衡水市水資源時空分布與脆弱性評價

（河北省衡水水文水資源勘測局，河北 衡水053000）

水資源不僅是孕育生命的物質基礎，也是維系地球生態過程演進、人地可持續發展的重要生態要素之一［1］。水資源關系著居民日常生活，也與農業生產、經濟建設、環境發展密切相關，如何有效開發和利用水資源，以促使水資源的社會經濟效益得到長效發揮，是實現可持續發展的重要途徑［2-3］，因而理清區域水資源時空分布特點具有一定的理論和現實意義。水資源脆弱性是對區域水資源涵養能力及其對經濟社會發展支持能力的度量，在水資源供需形勢嚴峻的背景下，研究水資源脆弱性為水環境保護和科學利用提供信息基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

衡水市位于我國華北平原、冀魯交界之地，處于海河中下流沖積平原帶，區域面積8815km2，占全省總面積的4.67%。區域位于亞歐大陸東岸中度稍高緯度帶，受信風帶和大陸高壓交替控制，形成了大陸性季風氣候［4-5］，冬夏分明、春秋短促、雨熱同期，多年平均降水量524.8mm，年平均氣溫12.6℃，年均蒸發量1557mm，無霜期200d，大于10℃的有效積溫在2400～3500℃之間。由于氣候暖干化發展及降水和地表徑流缺失，衡水市干旱災害時常發生，區域水資源供應形勢不容樂觀。

1.2 水資源脆弱性評價方法

1.2.1 水資源脆弱性評價指標體系

水資源總量在一定時空范圍內是有限的，受經濟發展、人口增加、資源破壞等影響，水資源供需逐漸失去平衡［6］。水資源脆弱性反映了區域水資源產出、利用等綜合情況，參照相關學者研究經驗［6-8］，從區域自然環境、社會環境、經濟技術水平等方面建立水資源脆弱性評價指標體系：A1人口密度 （人/km2）、A2人均水資源量（m3）、A3單位GDP耗水量（萬元/m3）、A4產水模數（萬m3/km2）、A5森林覆蓋率（%）、A6降水量（mm）、A7污水處理率（%）。 其中A1～A3指標反映的是區域水資源供應壓力，A4～A6表征水源涵養能力，A7為人為響應。就指標性質來說，A1，A3為正向指標，其指標值越大，則水資源越脆弱；其余為負向指標，指標值越大，水資源錯弱性越小。該指標體系具有多維、獨立性、可操作性，能夠反映水資源綜合情勢［6～7］。

1.2.2 水資源錯弱性評價

指標體系中各指標分屬不同量綱，不能直接進行比較計算，采用極差標準化方法對其歸一化處理。

正向指標：

負向指標：

式中 xij為第i年第j個指標數值；max xj和min xj分別為第j個指標中最大值和最小值；y為標準化值。

各項指標對水資源錯弱性的影響存在差異，為定量描述指標重要性，采用熵權法進行客觀賦權，熵權法以屬性值信息熵的大小度量指標重要性，因而權值精度更高，對變量維度的解釋更具科學性［8］。其計算公式：

經計算，各指標權值依次為：0.174，0.148，0.142，0.132，0.133，0.139，0.131。 水資源脆弱性的度量用脆弱性指數E來表示：

1.3 數據來源與處理

本文涉及了降水、地表水、地下水3類水資源類型數據，其中降水資料來源于國家氣象局氣候信息中心提供的衡水市站點資料；地表水和地下水數據從《衡水市水資源公報》（1989～2016）中提取。水資源脆弱性評價以衡水市各縣域為評價對象，從《衡水統計年鑒》（2011～2016） 中提取2010～2015年的各項指標，并取其平均值。

應用Excel 2016軟件對水資源數據進行基本處理，熵權計算和水資源脆弱性評價；在SPSS 19軟件平臺上對水資源最大值、最小值、均值、標準差等特征進行統計。水資源在空間上的分布不均衡，為直觀顯示其空間格局，在ArcGIS 10.3環境中采用kriging插值法予以空間表達。

2 衡水市水資源時空分布

2.1 衡水市水資源描述性統計特征

表1為衡水市各縣區水資源量描述性統計特征。由表1可知，各縣區水資源總量與人均占有量分配不均，其中阜城縣、景縣水資源最豐富，達到0.77億，0.75億m3，其次為武邑縣、故城縣、深州市、武強縣，水資源總量依次為0.68億，0.65億，0.63億，0.615億m3，冀州、桃城、饒陽、安平、棗強縣水資源總量最少，為0.56億，0.53億，0.50億，0.465億m3。 就人均水資源占有量來看，武強縣、阜城縣最高，達到291.11，231.875m3，其次是武邑、饒陽、安平縣和冀州區，分別為191.55，167.77，156.15，155.61m3，而其他縣區人均水資源占有量小于全市平均水平。衡水市水資源總量達6.66億m3，人均水資源量僅153.5m3，遠低于全國23385m3的平均水平。

表1 衡水市水資源描述性統計特征 單位：億m3

2.2 衡水市水資源時間變化特征

降水為衡水市水資源重要補給來源之一。觀測資料（1989～2016年氣象站點數據）顯示，衡水市降水資源年際之間呈波動性，降雨量大于500mm以上的有12年，其中最大值出現在1996年，為656.5mm，最低值出現在2013年，僅353.4mm，最大相差1.86倍。1998～2010年間降雨量趨于穩定，于400～550mm之間，而在2012年之后全市降水波動性顯著增強［3-4］，時有干旱或強降雨發生。新世紀以來，衡水市降水強度更加集中，干旱和洪澇相間發生，年際降水穩定性較弱，這可能與氣候變化引起的水循環過程有關，與其他學者的研究較為一致［6］。降水產流量年際變化特征與年平均降水量相似，1989～2016年間全市降水資源量平均值為55.7億m3，其變化率為-0.0292億m3/a。衡水地表水資源呈現顯著減少趨勢（P＜0.05）， 其最高值出現在1994年為16.95億m3，最低值僅為2016年的11.12億m3。綜合來看，衡水市降水資源呈現減少趨勢，這將加劇水資源供需不平衡狀態，如圖1。

圖1 衡水市年降水與地表水資源總量時間變化

2.3 衡水市水資源空間分布特征

衡水市面積廣闊，域內雖然地貌形態差異不大，但是經緯度相差略遠、與海洋距離位置不一，加上市下墊面環境差異大，這就使得區域降水量空間分布存在異質性。

以縣區為統計單位，計算了衡水市降水資源空間分布格局，其中安平縣降水量476.2mm，為全市最低，其次為棗強縣，達481.5mm；冀州區與武邑縣、饒陽縣的降水量相差不大，在510～515mm之間；而武強縣、故城縣、景縣的降水量明顯高于其他地區，達554.2，558.3，552.6mm。總體而言，市降水空間分布不均衡，由東向西遞減［9］。文中應用kriging插值法繪制了區域降水量分布圖，如圖2。

圖2 區域降水量分布

圖3 年徑流分布規律

衡水市年徑流的分布規律與年平均降水量分布一致，如圖3，但經過下墊面調節作用，各區域地表徑流量發生一定變化，全市各縣區徑流深度相差較大，其中阜城縣最高，為19.68mm。究其原因該縣居于河流下游，河湖較多、水面寬闊，徑流量居于首位；而棗強縣縣域狹小，且居于河流上流，徑流流失嚴重，僅有2.68mm，為全市最低；景縣、武邑縣、深州市 徑 流 量 相 對 較 豐 富 ， 分 別 為17.42，15.03，13.85mm，而饒陽縣、安平縣、桃城區、冀州區等縣區水源涵養能力差，徑流深度依次為3.73，5.48，6.22，7.33mm。kriging差值圖表明，衡水市徑流量分布由東北向西部遞減。

2.4 衡水市水資源脆弱性評價

2.4.1 桃城區

水資源最脆弱，脆弱性指數達0.684。從社會經濟條件來看，桃城區人口密度達281人/km2，居衡水首位，其污水處理率達65.32%，高于其他縣區，然而其人均水資源量僅112.92m3，另外其產生模數、森林覆蓋率等自然狀態均較差。

2.4.2 深州、安平、冀州

水資源脆弱性次之，脆弱性指數分別為0.665，0.630，0.604，主要由于這3個縣區產水模數等指標均較低，且人口密度較大，水資源壓力也較大。

2.4.3 饒陽縣

水資源脆弱性指數達0.584，雖然其人口密度較小，僅113人/km2，然而其降水資源不足，僅514.6mm，且其污水處理率落后于全市平均水平，故而水資源能力仍較脆弱。

2.4.4 武邑縣

產水模數、降水量等自然指標狀態較好，其水資源能力弱勢在于森林覆蓋率較低和單位GDP耗水量較高。

2.4.5 衡水市東南部阜城、故城、景縣、棗強

水資源脆弱性較低，且降水量較高介于530～550mm，森林覆蓋率較好，高于全省29.2%的平均水平，加之區域人口密度相對較小，水資源面臨的壓力小于其他縣區，故而水資源脆弱性指數最低，如表2。

表2 衡水市各縣區水資源脆弱性指數

圖4為衡水市水資源指數空間分布，顏色越深表示脆弱性指數越高，則水資源能力越脆弱。其分布特征表明，東部地區水資源脆弱性較小，西部脆弱性較高，這與衡水市降水資源、地表水資源空間分布特征一致。

圖4 水資源脆弱性指數空間分布

3 結語

（1）衡水市地處我國北方半干旱地帶上，作為華北地區重要的糧食生產基地，水資源數量與質量對全市經濟社會的發展起著基礎支撐作用。

（2）衡水市水資源總量為6.46億m3，人均占有量153m3，遠低于全國平均水平。

（3）水資源呈現年際變化大和逐漸減少趨勢，空間上由東向西遞減分布，這對衡水市經濟社會可持續發展造成一定隱患。

（4）通過對水資源脆弱性評價，結果表明東部縣區水資源整體質量較高，西部縣區水資源較為脆弱。

參考文獻：

［1］張利平，夏軍，胡志芳.中國水資源狀況與水資源安全問題分析［J］.長江流域資源與環境，2009，18（2）：116-120.

［2］汪黨獻，王浩，馬靜.中國區域發展的水資源支撐能力［J］.水利學報，2000（11）：21-26.

［3］關業祥.水資源合理配置的基本思路［J］.中國水利，2002（5）：25-26.

［4］張彥增.衡水市地下水資源分析探討［J］.地下水，2006，28（2）：20-22.

［5］王元培.解決衡水湖濕地水資源問題的探討［J］.南水北調與水利科技，2004，2（4）：21-23.

［6］劉瑜潔，劉俊國，趙旭，等.京津冀水資源脆弱性評價［J］.水土保持通報，2016，36（3）：211-218.

［7］馬冬梅，陳大春.基于熵權法的模糊集對分析模型在烏魯木齊市水資源脆弱性評價中的應用 ［J］.水電能源科學，2015（9）：36-40.

［8］劉倩倩，陳巖.基于熵權法的流域水資源脆弱性評價——以淮河流域為例［J］.長江科學院院報，2016，33（9）：10-17.