4.1 水旱灾害综合风险概率时空变化
从图1可看出,1995—2015年河北省水旱灾害风险概率总体中等,中等风险以下等级占全域总面积51.39%~93.30%; 较高风险和高风险占全域面积的6.70%~48.61%。He等[45]研究指出华北平原旱灾风险处于低和中等等级,本文与其研究结果较为一致。河北省1995—2010年水旱灾害综合风险概率总体呈上升趋势,上升区域主要分布在河北省北部地区,2010—2015年多数区域风险概率有所下降。安雪丽等[26]研究指出,1990—2000年河北省农业干旱频率呈上升趋势。车少静等[27]指出1990—1991年,1994—1996年河北省雨涝频繁,1997年全省出现特大干旱,可能是导致1995—2010年水旱灾害风险概率上升的原因。
从空间分布上看,北部高原和山地地区水旱灾害风险概率1995年以中等风险和低风险为主,2000年、2005年风险等级有所上升,以中等风险为主。2010年该区几乎一半以上地区处于高风险等级,主要分布在张家口市北部及承德市西部,主要因为该时段干旱风险概率较高,2010年唐山市北部也处于高风险等级,主要因为该时段洪涝风险较高。2015年北部地区水旱灾害概率风险等级降低到中等风险以下。
南部地区1995年水旱灾害综合风险概率以低风险为主,2000年沧州市和衡水市转变为高风险等级,主要分布在子牙河、滹沱河及南运河流域,可能因为1997年全省出现特大干旱,1998年夏季中南部干旱严重,1998—2004年河北省南部旱涝频率较大,导致该区水旱风险较高[27]。南部地区水旱灾害风险概率2005年以中等和较高风险为主,2010年风险等级有所下降,以中等风险和较低风险为主,2015年风险等级进一步下降,以较低风险和低风险为主,保定市南部及沧州市东部均处于低风险等级。
4.2 水旱灾害生态风险时空变化
河北省各年份水旱灾害综合生态风险空间分布见图2。由图可知,河北省近20 a水旱灾害综合生态风险总体较低,北部、太行山山地等区域多处于低风险和较低风险等级,约占全省面积57.87%~74.10%,较高风险和高风险约占全省面积4.9%~20.08%,主要分布在南部平原地区。从时空变化来看,1995—2005年水旱灾害生态风险空间格局相似,张家口市、承德市、秦皇岛市及太行山山地等区域灾害风险等级均处于低风险和较低风险等级,时空格局变化不大。唐山市、保定市东南部、邯郸市和邢台市水旱灾害生态风险等级从中等风险转变为较高风险及高风险,风险等级呈上升趋势,主要因为该时段水旱灾害风险概率呈上升趋势。石家庄市、衡水市和沧州市水旱灾害生态风险等级变化较小,但均处于较高和高风险等级,且空间分布破碎度较大,表明这些区域易受到水旱灾害影响。2010—2015年河北省水旱灾害生态风险空间分布格局相似,风险等级与1995—2005年相比有所降低,降低区域主要位于南部平原,从中等风险下降到较低风险,可能因为综合社会经济易损度和水旱灾害风险概率下降导致,北部地区生态风险与2005年相比,空间格局差异不大。这些结果表明河北省近20 a来水旱灾害生态风险总体呈降低趋势。
图2 河北省1995-2015年水旱灾害生态风险时空分布
为进一步分析近20 a河北省水旱灾害生态风险时空变化情况,基于各年份空间分布图制作水旱灾害生态风险转移图谱,图3表示生态风险未发生等级转换的空间分布图,由图可知,各年份各等级未发生转变的区域均大于50%,其中2010—2015年所占比例最高(68.60%,图3E),其次为1995—2000年(图3B)和2000—2005年(图3C),分别占全省面积63.06%和60.52%,北部地区及太行山脉生态风险多处于1(低风险)→1,2(较低风险)→2,3(中等风险)→3,而南部则多处于3→3,4(较高风险)→4。图3F为近20 a风险等级从未发生改变的区域,约占全区28.60%,以1→1,2→2为主,主要分布在张家口市中东部、承德市西部及保定市东部区域,风险等级多处于低风险和较低风险等级,表明这些区域水旱灾害生态风险较低。
图4表示发生转变的水旱灾害生态风险等级转移图谱,近20 a河北省水旱灾害生态风险等级以下降为主(图4A),下降面积约占全区37.70%,以2→1,3→2为主,生态系统以森林和草地为主,主要分布在南部平原区、承德市中部、唐山市及秦皇岛南部等区域。在每5 a间隔风险等级转变中,2005—2010年风险等级下降面积最多(图4D),约占全区总面积38.56%,以3→2,4→2为主,生态系统以农田和水域为主,主要分布在冀中南地区、唐山市中部,承德市也有零散分布,可能因为社会经济易损度在此时段有所下降。1995—2000年风险等级下降面积次之(图4B),约占全区总面积28.58%,以2→1,4→3,3→2为主,主要分布在承德市中部、唐山市、廊坊市及邢台市北部等区域。
图3 河北省1995-2015年水旱灾害生态风险未转移空间图谱
图4 河北省1995-2015年水旱灾害生态风险转移空间图谱
河北省水旱灾害生态风险等级上升的区域与未变化和下降区域相比较少,近20 a来约11.07%的区域风险等级有所上升(图4A),以1→2,2→3及3→4为主,主要分布在张家口坝上地区、冀中南南部等区域,以农田和城镇生态系统为主,主要因为这些区域综合生态损失度较高,表明这些区域生态环境仍需进一步改善。2000—2005年风险上升区域最多(图4C),约占全省面积27.99%,以1→2,3→4,2→3,2→4为主,主要分布在张家口市坝上地区、承德市中北部、唐山市中南部、保定市东部、邢台市和邯郸市大部分地区。2010—2015年风险上升区域面积次之(图4E),约占全省面积19.96%,以2→3,1→2,2→4及3→4为主,主要分布在张家口市南部、冀中南东南部等地区。1995—2000年(图4B)和2005—2010年(图4D)这两个时段风险等级上升区域较少(8.36%和7.72%),以1→2,3→4,2→3为主,主要分布在坝上地区、冀中南南部及唐山市北部等地区。
为了查明河北省水旱灾害生态风险的主要贡献因素,将河北省水旱灾害生态风险与干旱、洪涝、综合生态损失度和综合经济易损度这4个影响因子进行灰色关联分析[46],得到灰色关联排序为:洪涝风险率排序第1(0.87)、经济易损度第2(0.86)、生态损失度第3(0.77)、干旱风险率第4(0.67),表明河北省近20 a水旱灾害生态风险的降低,主要与洪涝灾害风险率降低有关。使用同样方法对河北省11个地市水旱灾害生态风险变化驱动因素进行分析,结果见图5:总体来说河北省东北部主要受洪涝风险率影响,此外经济易损度也会对生态风险产生影响; 西部多数地市受经济影响较多,但其与洪涝风险率和生态损失度相差不大; 沧州市受生态损失度影响较多。