為易損性,H為淹沒深度,T為淹沒歷時,a、b、c為模型率定參數(shù),上述方程是根據(jù)大缸試驗確定的,應(yīng)用到大田中應(yīng)乘上一個修正系數(shù),為1.13。3.1栽培期不同由于水稻在不同生育期內(nèi)受澇,其抵抗程度是不同的,指數(shù)參數(shù)的計算方程也是不同的,為計算水稻受澇的損失率,應(yīng)該分析水稻受淹的生育期。以中稻為例,水稻一般有以下幾個生長階段:(1)秧苗期25~30d(播種后25~30d);(2)有效分蘗期25~30d(播種后30~60d);(3)無效分蘗期15d(播種后60~75d);(4)拔節(jié)孕穗期30d(播種后60~90d,注意:拔節(jié)和無效分蘗是同時開始的);(5)抽穗期10d,(播種后90~100d);(6)揚(yáng)花期10d(播種后100~110d);(7)灌漿期7~15d(播種后110~115d,因品種的不同,所以差異性較大);(8)成熟期35~40d,(播種后115~155d),全生育期150~155d左右。3.2外排區(qū)水位高于內(nèi)河最高水位的連續(xù)天數(shù)淹沒歷時的長短對水稻的損失率的影響很大,一般來說,淹沒歷時越長,造成的損失也越大。通過分析內(nèi)澇最高水位和外河水位(也即承泄區(qū)水位),來反映八里河是否能夠具有自排的條件,如若不具備自排的條件,即外排區(qū)水位高于內(nèi)河最高水位,則假定這段時間內(nèi),不考慮排澇設(shè)施的情況下,研究區(qū)域內(nèi)受到內(nèi)澇災(zāi)害,淹沒歷時為外排區(qū)水位高于內(nèi)河最高水位的連續(xù)天數(shù)。3.3確定臨界澇水位根據(jù)研究區(qū)域的內(nèi)澇水位和DEM來分析淹沒水深與面積,首先要確定臨界內(nèi)澇水位,即對歷年的內(nèi)澇年和非澇年的內(nèi)澇最高水位分別進(jìn)行升序排列,比較兩者的關(guān)系,對于某個水位,在這一年受澇而在另一年不受澇的情況,應(yīng)結(jié)合相應(yīng)年份的災(zāi)情情況,合理確定臨界內(nèi)澇水位。確定臨界內(nèi)澇水位后,假定在該水位下,淹沒的地區(qū)無耕地,以該水位為基本水位,對典型年份的內(nèi)澇水位進(jìn)行淹沒深度和面積計算:在ArcGIS軟件的柵格計算器中,進(jìn)行水位計算H-DEM_grid,其中H為內(nèi)澇水位,DEM_grid為研究區(qū)域的DEM柵格型數(shù)據(jù);其次對計算結(jié)果按不同的水深進(jìn)行重分類,負(fù)值區(qū)域為未淹沒地區(qū),正值為淹沒地區(qū),正值的數(shù)值越大,表明淹沒水深也越深;最后,對重分類的數(shù)據(jù)進(jìn)行投影,轉(zhuǎn)化成shapfile格式,在屬性字段進(jìn)行不同等級淹沒水深的面積統(tǒng)計。3.4計算損失率根據(jù)水稻生育期的劃分,按表1確定水稻減產(chǎn)的損失率模型公式。將h和d值代入指數(shù)方程中進(jìn)行損失率的計算。并將每一等級淹沒水深的面積作為相應(yīng)水深的權(quán)重,從而,最高內(nèi)澇水位造成的災(zāi)害損失率由各個等級水位的損失率按權(quán)重累加而得。即式中,Y為水稻的易損性,A為淹沒總面積,為第i等級的淹沒水深所對應(yīng)的淹沒面積,n為相應(yīng)的淹沒水深等級數(shù)。4干旱水位增耗期確定以八里河的水位為內(nèi)河水位,以潁河的水位為承泄區(qū)水位,以2005年為例,內(nèi)澇最高水位為24.27m,出現(xiàn)在7月15日,而此時外排區(qū)水位25.24m,且從7月11日到7月18日和從9月1日到9月10日,外排區(qū)水位均高于內(nèi)澇最高水位,其降水水位關(guān)系如圖1所示。從圖1可以看到,承泄區(qū)的水位值與降雨量存在良好的對應(yīng)關(guān)系,且一般水位滯后于降雨,考慮內(nèi)澇最高水位所處的時段和降雨情況,承泄區(qū)水位從7月11日到7月18日都高于最高內(nèi)澇水位,澇水無法自排,據(jù)此可確定2005年相應(yīng)內(nèi)澇最高水位的淹沒歷時為8d。以八里河流域為例,一般中稻的種植時間在立夏前后,典型年1991、2003、2007三年的立夏均為5月6日,而2005年5月5日為立夏,為便于統(tǒng)一比較分析,采用5月6號作為水稻的種植日期,得到2005年受淹期間應(yīng)為水稻的孕穗期。依次類推,典型受澇年份的結(jié)果如表2:對典型受澇年,按照上節(jié)方法,進(jìn)行相應(yīng)年份內(nèi)澇水位的淹沒水深和淹沒面積計算,將水深進(jìn)行等級劃分,如下圖2所示。其中第1等級為未淹沒地區(qū),第10等級為22m時內(nèi)澇水位所對應(yīng)的水面面積,其余分別為10cm、20cm、30cm、50cm、70cm、100cm、150cm和>150cm對應(yīng)的等級深度。統(tǒng)計每一等級水深所對應(yīng)的淹沒面積,并將各等級水位的淹沒面積與總淹沒面之比作為水稻損失率的權(quán)重,按式(2)計算結(jié)果見表3。5減少澇災(zāi)災(zāi)害的方法通過區(qū)域災(zāi)害理論系統(tǒng)模型,結(jié)合水稻的易損性分析模型,基于GIS技術(shù)平臺,本文研究八里河流域的典型受澇年份的水稻易損性。(1)研究分析了水稻遭受澇災(zāi)的產(chǎn)量損失率模型,基于內(nèi)澇水位和承泄區(qū)水位分析,提出了一種新的界定淹沒歷時的方法,使得水稻受澇歷時與實際情況結(jié)合起來;利用GIS技術(shù)平臺,計算淹沒水深和相應(yīng)等級水深的淹沒面