黃河中游區佳蘆河流域生態脆弱性評價＊

張 鑫 杜朝陽 蔡煥杰

(西北農林科技大學水利與建筑工程學院,陜西楊凌 712100)

黃河中游區佳蘆河流域生態脆弱性評價＊

張 鑫 杜朝陽 蔡煥杰

(西北農林科技大學水利與建筑工程學院,陜西楊凌 712100)

生態脆弱性評價可為生態脆弱流域生態經濟系統的恢復與重建提供重要的依據。在分析影響該流域生態脆弱性因素的基礎上,從成因和表現結果兩個方面選擇構建了佳蘆河流域生態脆弱性指標體系,將人口素質等人文信息指標納入生態脆弱性指標體系,并利用AHP確定了各指標的權重。采用基于三角白化權函數灰色聚類評價方法對佳蘆河流域生態脆弱性進行了綜合性評價,結果表明:佳蘆河流域生態脆弱性對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ灰類的聚類系數分別為0.636、0.389、0.472,聚類系數隸屬于灰類Ⅰ,該流域生態脆弱性為高度脆弱。

AHP;灰色聚類;流域;生態脆弱性

20世紀80年代以來,隨著生態學的發展,脆弱生態環境領域的研究愈加活躍[1-3]。研究生態脆弱性的方法主要包括:模糊綜合評判法[4-6]、EFI(Ecological Frangibility Index)法[7]、層次分析(AHP)法[8]、主成分分析法[9]、基于RS與GIS的評價方法[10]、物元模型分析法[11]等。生態脆弱性是自然系統和人文系統共同作用的結果。但是目前針對人文系統的脆弱性研究還不夠深入,如脆弱性的因果結構、貧困與人文脆弱性的關系等也還需要深入探討[12]。生態脆弱性研究具有很強的地域性和綜合性,本文在構建流域包含人文因素的生態脆弱性評價指標體系的基礎上,采用AHP方法確定各指標的權重,并利用基于三角白化權函數的灰色聚類方法對生態脆弱性進行評價,探討流域生態脆弱性評價的新思路。

1 生態脆弱性指標體系

佳蘆河流域地處黃河流域中游,毛烏素沙漠南緣,陜北黃土高原北端,發源于陜西榆林市榆陽區雙山鄉斷橋村,由西北向東南,至佳縣佳蘆鎮木廠灣村注入黃河,地理坐標為東經109°59′10″-110°30′00″,北緯37°59′18″-38°28′25″,流域面積1 134 km2,水土流失面積高達1 125 km2。流域多年平均氣溫10℃,多年平均降雨量395mm,多年平均流量2.85m3/s,年輸沙量1 410萬t輸沙量中大于0.05 mm的粗沙占57.2%。流域自然植被很少,主要為人工林草,生態環境脆弱。佳蘆河流域人口密度為131人/km2,其中農業人口占90%。2005年流域共完成國內生產總值4.72億元,人均GDP3 185元。由于佳蘆河流域自然地理環境條件和強烈的人類活動干擾,才導致脆弱生態環境的形成。

依據目的性、代表性、整體性、科學性和可操作性的原則,結合佳蘆河流域的現狀,構建佳蘆河流域生態脆弱性的評價指標體系。以自然環境因素為主,綜合考慮人類活動因素,兼顧指標的可操作性和可比性,最終選取了14項指標作為該流域本次生態脆弱性評價指標體系,對該流域生態脆弱性進行分析和綜合評價(見表1)。

由于國內外均無統一的生態脆弱性及其相關指標的評價標準,本文根據全國、陜西省、榆林市等各類指標的取值范圍,參照該流域規劃以及咨詢專家意見后形成如下評價指標標準取值范圍,并進行灰類劃分,分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類,其類別級數越小,表示脆弱性的程度越大:Ⅰ表示高度脆弱、Ⅱ表示中度脆弱、Ⅲ表示低度脆弱(見表2)。

2 評價方法

本文根據生態脆弱性評價指標體系,運用層次分析法(Analytic Hierarchy Process)來確定指標體系中各指標的權重,然后采用由劉思峰等人提出的三角白化權函數進行評價各層指標之間綜合效果和和整體水平[13]。具體步驟如下:

表1 佳蘆河流域生態脆弱性評價指標

表2 佳蘆河流域生態脆弱性評價標準

第一步,用AHP方法確定評價指標權重。

第二步,設有n個對象,m個評估指標,s個不同的灰類,對象i關于指標j的樣本觀測值為xij(i=1,2,3,…,n;j=1,2,…,m),根據xij的值對相應的對象i進行評估。

將各個指標的取值范圍也相應地劃分為s個灰類,例如將j指標的取值分為[a1,as+1]劃分為s個區間[a1,a2],…,[ak-1,ak],…,[as-1,as+1][as,as+2]。其中,閾值ak一般可根據實際情況的要求或定性研究結果確定。

第三步,令λk=(ak+ak+1)/2屬于第k個灰類的白化權函數值為1,連接(λk,1)與第k-1個灰類的起點ak-1和第k+1個灰類的終點ak+2,得到j指標關于k灰類的三角白化權函數fkj(.),j=1,2,…,s。對于f1j(.)和fsj(.),可分別將j指標取數域向左、右延至a0,as+2。

對于指標j的一個觀測值x可由公式

根據灰類的分級和各指標值及其取域延拓值按照式(1)計算各指標屬于灰類k(k=1,2,…s)的灰色隸屬度(x)。

第四步,計算對象i(i=1,2,…,n)關于灰類k(k=1,2,…s)的綜合聚類系數:

表3 佳蘆河流域生態脆弱性評價各指標權重

表4 各指標灰色隸屬度值

第五步,由1判斷對象i屬于灰類當有多個對象同屬于k＊灰類時,還可以進一步根據綜合聚類系數的大小確定同屬于k＊灰類的各個對象的優劣或位次。

3 結果分析

利用AHP法計算得到各指標的權重(見表3)。

據佳蘆河流域各指標2005年的數據和公式(1)計算可得各指標灰色隸屬度值(見表4)。

由表4知,在C層指標中C1、C3、C4、C5、C6、C8、C10、C14均屬于Ⅰ(高度脆弱)灰類;C7屬于Ⅱ(中度脆弱)灰類;C2、C9、C11、C12、C13屬于 Ⅲ(低度脆弱)灰類。對于B層指標:B2、B3均屬Ⅰ灰類,處于高度脆弱狀態;B1、B4屬于Ⅲ(低度脆弱)灰類。對于A層指標:A1屬于Ⅰ(高度脆弱)灰類;A2屬于Ⅲ(低度脆弱)灰類。

根據各指標的權重和公式(2)計算可得指標的綜合聚類系數(見表5)。

表5 指標的綜合聚類系數

4 結論與討論

(1)通過分析影響佳蘆河流域生態脆弱性的因素,從成因和表現結果兩個方面構建了佳蘆河流域生態脆弱性指標體系,將人口素質等人文信息納入生態脆弱性指標體系,并利用AHP方法確定了各指標的權重。

(2)采用基于三角白化權函數的灰色聚類評價方法對佳蘆河流域生態脆弱性進行了綜合性評價。結果表明:佳蘆河流域生態脆弱性對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ灰類的聚類系數分別為0.636、0.389、0.472,顯然對于灰類Ⅰ的聚類系數最大,因此,可以判定該流域生態脆弱性為高度脆弱。評價結果與該流域生態環境現狀相吻合。

(3)盡管本文利用三角白化權函數將每個指標轉折點延拓至區間灰數,有效減小轉折點數值確定偏差對評價結果的影響。但是如何根據實際的需要給出轉折點的準確的、客觀的值,仍然需要進一步研究。

(編輯:王愛萍)

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AbstractAn important basis is provided ecological vulnerability assessment for ecologically fragilewatershed ecosystem economic systems restoration and reconstruction.Based on an analysisof the impact factorson the ecological vulnerability in the basin,an ecological fragility index system is built to consider the causes and the resultsofmanifestations in Jialu RiverBasin,and the qualityof the population and other cultural infor mation is contained in the index system of ecological fragility,andAHPwas used to deter mine theweightof each index.The AHP-grey clustering method is utilized to evaluate the ecological fragility in Jialu River Basin.The results showed that:the ecological fragility of theⅠ,Ⅱ,Ⅲgrey class clustering coefficientswere 0.636,0.389,and 0.472 in Jialu River Basin;apparently the grey typeⅠclustering coefficientwas the largest.Therefore,the highly vulnerable of the ecological fragility in this area can be determined in this basin.

Key wordsAHP;grey clustering;basin;ecological vulnerability

Assessment of Ecological Vulnerability in Jialu River Basin in Yellow RiverM idstream Area

ZHANG Xin DU Chao-yang CA I Huan-jie
(College ofWater Resources and Architectural Engineering,NorthwestA&F University,Yangling Shaanxi 712100,China)

X171.4

A

1002-2104(2010)03專-0155-04

2010-01-04

張鑫,博士,副教授,主要研究方向為水文水資源。

＊國家高技術研究發展計劃(“863”計劃)(No.14110209);國家重大科技支撐項目(No.10712);西北農林科技大學博士科研啟動基金(No.01140504);西北農林科技大學科研專項(No.08080230)。