屈艷萍，楊曉靜，蘇志誠，呂 娟，張偉兵

（1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.水利部防洪抗旱減災工程技術研究中心，北京 100038）

1 研究背景

從近1000年歷史來看，我國發(fā)生持續(xù)時間在3年以上、覆蓋區(qū)域在4 個省份以上的干旱事件有10例，對社會發(fā)展造成嚴重影響［1］。其中，明末崇禎大旱，以華北9省市為核心，涉及黃淮海流域和長江流域中約20個省區(qū)，前后持續(xù)10余年，重旱期7年（1637—1643年），山西汾水、漳河均枯竭，河北九河俱干，白洋淀干涸［2-4］。此次干旱具有影響范圍廣、持續(xù)時間長、干旱強度大的特點，形成了典型的“干旱、蝗災、饑荒、疫災、社會動蕩”災害鏈式反應［5］，因該災害鏈導致1630年至1644年間華北地區(qū)人口減少了約1730萬［6］，成為導致明王朝衰亡和社會不穩(wěn)定的重要因素。新中國成立70多年來，我國雖然經(jīng)歷了幾次大的干旱，但是規(guī)模和影響程度都不及歷史極端大旱嚴重。水利部原副部長矯勇曾在2015年的水資源管理工作座談會和2016年“水利的歷史與未來”學術研討會上指出，當今社會若再次遭遇類似1730—1740年代、1870年代的極端干旱事件，整個水資源、水庫蓄水、地下水、經(jīng)濟社會需水、生態(tài)環(huán)境需水都將面臨極大的挑戰(zhàn)［7］。目前，我國有關干旱的規(guī)劃、標準、制度等大部分都是按照常規(guī)情況來考慮的，幾乎沒有考慮大范圍、長歷時的極端干旱事件發(fā)生的問題。隨著全球氣候變化和人類活動影響的加劇，重特大干旱的發(fā)生頻率、致災強度和影響范圍都在顯著增大［8-9］，多年持續(xù)嚴重干旱是水安全的巨大威脅，如何保障多年持續(xù)嚴重干旱期的水安全是對水管理者的巨大挑戰(zhàn)［10］。因此，開展歷史典型場次特大干旱事件重演研究，定量分析極端事件情景再現(xiàn)對現(xiàn)狀防御條件下的社會經(jīng)濟可能的影響，能夠為極端狀況下的干旱災害防御提供支撐，具有重要的戰(zhàn)略意義。

相較于干旱監(jiān)測、預測預報以及旱災風險評估等方面的研究，受資料數(shù)據(jù)、研究方法等限制，國內(nèi)外有關歷史干旱的定量研究相對較少。F.Dom′?nguez-Castro1 等［11］利用歷史上有關祈雨儀式的記載評估了1750—1850年西班牙的極端干旱事件，研究表明1750—1754年、1779—1783年是最干旱的時段，并指出祈雨記載對于研究伊比利亞半島歷史干旱頻率和強度問題具有很好的價值。Mi?hael Bren?i?［12］基于標準化降水指數(shù)分析了阿爾卑斯山東南部19 世紀下半葉以來的極端歷史干旱事件。Gerry Spraggs 等［13］通過延長降水資料序列重建了英國1798—2010年歷史干旱事件。1990年代國內(nèi)開展了歷史干旱重演的相關研究。黃河水利委員會以典型代表站點1922—1932年的降水量和天然徑流量為基礎，采用同倍比縮小的方法模擬歷史特大干旱年組的設計降雨和設計年徑流過程，初步分析了1632—1642年黃河流域歷史特大干旱，分區(qū)估算歷史特大干旱年組一旦重演對雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)、灌溉農(nóng)業(yè)、工業(yè)及城市生活等方面的影響［14］。甘肅省水利廳以1928年特大干旱時期河流來水過程為基礎，結合2000年左右工程供水能力和各用水部門需水水平，以流域為單位匡算可供水量和需水量，分區(qū)估算受災面積、受災人口、糧食減產(chǎn)、工業(yè)減產(chǎn)等［15］。山西水利廳在對1950年以來山西干旱年份降水與河川徑流對照分析的基礎上，將全省劃分為15 個計算分區(qū)，分別模擬分析1876—1878年特大干旱在2000年重演時的河川徑流狀況以及不同行業(yè)供缺水狀況，并在此基礎上開展了對策研究［16］。王強［17］將歷史文獻中有關災情記錄中的減產(chǎn)成數(shù)折算為糧食產(chǎn)量，再逐年計算，對崇禎大旱年景下中國的糧食安全進行評估。上述研究對于相關區(qū)域極端狀況下的干旱災害防御具有一定的參考價值，但總體還存在一些問題：首先，上述研究主要是1990年代初期開展的，而近30年來我國社會經(jīng)濟已經(jīng)發(fā)生巨大的變化，相關研究成果已不能反映現(xiàn)實影響。其次，上述研究過程中缺乏對抗旱減災能力的考慮。已開展的重演研究在估算歷史特大干旱情景下現(xiàn)狀工農(nóng)業(yè)用水受影響的情況時，并未考慮流域或區(qū)域內(nèi)蓄引提調等水利設施條件等抗旱減災能力的作用［18］。

為此，本文在提出歷史特大干旱重演影響分析方法的基礎上，開展現(xiàn)狀防御條件下明崇禎大旱重演的情景分析研究，估算一旦發(fā)生類似明崇禎大旱對供水、糧食以及經(jīng)濟的可能影響。

2 歷史特大干旱重演影響分析方法

特大干旱是指因大范圍、長歷時降水減少引起的嚴重用水短缺，并對生活、生產(chǎn)和生態(tài)造成嚴重影響甚至破壞性損害的事件［19］。大范圍、長歷時降水減少是特大干旱的直接驅動因素，進而導致河川徑流量銳減、湖庫入流劇減甚至地下水位下降等水文干旱現(xiàn)象。當水文干旱累積到一定程度，將導致大范圍、長歷時的水工程供水不足，促使經(jīng)濟社會供需水平衡遭到破壞，進而造成嚴重影響或損害［20］。因此，本文在進行歷史特大干旱重演研究時，針對特大干旱發(fā)生的區(qū)域，首先復原歷史特大干旱場景，之后根據(jù)現(xiàn)有供水工程能力水平和經(jīng)濟社會的需水水平進行水量供需分析，進而估算特大干旱導致的缺水狀況對供水、糧食以及經(jīng)濟等方面的可能影響。為此，本文提出了一套歷史特大干旱重演影響分析方法，主要涉及量化歷史特大干旱降水量、推求特大干旱水資源總量、推求特大干旱可供水總量、推求特大干旱總缺水量以及可能影響分析等技術環(huán)節(jié)。

2.1 量化歷史特大大旱年降水量有關歷史時期的降水、徑流等水文氣象狀況，歷史文獻中也有記載，但多是定性文字描述，少有定量記載。因此，需要考慮代用資料，利用已有的資料將定性的描述轉化為定量的數(shù)據(jù)。本研究以中央氣象局氣象科學研究院于1981年出版的《中國近五百年旱澇分布圖集》中旱澇等級資料為基礎進行歷史大旱降水量量化工作［21-22］。

首先，確定歷史大旱期間以省級行政區(qū)為單元的干旱強度等級。該圖集基于全國120個站點（每個站點相當于現(xiàn)在行政區(qū)劃的1～2個地市）歷史旱澇記載，將旱澇分為1級—澇、2級—偏澇、3級—正常、4級—偏旱、5級—旱，每個省級單元大致包括4～5個站點。對同一年份，將不同站點的干旱等級進行加權平均，計算得到各省逐年旱澇等級值，并參考國家標準《氣象干旱等級》（GB/T 20481-2017）［18］，將年度干旱強度劃分為特旱、重旱、中旱、輕旱4個等級。

其次，建立歷史大旱旱澇等級值與降水量偏少程度之間的對應關系，量化歷史特大大旱年降水量。首先根據(jù)清朝政府從1736年至1911年在全國范圍內(nèi)對每個降水過程的入滲深度或積雪厚度進行觀測的記錄（清宮檔案“雨雪分寸”），進行典型地區(qū)歷史降水量定量重建［23-25］，以1949年以來降水序列為參照對象計算得到年降水距平百分率，進而建立歷史大旱旱澇等級值與降水量偏少程度之間的對應關系，如表1所示，實現(xiàn)歷史特大大旱年降水量的量化。

表1 歷史大旱旱澇等級值與降水量偏少程度對應關系

2.2 推求特大干旱水資源總量

（1）推求特大干旱年徑流系數(shù)。在現(xiàn)代監(jiān)測技術發(fā)展之前，歷史時期降水、徑流等都沒有定量觀測數(shù)據(jù)。在前文中，已闡明通過建立歷史大旱旱澇等級值與降水量偏少程度之間的關系重建歷史降水量，進而可以利用徑流系數(shù)反算徑流量。雖然一個地區(qū)多年平均的徑流系數(shù)相對穩(wěn)定，但是受不同時期流域特征變化以及降雨特征變化的影響，不同年份的徑流系數(shù)也是變化的。在資料匱乏狀況下，如何確定歷史特大干旱期間的徑流系數(shù)進而推算歷史徑流量，是歷史極端干旱重演研究需要解決的問題之一。特大干旱年在現(xiàn)代并非罕見，譬如2006年川渝大旱、2010年西南大旱等，只是不像崇禎大旱、光緒大旱等歷史特大干旱那樣持續(xù)數(shù)年之久。為此，本研究中將歷史特大干旱視為多個特大干旱年的疊加。具體而言，依據(jù)1997—2018年各省《水資源公報》中年徑流量與年降水量數(shù)據(jù)，以省級行政區(qū)為計算單元，計算各省逐年徑流系數(shù)。在計算的逐年年徑流系數(shù)序列中，找出最枯年的徑流系數(shù)作為特大干旱年徑流系數(shù)αEX。

式中：α為年徑流系數(shù)；R為年徑流深，mm；P為年降水量，mm。

（2）推求特大干旱年地表水資源量。利用特大干旱年徑流系數(shù)αEX，計算得到特大干旱年地表水資源量WEX-S。

式中：REX為特大干旱年地表徑流深，mm；αEX為特大干旱年徑流系數(shù)；PEX為特大干旱年降水量，mm；WEX-S為特大干旱年地表水資源量，m3；F為區(qū)域面積，km2。

（3）推求特大干旱年水資源總量

式中：WEX為特大干旱年水資源總量，m3；WEX-S為特大干旱年地表水資源量，m3；WEX-G為特大干旱年地下水資源量，m3；EEX-R為特大干旱年地表地下水資源重復計算量，m3；為多年平均地下水資源量，取1997—2018年平均值，m3；β為地下水消減系數(shù)，根據(jù)當年的降水量及前一年的降水量確定；為多年平均地表地下水資源重復計算量，m3。

2.3 推求特大干旱可供水總量

（1）推求特大干旱本地地表年供水量。利用1997—2018年各省“水資源公報”中地表水資源量、地表供水量、調入水量等數(shù)據(jù)，計算逐年本地地表可供水系數(shù)：

式中：δ為本地地表可供水系數(shù)；WS為年地表水資源量，m3；SS-L為本地地表實際年供水量，m3；SS為地表實際年供水量，m3；ST-I為實際年調入水量，m3。

在計算的本地地表可供水系數(shù)序列中，找出最枯年的可供水系數(shù)作為特大干旱本地地表年可供水系數(shù)δEX，進而推求特大干旱本地地表年供水量，公式如下：

式中：SEX-S-L為特大干旱本地地表年供水量，m3；δEX為特大干旱本地地表年可供水系數(shù)；WEX-δ為特大干旱年地表水資源量，m3。

（2）推求特大干旱年可供水總量?？晒┧偭恐饕ū镜氐乇砉┧?、地下供水量、調入水量以及其他供水水源（含海水淡化水、再生水等）。據(jù)此計算特大干旱年可供水總量，公式如下：

式中：SEX為特大干旱年可供水總量，m3；SEX-S-L為特大干旱本地地表年供水量，m3；SEX-G為特大干旱地下年供水量，考慮到特大干旱情況下因地表水極度缺乏、地下水相對穩(wěn)定，取“水資源公報”逐年地下水供水量序列數(shù)據(jù)均值，m3；SEX-T-I為特大干旱年調入水量，一般取近5年均值，考慮調水多為跨區(qū)域或跨流域調水，當受水區(qū)遭遇特大干旱時，在工程可調度能力范圍內(nèi)，將適當增加調入水量，根據(jù)連旱年數(shù)、工程情況取1.1～1.2 倍；SEX-E為特大干旱年其他水量，考慮海水、咸水、再生水等非常規(guī)水生產(chǎn)受降水偏少影響較小，在企業(yè)生產(chǎn)能力范圍內(nèi)，將適當增加產(chǎn)能，根據(jù)地區(qū)情況取1.1～1.2倍。

2.4 推算特大干旱年總缺水量根據(jù)不同承災對象的需水特點，經(jīng)濟社會需水量可以分別以下三類：與降水量密切相關的需水，主要指灌溉農(nóng)業(yè)需水；與降水量關系不密切的需水，主要指生活需水和工業(yè)需水；以及具有一定彈性的需水，主要指生態(tài)環(huán)境需水，包括城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境需水。特大干旱年需水量，按如下公式計算：

式中：DEX為特大干旱年總需水量，m3；DEX-A-I為特大干旱年灌溉農(nóng)業(yè)需水量，m3；DEX-L為特大干旱年生活需水量，取2018年水資源公報相應值，m3；DEX-I為特大干旱年工業(yè)需水量，取2018年“水資源公報”相應值，m3；DEX-E為特大干旱年人工生態(tài)環(huán)境需水量，包括農(nóng)村生態(tài)環(huán)境需水量和城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水量，取2018年“水資源公報”相應值，m3；AA-I為現(xiàn)狀年灌溉農(nóng)業(yè)面積，取2018年值，103hm2；mEX為特大干旱情形下綜合灌溉定額，取“水資源公報”中綜合灌溉定額序列中的最小值，m3/hm2。

進而計算得到特大干旱年總缺水量：

式中：ΔEX為特大干旱年總缺水量，m3；DEX為特大干旱年總需水量，m3；SEX為特大干旱年可供水總量，m3。

2.5 特大干旱可能影響分析

（1）確定特大干旱情形下用水優(yōu)先次序及壓縮方案。根據(jù)承災對象不同，用水對象主要分為生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境用水。其中，生活用水包括城鄉(xiāng)居民生活用水和公共用水（第三產(chǎn)業(yè)和建筑業(yè)用水等），生態(tài)環(huán)境用水包括城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境用水和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境用水。按照用水對象的重要性以及承受干旱缺水的能力，確定特大干旱情形下的用水優(yōu)先原則如下：城鄉(xiāng)居民生活用水、公共用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)生態(tài)用水、農(nóng)業(yè)用水、農(nóng)村生態(tài)用水。進而，根據(jù)干旱缺水嚴重程度，確定特大干旱情形下用水壓縮方案。

（2）特大干旱對糧食生產(chǎn)的影響。根據(jù)農(nóng)業(yè)用水來源不同，可以分為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和灌溉農(nóng)業(yè)。當發(fā)生干旱時，首先受到影響的是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，隨著干旱程度的加劇和歷時的增長，灌溉農(nóng)業(yè)也會逐漸受到影響。農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)量為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和灌溉農(nóng)業(yè)因旱減產(chǎn)量之和。

式中：LEX-A為特大干旱農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)量，t；LEX-A-R為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)量，t；LEX-A-I為灌溉農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)量，t；ΔEX-A為特大干旱農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)率，%；G為現(xiàn)狀年糧食總產(chǎn)量，t；AA-R為現(xiàn)狀年雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)面積，103hm2；A為現(xiàn)狀年耕地面積，103hm2；AA-I為現(xiàn)狀年灌溉農(nóng)業(yè)面積，取2018年值，103hm2；DA-R為現(xiàn)狀年雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)平均單產(chǎn)，kg/hm2；φ為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)系數(shù)，根據(jù)干旱等級來確定，特旱、重旱、中旱、輕旱依次取0.6、0.4、0.2和0.1；UEX-A為特大干旱情形下灌溉農(nóng)業(yè)被壓減的灌溉用水量，m3；YA為現(xiàn)狀年單方水糧食產(chǎn)量，kg/m3。

（3）特大干旱對經(jīng)濟的影響。特大干旱情況下，首先壓縮的往往是農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水，但隨著持續(xù)時間的增加，工業(yè)生產(chǎn)也會受到?jīng)_擊，首先是高耗水行業(yè)被關停，如化工、火電、鋼鐵行業(yè)等，其次旱區(qū)非支柱非民生產(chǎn)業(yè)限產(chǎn)或停產(chǎn)，最后可能對關系民生的行業(yè)造成一定影響，之后對第三產(chǎn)業(yè)也會造成影響。特大干旱直接經(jīng)濟總損失：

式中：ELEX為特大干旱直接經(jīng)濟總損失，元；ELEX-A為特大干旱農(nóng)業(yè)因旱經(jīng)濟損失，元；ELEX-I為特大干旱工業(yè)因旱經(jīng)濟損失，元；ELEX-T為特大干旱第三產(chǎn)業(yè)因旱經(jīng)濟損失，元；LEX-A為特大干旱農(nóng)業(yè)因旱糧食減產(chǎn)量，t；PA為農(nóng)產(chǎn)品綜合價格，元；UEX-I為特大干旱情形下工業(yè)被壓減的用水量，m3；YI為現(xiàn)狀年單方水工業(yè)增加值，元/m3；UEX-T為特大干旱情形下公共用水被壓減的用水量，m3；YT為現(xiàn)狀年單方水第三產(chǎn)業(yè)增加值，元/m3。

3 明末崇禎大旱重演影響分析結果

3.1 崇禎大旱核心區(qū)域旱情演變過程崇禎大旱是近500年來我國持續(xù)時間最長、受災范圍最廣的特大干旱事件。此次大旱，早在1627年在陜西北部出現(xiàn)，1643年大部分地區(qū)旱情明顯減輕，前后持續(xù)17年，其中最嚴重的時段為1637—1643年。中國南、北方共有20余省份相繼受災，其中核心區(qū)域涉及黃淮海地區(qū)的北京、天津、河北、山西、陜西、河南、山東、江蘇、安徽9省（市）。崇禎大旱核心區(qū)域逐年旱情演變過程如圖1所示。

圖1 崇禎大旱核心區(qū)域旱情演變過程

3.2 崇禎大旱重演對水資源的影響在現(xiàn)狀自然地理條件下，一旦發(fā)生類似崇禎年間連續(xù)7年的大旱，將對水資源系統(tǒng)造成極大的影響。大旱期間，核心區(qū)域9省市水資源總量較多年平均水資源量的偏少比例在22.0%～55.8%之間，除第6年和第7年，其他年份均偏少5 成以上，見表2。大旱期間，人均水資源量最小的是天津市，僅為38.45 m3/人，最大的是安徽省，為592 m3/人。除安徽省外，其余8省均在國際公認的缺水標準極端缺水標準線500 m3/人以下。

表2 崇禎大旱核心區(qū)域水資源量狀況

3.3 崇禎大旱重演對供水的影響考慮調水工程和大中型水庫蓄水工程調蓄作用時，隨著崇禎大旱的歷史演進，缺水量逐年增加，到第5年達到峰值，核心區(qū)域9省市總缺水量達到741.7億m3，缺水率達到38.7%，之后缺水量回落，多年平均缺水率為21.9%。與此形成鮮明對比的是，倘若不考慮調水工程和大中型水庫蓄水工程調蓄作用，因旱導致的缺水程度將大幅加劇，大旱第1年就出現(xiàn)高達30.7%的缺水率，到第5年達到46.7%，多年平均缺水率高達33%。對于這種高強度、長歷時的特大干旱，只要不是受水區(qū)和調水區(qū)同時受旱，調水工程對于提高區(qū)域供水保障程度可持續(xù)發(fā)揮作用。大中型水庫多年調節(jié)能力也非常重要，特別是在這種特大干旱的前期，能顯著提升區(qū)域供水保障能力。崇禎大旱核心區(qū)域不同水利工程條件下缺水狀況詳見表3。

表3 崇禎大旱核心區(qū)域不同水利工程條件下缺水狀況

從區(qū)域上來看，由于不同地區(qū)水利工程條件存在一定差異，一旦崇禎大旱重演，各省的因旱缺水情況也不盡相同?？紤]調水工程和大中型水庫蓄水工程調蓄作用時，在特大干旱第1年，各省用水需求基本都可以得到保障，隨著干旱的持續(xù)，因旱缺水區(qū)域差異開始顯現(xiàn)，如圖2（a）所示。得益于南水北調東線工程、中線工程以及前期大中型水庫蓄水狀況，加上產(chǎn)業(yè)結構較為優(yōu)化、節(jié)水技術等較為先進，即使大旱7年，北京、天津的供水也能夠得到保障，缺水風險較小。與北京、天津形成鮮明對比的是，陜西、山西等省由于缺少骨干調水工程、水庫庫容密度較低等，在特大干旱第2年就出現(xiàn)明顯缺水狀況，江蘇、安徽等省因為以地表水源供水為主，特別是以河道取水為主，在如此嚴重的干旱情勢下，地表水因降水持續(xù)偏少而急劇減少，缺水風險較為嚴重，對供水安全造成嚴重威脅。倘若不考慮水利工程調蓄作用，崇禎大旱核心區(qū)域9省市從第1年就將全部出現(xiàn)嚴重因旱缺水現(xiàn)象，且區(qū)域差異較現(xiàn)狀水利工程條件下明顯降低，如圖2（b）所示。

圖2 崇禎大旱核心區(qū)域各省不同水利工程條件下缺水狀況

綜合以上，可見我國自新中國成立興建的各類蓄水工程、引水工程、提水工程和調水工程對于保障經(jīng)濟社會供水發(fā)揮了極其重大的作用。得益于這些水利工程，我國已具備抵御中等干旱的能力。當發(fā)生類似崇禎大旱時，因為超出工程設計標準，因旱缺水無法避免，但是對于減輕缺水程度、推延缺水出現(xiàn)的時間具有重要作用。未來，隨著各類水利工程合理新建、有效擴建，以及不同水系、河湖之間的互聯(lián)互通，水利工程覆蓋率將得到進一步提高，水利工程保障能力也將進一步加強，抵御這種特大干旱的能力也將隨之提升。

3.4 崇禎大旱重演對糧食的影響古往今來，農(nóng)業(yè)歷來是是受干旱災害影響最直接、最嚴重的行業(yè)。根據(jù)不同承災對象分，用水對象主要分為生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境用水。根據(jù)《全國抗旱規(guī)劃》［22］，當發(fā)生特大干旱時，在保障城鄉(xiāng)居民生活基本飲用水安全條件下，應盡可能保障城鎮(zhèn)重點部門、單位和企業(yè)最基本用水需求；保障商品糧基地、基本口糧田、主要經(jīng)濟作物的農(nóng)作物播種期或作物生長關鍵期的基本用水需求。結合《全國抗旱規(guī)劃》要求，考慮用水對象的重要性以及承受干旱缺水的能力，確定特大干旱情形下用水壓縮方案如下：當總缺水率<20%，且缺水量占農(nóng)業(yè)需水量比例<50%情況下，壓減水量全部由農(nóng)業(yè)用水考慮；當20%<總缺水率<40%，農(nóng)業(yè)按照農(nóng)業(yè)需水量的40%壓減，生態(tài)按照生態(tài)需水量的20%壓縮，剩余部分分別按照工業(yè)、服務業(yè)、生活占60%、30%、10%壓減；當40%<總缺水率<60%，農(nóng)業(yè)按照農(nóng)業(yè)需水量的60%壓減，生態(tài)按照生態(tài)需水量的40%壓縮，剩余部分分別按照工業(yè)、服務業(yè)、生活占70%、20%、10%壓減；當總缺水率>60%，農(nóng)業(yè)按照農(nóng)業(yè)需水量的80%壓減，生態(tài)按照生態(tài)需水量的60%壓縮，剩余部分分別按照工業(yè)、服務業(yè)、生活占80%、10%、10%壓減。

在上述用水壓縮方案下，一旦發(fā)生類似崇禎大旱，現(xiàn)狀水利工程條件下，核心區(qū)域9省市多年平均糧食減產(chǎn)量為7263.6萬t，多年平均減產(chǎn)率接近3成。在特大干旱第1年，糧食減產(chǎn)率為11.2%，但隨著高強度干旱連年持續(xù)，糧食減產(chǎn)率逐年增加，到特大干旱第5年達到峰值，減產(chǎn)量達到10 270.6萬t，相當于2000年全國大旱因旱糧食減產(chǎn)6000萬t的1.7倍，減產(chǎn)率接近4成。倘若不考慮水利工程調蓄作用，崇禎大旱核心區(qū)域9省市多年平均糧食減產(chǎn)量為10843.2萬t，多年平均減產(chǎn)率超過4成。崇禎大旱核心區(qū)域不同水利工程條件下糧食減產(chǎn)狀況如表4所示。

表4 崇禎大旱核心區(qū)域不同水利工程條件下糧食減產(chǎn)狀況

受現(xiàn)狀產(chǎn)業(yè)結構布局影響，一旦崇禎大旱重演，各地因旱糧食減產(chǎn)情況也存在明顯區(qū)域特征，如圖3所示。在現(xiàn)狀水利工程條件下，河南省因旱糧食減產(chǎn)量占總減產(chǎn)量的比例最高，為25.1%，其次是山東、河北。倘若不考慮水利工程調蓄作用，河南省因旱糧食減產(chǎn)量占總減產(chǎn)量的比例將達到40.9%。換言之，當發(fā)生特大干旱時，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將遭到重創(chuàng)。一旦發(fā)生大范圍的嚴重干旱，將可能對國家糧食安全產(chǎn)生影響。

圖3 崇禎大旱核心區(qū)域各省不同水利工程條件下糧食減產(chǎn)狀況

3.5 崇禎大旱重演對經(jīng)濟的影響在上述用水壓縮方案下，一旦發(fā)生崇禎大旱，將造成嚴重的經(jīng)濟損失，且隨著如此高強度干旱的持續(xù)，對經(jīng)濟的影響逐年加重，如圖4所示。在現(xiàn)狀水利工程條件下，特大干旱第1年，核心區(qū)域9省市直接經(jīng)濟總損失占區(qū)域GDP的比例為1.52%（圖4（a）），占全國GDP 的比例為0.62%（圖4（b））。但是隨著干旱的持續(xù)，缺水程度的加劇，經(jīng)濟損失大幅度增加，到特大干旱第5年，直接經(jīng)濟總損失占區(qū)域GDP的比例將達到11.1%，占全國GDP的比例為4.53%。倘若不考慮水利工程調蓄作用，特大干旱第1年直接經(jīng)濟總損失占區(qū)域GDP的比例就將達到6.49%，占全國GDP 的比例為2.65%，到特大干旱第5年，直接經(jīng)濟總損失占區(qū)域GDP 的比例將達到30.76%，占全國GDP的比例為12.56%。綜合以上，一旦發(fā)生崇禎那樣連續(xù)7年高強度的大旱，將對國家經(jīng)濟造成嚴重影響，甚至引起經(jīng)濟倒退，嚴重影響保障經(jīng)濟社會高質量發(fā)展以及人民群眾對美好生活的向往。

圖4 崇禎大旱核心區(qū)域重演對經(jīng)濟的影響

4 結論

本文提出了一套歷史特大干旱重演影響分析方法，主要涉及量化歷史特大干旱降水量、推求特大干旱水資源總量、推求特大干旱可供水總量、推求特大干旱總缺水量以及可能影響分析等技術環(huán)節(jié)。在此基礎上，并以明崇禎大旱為例，開展現(xiàn)狀防御條件下重演情景分析研究，估算一旦發(fā)生類似明崇禎大旱對供水、糧食以及經(jīng)濟的可能影響。主要結論如下：

（1）在現(xiàn)狀自然地理條件下，一旦發(fā)生類似崇禎年間連續(xù)7年的大旱，將對水資源系統(tǒng)造成極大的影響。除第6、7年，大旱核心區(qū)域9省市水資源總量較多年平均偏少5成以上。

（2）當發(fā)生類似崇禎那樣的高強度、長歷時的特大干旱時，因為超出工程設計標準，因旱缺水無法避免，但是水利工程對于減輕缺水程度、推延缺水出現(xiàn)的時間具有重要作用?，F(xiàn)狀水利工程條件下，第1年供水基本不受影響，之后缺水量逐年增加，到第5年達到峰值，9省市總缺水量達到741.7億m3，缺水率達到38.7%；若不考慮水利工程作用，因旱導致的缺水程度將大幅加劇，大旱第1年缺水率就高達30.7%，到第5年達到46.7%。

（3）農(nóng)業(yè)是干旱災害影響最直接、最嚴重的行業(yè)，當發(fā)生高強度、長歷時的特大干旱時，糧食主產(chǎn)區(qū)將遭到重創(chuàng)，危及糧食安全?，F(xiàn)狀水利工程條件下，核心區(qū)域9省市多年平均糧食減產(chǎn)7263.6萬t，多年平均減產(chǎn)率接近3 成。在特大干旱第1年，糧食減產(chǎn)率為11.2%，但隨著高強度干旱連年持續(xù)，糧食減產(chǎn)率逐年增加，到特大干旱第5年達到峰值，減產(chǎn)量達到10 270.6萬t。

（4）一旦發(fā)生崇禎那樣連續(xù)7年高強度的大旱，將對經(jīng)濟造成嚴重影響。在現(xiàn)狀水利工程條件下，特大干旱第1年，核心區(qū)域9 省市直接經(jīng)濟總損失占區(qū)域GDP 的1.52%，占全國GDP 的0.62%，到特大干旱第5年，直接經(jīng)濟總損失占區(qū)域GDP 的比例將達到11.1%，占全國GDP 的比例將達到4.53%。