基于gis技术的水稻易损性分析

基于gis技术的水稻易损性分析

1涝渍灾害对农业的影响洪水灾害是世界上最常见的自然灾害之一。史培军指出，洪水灾害的发生是灾害环境、预测因素和受灾物体相互作用的结果。石立祥等人对灾害系统模型的各部分指标进行了定量，并进一步发展了区域灾害系统理论。涝灾是指由于降雨过多,地面径流不能及时排除,导致地表积水,浸泡承灾体,当积水状况(包括淹没深度和历时)超过承灾体的承载能力,使其功能或价值受损,而使国民经济遭受损失的灾害。农作物是涝灾的主要承灾体,张爱民等利用Z指数方法,分析旱涝发生规律及涝渍灾害对农作物的产量影响;许莹等在考虑降雨量、雨日等,进行了安徽省一季稻涝灾损失的定量评估研究;周月华等利用水位和雨量关系,做出洪涝灾害洪涝受灾面积评估模型。王腊春等在GIS支持下建立了太湖流域洪涝灾害评估模型。本文主要利用利用GIS技术分析计算不同淹没水深所对应的淹没面积,综合分析内涝水位与承泄区水位关系以确定淹没历时,分析水稻的易损率,从而率定承灾体的易损性,其目的是研究涝灾的损失评估模型。2流域分布及演变八里河流域处于淮河中游,南临淮河,东濒颍河,是颍河的支流。流域面积约为480km2,总人口38.2万人,耕地2.87万ha,分属颍上县城关、新集等14个乡镇,179个行政村。八里河支流主要有柳沟、五里湖大沟和第三湖大沟,集水面积分别为123.5km2、137.8km2和113.0km2,占八里河流域面积的78%。区间面积为105.4km2,其中包括青年河流域面积46.3km2。八里河洼地常年蓄水区目前正常蓄水位21.0m,面积20.0km2。八里河洼地地势较为平坦,由西北向东南缓倾。最高地面高程28.5m,最低17.5m。八里河流域来水基本上都通过八里河闸排入颍河。建国以来,有记载的较大洪涝灾害就有20次。其中灾情最为严重的是1954、1991、2003年。这些年份不仅耕地被淹,还有一些村庄被洪水围困。2003年颍上县连降暴雨和特大暴雨,八里河最高内水位达25.38m,为历史最高,淹没面积182km2,耕地1.33万ha。3模型率定参数水稻受淹数学模型的基本方程为:式中,δ指水稻受淹后的减产率,其值大小也可定义为易损性,H为淹没深度,T为淹没历时,a、b、c为模型率定参数,上述方程是根据大缸试验确定的,应用到大田中应乘上一个修正系数,为1.13。3.1栽培期不同由于水稻在不同生育期内受涝,其抵抗程度是不同的,指数参数的计算方程也是不同的,为计算水稻受涝的损失率,应该分析水稻受淹的生育期。以中稻为例,水稻一般有以下几个生长阶段:(1)秧苗期25~30d(播种后25~30d);(2)有效分蘖期25~30d(播种后30~60d);(3)无效分蘖期15d(播种后60~75d);(4)拔节孕穗期30d(播种后60~90d,注意:拔节和无效分蘖是同时开始的);(5)抽穗期10d,(播种后90~100d);(6)扬花期10d(播种后100~110d);(7)灌浆期7~15d(播种后110~115d,因品种的不同,所以差异性较大);(8)成熟期35~40d,(播种后115~155d),全生育期150~155d左右。3.2外排区水位高于内河最高水位的连续天数淹没历时的长短对水稻的损失率的影响很大,一般来说,淹没历时越长,造成的损失也越大。通过分析内涝最高水位和外河水位(也即承泄区水位),来反映八里河是否能够具有自排的条件,如若不具备自排的条件,即外排区水位高于内河最高水位,则假定这段时间内,不考虑排涝设施的情况下,研究区域内受到内涝灾害,淹没历时为外排区水位高于内河最高水位的连续天数。3.3确定临界涝水位根据研究区域的内涝水位和DEM来分析淹没水深与面积,首先要确定临界内涝水位,即对历年的内涝年和非涝年的内涝最高水位分别进行升序排列,比较两者的关系,对于某个水位,在这一年受涝而在另一年不受涝的情况,应结合相应年份的灾情情况,合理确定临界内涝水位。确定临界内涝水位后,假定在该水位下,淹没的地区无耕地,以该水位为基本水位,对典型年份的内涝水位进行淹没深度和面积计算:在ArcGIS软件的栅格计算器中,进行水位计算H-DEM_grid,其中H为内涝水位,DEM_grid为研究区域的DEM栅格型数据;其次对计算结果按不同的水深进行重分类,负值区域为未淹没地区,正值为淹没地区,正值的数值越大,表明淹没水深也越深;最后,对重分类的数据进行投影,转化成shapfile格式,在属性字段进行不同等级淹没水深的面积统计。3.4计算损失率根据水稻生育期的划分,按表1确定水稻减产的损失率模型公式。将h和d值代入指数方程中进行损失率的计算。并将每一等级淹没水深的面积作为相应水深的权重,从而,最高内涝水位造成的灾害损失率由各个等级水位的损失率按权重累加而得。即式中,Y为水稻的易损性,A为淹没总面积,为第i等级的淹没水深所对应的淹没面积,n为相应的淹没水深等级数。4干旱水位增耗期确定以八里河的水位为内河水位,以颍河的水位为承泄区水位,以2005年为例,内涝最高水位为24.27m,出现在7月15日,而此时外排区水位25.24m,且从7月11日到7月18日和从9月1日到9月10日,外排区水位均高于内涝最高水位,其降水水位关系如图1所示。从图1可以看到,承泄区的水位值与降雨量存在良好的对应关系,且一般水位滞后于降雨,考虑内涝最高水位所处的时段和降雨情况,承泄区水位从7月11日到7月18日都高于最高内涝水位,涝水无法自排,据此可确定2005年相应内涝最高水位的淹没历时为8d。以八里河流域为例,一般中稻的种植时间在立夏前后,典型年1991、2003、2007三年的立夏均为5月6日,而2005年5月5日为立夏,为便于统一比较分析,采用5月6号作为水稻的种植日期,得到2005年受淹期间应为水稻的孕穗期。依次类推,典型受涝年份的结果如表2:对典型受涝年,按照上节方法,进行相应年份内涝水位的淹没水深和淹没面积计算,将水深进行等级划分,如下图2所示。其中第1等级为未淹没地区,第10等级为22m时内涝水位所对应的水面面积,其余分别为10cm、20cm、30cm、50cm、70cm、100cm、150cm和>150cm对应的等级深度。统计每一等级水深所对应的淹没面积,并将各等级水位的淹没面积与总淹没面之比作为水稻损失率的权重,按式(2)计算结果见表3。5减少涝灾灾害的方法通过区域灾害理论系统模型,结合水稻的易损性分析模型,基于GIS技术平台,本文研究八里河流域的典型受涝年份的水稻易损性。(1)研究分析了水稻遭受涝灾的产量损失率模型,基于内涝水位和承泄区水位分析,提出了一种新的界定淹没历时的方法,使得水稻受涝历时与实际情况结合起来;利用GIS技术平台,计算淹没水深和相应等级水深的淹没面