基于AHP-EWM的萊州市海岸帶海水入侵災害風險評價與區(qū)劃

束龍倉,黃 蕾,陳華偉,魯程鵬,劉 波

1.河海大學水文水資源學院,南京 210098

2.河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室,南京 210098

3.山東省水利科學研究院, 濟南 250000

0 引言

海水入侵是指在自然或人為因素影響下,濱海地帶含水層的水動力條件發(fā)生改變,破壞了淡水與海水之間的平衡狀態(tài),導致海水或高礦化度的咸水沿含水層向內(nèi)陸方向侵入的過程與現(xiàn)象[1]。海水入侵污染地下淡水資源,造成生態(tài)環(huán)境惡化,人畜飲用劣質(zhì)水導致疾病增加,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用被污染的地下水加速工業(yè)管道、設備的腐蝕和老化,農(nóng)業(yè)因地下水變咸導致土壤鹽漬化而大量減產(chǎn),給海岸帶區(qū)域的生產(chǎn)生活造成了嚴重影響。因此,開展海水入侵災害的研究,對提高海岸帶地區(qū)防災減災能力和經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

海水入侵作為全球沿海地區(qū)普遍存在的環(huán)境災害問題,國內(nèi)外研究主要集中于氣候變化[2-5]和人類活動影響,其主要特征均為受人類地下水超量開采影響較大,研究手段多為構建評價指標體系,利用層次分析法或模糊綜合評價法等方式確定權重,并通過GIS等軟件進行結果分布呈現(xiàn)[1, 6-7]。2001年,J. P. L. Ferreira和A. G. Chachadi提出的GALDIT(groundwater occurrence, aquifer hydraulic conductivity, depth of groundwater level, distance form the shore, impact of existence status of seawater intrusion, aquifer thickness)方法成為刻畫區(qū)域海水入侵脆弱性評價指標體系的典型代表[8-11],后續(xù)有大量研究以該方法為基礎,或是對指標作出相應的置換或補充[12-16],或是提出權重確定方法的改進[17],對不同研究區(qū)域進行海水入侵脆弱性的評價,并在評價基礎上提出相應的海岸管理措施。目前針對海水入侵風險評價的研究主要圍繞區(qū)域脆弱性,即更多對現(xiàn)狀的評價,而缺乏對災害發(fā)展可能性和對應后果的綜合風險評估[18-20]。本文在前人研究基礎上,完善海水入侵風險評價體系,改進評價方法,對萊州市海岸帶進行基于鎮(zhèn)街行政邊界較為全面的海水入侵災害風險評價與風險區(qū)劃,以期為當?shù)睾Ｋ肭址乐喂ぷ魈峁﹨⒖肌?/p>

1 研究區(qū)概況

萊州市位于山東省煙臺市的西北部,西臨渤海萊州灣,介于119°33′E—120°18′E,36°59′ N—37°28′ N之間。陸域面積1 928 km2,海岸線長108 km,是我國早期發(fā)現(xiàn)海水入侵的地區(qū)之一。研究區(qū)位于萊州市西部臨海地區(qū)(圖1)。20世紀70年代中期,為提高農(nóng)作物產(chǎn)量,萊州灣沿岸農(nóng)民興起了打井灌溉高潮,地下水開采量大幅增加;同時,隨著經(jīng)濟社會發(fā)展,工礦企業(yè)迅速增加,用水量急劇增大,地下水過量超采,加之長期降水較少,地下水水位明顯下降,造成海水入侵。至20世紀80年代中期,當?shù)厝罕妼Φ叵滤臒o序開發(fā)以及海水入侵的被動防治,加快了海水入侵的速度,入侵范圍繼續(xù)擴大。到1997年海水入侵面積發(fā)展到最大,達276.99 km2,占全市總面積的14.75%[21]。1997年以后,由于萊州市采取了一系列措施,海水入侵呈逐年減少趨勢。2010年,萊州市地下水Cl-質(zhì)量濃度大于250 mg/L的海水入侵區(qū)面積為228.50 km2,占全市面積約12.17%。2013年,海水入侵面積為210.65 km2,與高峰相比減少了23.95%,但由于地下水仍是當?shù)刂饕盟畞碓?地下水開采伴隨的海水入侵問題仍然嚴峻。

圖1 研究區(qū)示意圖

截至2022年,萊州市下轄6個街道(文昌路街道、永安路街道、三山島街道、城港路街道、文峰路街道、金倉街道)和11個鎮(zhèn)(沙河鎮(zhèn)、朱橋鎮(zhèn)、郭家店鎮(zhèn)、金城鎮(zhèn)、平里店鎮(zhèn)、驛道鎮(zhèn)、程郭鎮(zhèn)、虎頭崖鎮(zhèn)、柞村鎮(zhèn)、夏邱鎮(zhèn)、土山鎮(zhèn))。資料(1)山東省人民政府關于山東省地下水限采區(qū)和禁采區(qū)劃定方案的批復(魯政字〔2015〕30號). 濟南:山東水利科學研究院,2015.顯示,萊州市海岸帶地區(qū),即永安路街道、三山島街道、城港路街道、金倉街道、沙河鎮(zhèn)、金城鎮(zhèn)、虎頭崖鎮(zhèn)及土山鎮(zhèn)為萊州市主要地下水超采區(qū)和海水入侵風險區(qū),故本研究聚焦海岸帶地區(qū)8個鎮(zhèn)街(圖1),以2020年為評價基礎年,基于各鎮(zhèn)街的行政邊界進行對應區(qū)域的海水入侵指標分析及評價,得到綜合評價及對應風險總值,并進行風險區(qū)劃。

2 分析方法與數(shù)據(jù)

2.1 海水入侵災害風險評價指標體系

在災害問題的研究中,將風險定義為在一定的人員損傷或財產(chǎn)損失水平條件下,某一災害發(fā)生的概率值,風險評價是對特定期間內(nèi),特定區(qū)域安全、健康、生態(tài)、經(jīng)濟等受到損害的可能性及可能的程度作出評估的系統(tǒng)工程[22-26]。結合海水入侵的特點,海水入侵風險評價是對研究區(qū)進行的已發(fā)生海水入侵區(qū)域入侵程度加劇和未發(fā)生海水入侵區(qū)域發(fā)生海水入侵的可能性,以及海水入侵造成損失大小的評價。本文基于多種災害風險理論[27-32],結合海水入侵災害特點,厘清災害發(fā)生過程的各環(huán)節(jié)要素,包括致災因子危險性、承災體易損性、災害損失及防災減災能力,構建災害鏈式傳遞結構如圖2所示。

圖2 災害鏈式傳遞結構圖

本文在明晰災害發(fā)生機制的基礎上,將萊州市海水入侵風險評價劃分為4個一級指標,即致災因子危險性、承災體易損性、災害損失、防災減災能力,各個一級指標下包含的對應二級指標如下所述。

1)致災因子危險性,描述海水入侵災害觸發(fā)的客觀條件,即造成海水入侵的外部原因。萊州市海水入侵客觀原因主要包括區(qū)域降水較少以及地下水的大量開采。故,將年平均降水量和地下水開采強度作為二級指標,用于刻畫研究區(qū)海水入侵致災因子的危險性。

2)承災體易損性,描述海水入侵災害觸發(fā)的主觀條件,即區(qū)域海水入侵的內(nèi)在原因。海水入侵承災體易損性分別表現(xiàn)在:區(qū)域與海洋直接接觸,為海水入侵創(chuàng)造接觸條件,刻畫指標為海岸線長度;地下水水位低于海平面存在的水頭差為海水入侵創(chuàng)造水動力條件,刻畫指標為地下水水位負值區(qū)面積占比;地下水Cl-質(zhì)量濃度與海水質(zhì)量存在質(zhì)量濃度差,為海水入侵創(chuàng)造溶質(zhì)運移條件,刻畫指標為地下水Cl-質(zhì)量濃度值低于250 mg/L的淡水區(qū)面積占比[33-34],此處選取淡水區(qū)而非咸水區(qū)的原因在于本文著重風險的研究,意在描繪海水入侵發(fā)展的可能性,淡水區(qū)作為海水未入侵區(qū)域所承受的遭受海水入侵的可能性較已被入侵的咸水區(qū)高,故淡水區(qū)面積占比作為刻畫承災體易損性的指標之一;區(qū)域含水層介質(zhì)條件為海水入侵提供入侵通道,刻畫指標即為含水層介質(zhì)條件。

3)災害損失,描述海水入侵帶來的損失影響大小及量化值。災害損失主要表現(xiàn)在:人類作為地下水資源功能的主要服務對象,水質(zhì)惡化直接影響人民群眾的生命健康安全,刻畫指標為區(qū)域人口密度;地下水咸化對區(qū)域地下水利用的影響,刻畫指標為地下水生活用水量與生產(chǎn)用水量和當?shù)叵趟畢^(qū)面積占比的乘積,即地下水生活用水風險量和地下水生產(chǎn)用水風險量。

4)防災減災能力,描述針對海水入侵災害防治的工程和非工程措施,以及從災害中長期和短期內(nèi)恢復的程度。防災減災能力主要通過評價鎮(zhèn)街的城市發(fā)展水平,以及區(qū)域內(nèi)是否有用于防控海水入侵的地下水工程,刻畫指標分別為能夠反映區(qū)域城市化發(fā)展水平的鎮(zhèn)街GDP總值及對應配套防災工程。

綜上,研究區(qū)海水入侵風險評價指標體系建立如圖3所示。

圖3 風險評價指標體系

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文研究區(qū)含水層介質(zhì)條件、地下水水位及水質(zhì)觀測數(shù)據(jù)由煙臺市水文中心和山東省水利科學研究院提供;人口密度及地下水開采量相關數(shù)據(jù)從《萊州統(tǒng)計年鑒2021》(2)山東省萊州市統(tǒng)計局.萊州統(tǒng)計年鑒2021.煙臺:山東省萊州市統(tǒng)計局,2021.獲得;防災減災工程從政府發(fā)布相關工程信息(http://www.laizhou.gov.cn)獲得;GDP數(shù)據(jù)基于1 km×1 km DMSP-OLS(defense meteorological satelite program-operational linescan system)的NLTS(nighttime lights time series)圖像產(chǎn)品夜間燈光圖像,結合網(wǎng)格化的Landscan人口數(shù)據(jù)集,分解省級GDP獲得[35];年平均降水數(shù)據(jù)獲取自中國氣象中心(https://data.cma.cn/)。

2.3 風險評價方法

風險評價先對各指標進行風險區(qū)間劃分并對每個區(qū)間賦風險值,風險值根據(jù)研究區(qū)鎮(zhèn)街數(shù)目劃分為風險由高到低的8→1,風險區(qū)間根據(jù)鎮(zhèn)街對應指標數(shù)據(jù)劃分(表1),鎮(zhèn)街指標在對應風險區(qū)間即賦該指標的對應風險值,風險值越大,海水入侵災害風險越高;接著運用基于最小互信息熵理論的層次分析法(AHP)與熵權法(EWM)結合對各指標進行權重劃分;進而通過加權綜合評價法進行指標綜合得到風險總值,形成研究區(qū)各鎮(zhèn)街海水入侵風險排名及風險區(qū)劃。

表1 風險區(qū)間劃分及對應風險賦值

運用層次分析法(AHP)確定評價指標體系內(nèi)各指標權重,是指將同一層次的指標進行兩兩間的相互比較,構造兩兩比較判斷矩陣,并進行一致性檢驗,確定指標權重[36-37]。本文基于災害發(fā)生的鏈式傳遞結構,認為一級指標間存在重要的傳遞關系,即后一級指標的影響產(chǎn)生需基于前一級指標的實現(xiàn),故一級指標的重要性由致災因子危險性—承災體易損性—災害損失—防災減災能力依次減弱。基于此構建4個一級指標重要性判斷矩陣,確定一級指標權重,各一級指標下的二級指標通過專家打分構建重要性判斷矩陣,經(jīng)計算通過一致性檢驗后確定各指標權重如表2所示。

表2 指標權重值

根據(jù)層次分析法權重確定過程可知,兩兩比較判斷矩陣的構建由主觀賦值,客觀性較差,因此引進熵權法(EWM),以提高指標對應權重的客觀科學性[38]。熵權法的基本思路是根據(jù)指標數(shù)據(jù)變異性的大小來確定客觀權重,一般來說,指標值的變異程度越大,則該指標的信息熵越小,所提供的信息量越多,在綜合評價中所能起到的作用也越大,故權重越大。熵權法將評價指標劃分為正向指標和負向指標,本研究中正向指標意指指標值越大,海水入侵風險越高,負向指標意指指標值越大,對應風險越低。計算時,首先根據(jù)指標正向或負向?qū)Ω髦笜诉M行數(shù)據(jù)標準化處理(式(1));然后計算各指標的變異大小(式(2));接著根據(jù)信息論中信息熵的定義,計算得各指標的信息熵(式(3)),其中El>0,若Pi,j=0,定義El=0;最終計算得到各指標權重(式(4))。

(1)

(2)

(3)

(4)

其中k=1,2,…,8;l=1,2,…,11。

式中:Xk,l為k鎮(zhèn)街的l指標;Yk,l為經(jīng)標準化轉(zhuǎn)化后的各指標;max(Xk,l)為各鎮(zhèn)街各項指標最大值;min(Xk,l)為各鎮(zhèn)街各項指標最小值;Pk,l為l指標在k鎮(zhèn)街的值與該指標在所有鎮(zhèn)街的值和的占比;El為l指標的信息熵;n為鎮(zhèn)街數(shù)目,n=8;wl為層次分析法計算得到的指標l權重值。

使用最小相對信息熵法將主觀權重和客觀權重進行組合[39],可得到目標函數(shù)F及限定條件

(5)

式中:wi,j′為通過層次法獲得的主觀權重;wi,j″為通過熵權法獲得的客觀指標權重;wi,j為二者結合所得的綜合權重。

根據(jù)線性規(guī)劃解法,將上述問題優(yōu)化為式(6),得到綜合指標結合權重如表2所示。

(6)

3 結果與討論

3.1 致災因子危險性評價

研究區(qū)致災因子危險性風險值及構成指標空間分區(qū)見圖4。

a. 年平均降水量;b. 地下水開采強度;c. 風險值。

研究區(qū)屬東亞暖溫帶大陸性季風氣候,四季分明,雨熱同期,整體降水偏少,且全年降水量的70%以上集中在夏季的6—9月。研究區(qū)各類型地下水的補給來源都以大氣降水入滲為主,年平均降水量越大,認為其地下水補給越充分,越能夠有效抬高地下水水位阻擋海水入侵;同時也能起到稀釋咸水的作用,故海水入侵風險與年平均降水量成反比關系。通過獲取萊州市年平均降水量空間分布(圖4a),可知研究區(qū)年平均降水量總體呈現(xiàn)自北部金城鎮(zhèn)至南部土山鎮(zhèn)逐漸減小,相鄰鎮(zhèn)街間年平均降水量差值在幾毫米至十幾毫米。

人工開采作為研究區(qū)地下水主要排泄方式,是破壞地下水水位自然平衡的主要因素,過度開采形成的內(nèi)陸地下水水位降落漏斗是觸發(fā)海水入侵的主要原因,地下水開采強度為海水入侵災害風險評價的重要致災因子。根據(jù)2020年萊州市鎮(zhèn)街供水數(shù)據(jù),取得研究區(qū)對應當年地下水開采量,據(jù)此計算其單位面積開采量即地下水開采強度(圖4b)。由圖4b可知,研究區(qū)鎮(zhèn)街地下水開采強度在8 782～30 446 m3/(km2·a)之間,其中虎頭崖鎮(zhèn)開采強度最高,土山鎮(zhèn)和金倉街道開采強度最低。

根據(jù)各鎮(zhèn)街致災因子危險性風險值(圖4c)可見,危險性較高的有虎頭崖鎮(zhèn)、永安路街道、沙河鎮(zhèn)及城港路街道。致災因子危險性風險值高,說明應警惕氣候干旱和地下水開采疊加的致災可能性;從人類能夠干預的角度出發(fā),著重考慮降低地下水開采強度,阻斷災害發(fā)生鏈式傳遞的第一環(huán)。

3.2 承災體易損性評價

承災體易損性風險值及構成指標空間分布見圖5。

a. 海岸線長度;b. 地下水水位;c. Cl-質(zhì)量濃度;d. 含水層介質(zhì)類型;e. 風險值。

研究區(qū)鎮(zhèn)街對應的海岸線長度決定了其區(qū)域與海水的接觸帶長度,海岸線越長,區(qū)域劃分的易發(fā)生海水入侵范圍越大,風險度越高。研究區(qū)金倉街道海岸線曲折,長度最長,達23.08 km,沙河鎮(zhèn)海岸線最短,僅3.72 km(圖5a)。

地下水水位與海平面的水頭差決定二者之間的補排關系,將地下水水位低于標準海平面的區(qū)域定義為地下水水位負值區(qū),負值區(qū)面積占比越大,海水入侵風險越高。根據(jù)研究區(qū)2020年多口地下水埋深觀測井數(shù)據(jù),采用反距離權重法對埋深數(shù)據(jù)進行空間上的插值處理,再通過DEM數(shù)據(jù)與埋深結果的差值處理得到研究區(qū)地下水水位等值線圖(圖5b)。結果顯示,研究區(qū)存在廣泛的地下水水位負值區(qū),土山鎮(zhèn)、金倉街道、金城鎮(zhèn)及沙河鎮(zhèn)的負值區(qū)面積已達90%以上,三山島街道、城港路街道和虎頭崖鎮(zhèn),水位負值區(qū)面積占比分別為75%、54%、29%,永安路街道內(nèi)不存在負值區(qū)。

海水入侵聚焦地下水的溶質(zhì)問題,研究將Cl-質(zhì)量濃度250 mg/L作為標準分界線,以劃分區(qū)域地下水是否遭到海水入侵[28]。承災體易損性表現(xiàn)在,研究區(qū)內(nèi)地下水淡水區(qū)域面積占比越大,其與海水存在較大質(zhì)量濃度差的區(qū)域范圍越大,質(zhì)量濃度差下驅(qū)使的溶質(zhì)運移越活躍,海水入侵風險越高。研究根據(jù)多口地下水水質(zhì)觀測井中的2020年Cl-質(zhì)量濃度數(shù)據(jù),同上述水位插值方法獲得Cl-質(zhì)量濃度等值線圖(圖5c)。結果顯示:研究區(qū)存在大范圍地下水咸水區(qū),在三山島街道與金倉街道的交界處已形成質(zhì)量濃度大于750 mg/L的高質(zhì)量濃度咸水區(qū);淡水區(qū)面積占比最高的為永安路街道,為96.87%,其后依次是虎頭崖鎮(zhèn)、金倉街道、沙河鎮(zhèn)、城港路街道、土山鎮(zhèn)、三山島街道,占比最小的為金城鎮(zhèn),僅為13.85%。

按含水層介質(zhì)條件,研究區(qū)地下水可分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種類型。綜合來說,松散巖類孔隙介質(zhì)含水砂層較穩(wěn)定,地下水徑流暢通,海水容易向內(nèi)陸推移,而基巖裂隙介質(zhì)雖然可能存在連通的裂隙,能夠更直接地引入海水,但是該介質(zhì)咸水影響范圍較為局限;故松散巖類孔隙介質(zhì)更容易受到海水入侵全面整體的影響,并且對陸面生態(tài)影響更大。從地下水開采角度來說,開采井一般布設于松散巖類孔隙介質(zhì)中,該介質(zhì)中的地下水受到海水入侵對地下水利用的各產(chǎn)業(yè)損失較大;故認定松散巖類孔隙介質(zhì)的風險度較基巖裂隙介質(zhì)高。研究區(qū)廣泛分布松散巖類孔隙介質(zhì),而基巖裂隙介質(zhì)主要分布于沙河鎮(zhèn)、虎頭崖鎮(zhèn)及永安路街道的部分內(nèi)陸區(qū)域(圖5d)。

根據(jù)各鎮(zhèn)街承災體易損性風險值(圖5e)可知,易損性較高的區(qū)域有金倉街道、三山島街道,其次依次為金城鎮(zhèn)、土山鎮(zhèn)及城港路街道。承災體易損性風險值高,說明在現(xiàn)有條件下,相應鎮(zhèn)街自身區(qū)域容易遭受海水入侵;故應加強區(qū)域地下水監(jiān)測,提升海水入侵關注意識,在自身維穩(wěn)的同時,強化災害鏈式傳遞結構的其他環(huán)節(jié),或考慮采取地下水人工回灌,抬高地下水水位,削弱區(qū)域受災易損性。

3.3 災害損失評價

災害損失風險值及構成指標空間分布見圖6。

a. 人口密度;b. 地下水生活用水風險量;c. 地下水生產(chǎn)用水風險量;d. 風險值。

海水入侵的災害損失評價,主要體現(xiàn)在地下水咸化在地下水利用的各用途中產(chǎn)生的負面影響。地下水服務方面,人口密度體現(xiàn)地下水服務對象的密度,人口密度越高,咸化影響受眾越密,海水入侵災害損失越大。由研究區(qū)人口密度分布(圖6a)可知,作為人口密度第一階梯的永安路街道陸域面積最小,承擔著極高的人口密度,達1 634人/ km2,其次是沙河鎮(zhèn)與城港路街道。地下水直接用途方面,當?shù)氐叵滤_采量主要作為生活用水和生產(chǎn)用水,作為生活用水,海水入侵影響人民群眾的生命健康,作為生產(chǎn)用水,其影響對應農(nóng)業(yè)和工業(yè)經(jīng)濟產(chǎn)值。本文提出地下水風險量的概念,計算當?shù)氐叵滤钣盟炕蛏a(chǎn)用水量與對應鎮(zhèn)街咸水區(qū)面積占比的乘積,認為該量為地下水應用的可能咸化水量,定義為地下水生活用水風險量或地下水生產(chǎn)用水風險量。風險量值越大,表明對應鎮(zhèn)街咸水應用的可能性越高,咸水利用量越大,損失越大。地下水生活用水風險量(圖6b)結果表明,永安路街道、金倉街道地下水生活用水風險較小,其次為虎頭崖鎮(zhèn),其余鎮(zhèn)街均有較高的地下水生活用水風險量,用于民眾生活取用的地下水為咸化水的風險較高;地下水生產(chǎn)用水風險量(圖6c)結果表明,由于生產(chǎn)用水本身量較大,用水風險也隨之增長,金城鎮(zhèn)、沙河鎮(zhèn)、三山島街道及城港路街道風險量值達百萬級別,有大量咸水可能用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

根據(jù)各鎮(zhèn)街災害損失風險值(圖6d)可知,總體災害損失較大的區(qū)域主要為沙河鎮(zhèn)和城港路街道。災害損失風險值高,說明受災成本高,損失大,需著重對投入使用的地下水進行水質(zhì)檢驗,確保水質(zhì)符合用水標準,降低人民生命健康及工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失。

3.4 防災減災能力評價

研究區(qū)防災減災能力風險值及構成指標空間分布見圖7。

a. 防災減災工程;b. GDP;c. 風險值。

防災減災能力評價主要聚焦在區(qū)域應對海水入侵的抵御能力,能力評價包括工程措施和非工程措施。工程措施主要指修建水利工程設施,包括防潮大堤、地下水庫等(圖7a)。研究區(qū)最大的防潮堤位于虎頭崖鎮(zhèn)、土山鎮(zhèn)、沙河鎮(zhèn)三處沿海鎮(zhèn)街,總長40.3 km,防潮堤能夠有效控制海水入侵、海水倒灌及土壤鹽堿化;研究區(qū)王河地下水庫位于金倉街道和三山島街道,該水庫的建成帶來了明顯的地下水水位抬升,海水入侵面積減少,是有力的防災減災工程措施[40]。非工程措施采用2020年GDP值(圖7b),反映評價研究區(qū)各鎮(zhèn)街城市化水平,進而反映區(qū)域?qū)λY源的合理規(guī)劃和管理能力,以及對海水入侵災害的研究程度和應對水平。鎮(zhèn)街GDP總值越高,城市化水平越高,防災減災能力越強,風險指數(shù)越小。

根據(jù)各鎮(zhèn)街防災減災能力風險值(圖7c),綜合海水入侵防治的工程與非工程措施可知:三山島街道雖GDP值較小,但王河地下水庫極大緩和了當?shù)睾Ｋ肭诛L險,防災減災能力風險值(3.44)最低;而金城鎮(zhèn)雖GDP反映的城市化水平處于中游,但未建設任何海水入侵相關防治工程,表現(xiàn)為該項風險值(6.56)最高。研究區(qū)防災減災能力評價肯定了各類海水入侵防治工程在災害規(guī)避中發(fā)揮的重要作用,特別強調(diào)了王河地下水庫作為針對性建設工程在抵御海水入侵中的積極影響。針對該項一級指標的風險值結果,相應鎮(zhèn)街應結合災害鏈式傳遞結構的前三環(huán),根據(jù)自身情況考慮提升城市化水平或興修相關防災工程,加強災害應對和災后恢復能力。

3.5 綜合評價

基于上述研究區(qū)鎮(zhèn)街各指標,通過式(7)的加權綜合評價法得到最終研究區(qū)各鎮(zhèn)街的風險總值,依據(jù)此值大小進行風險排名,并進行風險分級。整理結果見表3,最終風險分區(qū)結果見圖8。

(7)

表3 研究區(qū)指標風險總值及綜合評價結果

圖8 萊州市海岸帶海水入侵風險分區(qū)

式中:I為各鎮(zhèn)街風險總值;Ii,j為第i項一級指標下的第j項二級指標的指標風險值。

結果(表3、圖8)表明,研究區(qū)海水入侵風險由大到小依次為城港路街道、永安路街道、金城鎮(zhèn)、沙河鎮(zhèn)、三山島鎮(zhèn)、虎頭崖鎮(zhèn)、土山鎮(zhèn)、金倉街道;根據(jù)風險總值,劃分城港路街道、永安路街道及金城鎮(zhèn)為海水入侵災害高風險區(qū),沙河鎮(zhèn)、三山島街道及虎頭崖鎮(zhèn)為較高風險區(qū),土山鎮(zhèn)和金倉街道為較低風險區(qū)。

通過皮爾遜相關檢驗得到各評價指標與鎮(zhèn)街風險總值的相關關系如表4所示。結果表明,風險總值與地下水開采強度之間的相關系數(shù)值為0.917,顯著性水平0.001,說明風險總值和地下水開采強度之間有著顯著的正相關關系;而與其他指標相關關系未通過顯著性檢驗,無顯著相關性。

表4 各評價指標與風險總值皮爾遜相關系數(shù)

為對比各評價指標的風險貢獻率,即指標重要程度,作指標風險柱狀圖及風險總值折線圖(圖9)。圖9結果顯示,各鎮(zhèn)街指標風險值大小各有差異,其中:地下水開采強度指標作為研究區(qū)典型性人類活動,在所有鎮(zhèn)街的風險評估中數(shù)據(jù)值突出,反映出絕對顯著的影響;其次為含水層介質(zhì)條件,分別反映人工干預和自然條件對災害風險的主導作用。

圖9 研究區(qū)評價指標風險柱狀圖及風險總值折線圖

根據(jù)評價風險指標分析及風險區(qū)劃結果可知,城港路街道、永安路街道及金城鎮(zhèn)作為高風險地區(qū),應注意全方位把控,加強地下水開采限制,適當降低地下水開采強度,同時注意警惕地下水生活用水及生產(chǎn)用水污染風險,強化對供給生活用水的地下水的水質(zhì)監(jiān)測,確保民眾用水安全,主動把控生產(chǎn)用水質(zhì)量,避免附加經(jīng)濟產(chǎn)值損失。其中:城港路街道應積極進行人工干預,可考慮投入建設相關海水入侵防治工程,穩(wěn)固鏈式結構四要素,確保海水入侵風險的降低,保障受災可能性及受災損失量值的最小化;永安路街道更應基于自身行政區(qū)面積小的特點合理安排地下水開發(fā),并著手把控當?shù)厝丝诿芏?合理規(guī)劃人口,更加嚴格把握地下水用水水質(zhì),確保其符合用水標準;金城鎮(zhèn)的咸水區(qū)面積及地下水水位負值區(qū)面積占比皆為研究區(qū)8個鎮(zhèn)街之最,體現(xiàn)其嚴峻的海水入侵現(xiàn)狀,該鎮(zhèn)應盡快著力現(xiàn)狀的治理,采取措施提高地下水水位及縮小咸水區(qū),可考慮在咸水區(qū)進行咸水抽取或淡水回灌,以阻止咸水的進一步發(fā)展和擴散,降低損失。

沙河鎮(zhèn)、三山島街道及虎頭崖鎮(zhèn)為較高風險地區(qū),其中:沙河鎮(zhèn)工農(nóng)業(yè)發(fā)達,有著巨大的工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)灌溉地下水需求量,該鎮(zhèn)地下水水位負值區(qū)占比已超90%,處于嚴重超采的高度緊張狀態(tài),對此相關部門應加強對地下水開采的控制和監(jiān)督,合理配置工農(nóng)業(yè)用水來源,規(guī)劃地表水和地下水的最優(yōu)分配[41],同時對供給生活用水的地下水進行嚴格的監(jiān)測,保證人民生命健康安全,并考慮針對地下水水位負值區(qū)進行人工回灌提高地下水水位;三山島街道存在地下水開采強度較高、地下水水位負值區(qū)面積占比高及用水風險量較高的情況,應對舉措可相應參考上述高風險對應舉措,把控地下水開采強度,推進地下水水位抬升,同時淡化水質(zhì),降低用水風險量;虎頭崖鎮(zhèn)地下水開采強度為研究區(qū)之最,應降低地下水開采強度,下調(diào)風險值。同時,相關政府應努力推進城市發(fā)展,提高科技教育水平,加強海水入侵防護意識的提升和普及。

對于劃定為低風險區(qū)的土山鎮(zhèn)和金倉街道,綜合評定的海水入侵緊迫程度較輕,存在問題是地下水水位負值區(qū)面積占比較高,但由于其自身地下水開采量不大,用水風險量較小,且配備有部分防治工程,無需投入人力物力建設相關工程設施;可考慮采取措施抬高地下水水位,在可容忍的地下水開采情況下,加強監(jiān)督,拉緊地下水超采紅線,并且關注相鄰鎮(zhèn)街地下水動態(tài),預防含水層系統(tǒng)間的相互影響。

4 結論

1)本研究基于海水入侵災害發(fā)生的鏈式傳遞過程,從致災因子危險性、承災體易損性、災害損失及防災減災能力4個方面展開,構建了包含11個指標要素的萊州市海岸帶8個鎮(zhèn)街海水入侵災害風險評價體系,并通過基于最小信息熵將熵權法和層次分析法結合的方法確定各指標權重。

2)研究區(qū)海水入侵風險由大到小依次為城港路街道、永安路街道、金城鎮(zhèn)、沙河鎮(zhèn)、三山島鎮(zhèn)、虎頭崖鎮(zhèn)、土山鎮(zhèn)、金倉街道。根據(jù)各鎮(zhèn)街最終風險總值,劃分城港路街道、永安路街道及金城鎮(zhèn)為海水入侵災害高風險區(qū),沙河鎮(zhèn)、三山島街道及虎頭崖鎮(zhèn)為較高風險區(qū),土山鎮(zhèn)及金倉街道為較低風險區(qū)。根據(jù)行政邊界進行風險評價及風險區(qū)劃,有利于地區(qū)海水入侵災害的統(tǒng)一響應和應對管理。

3)皮爾遜相關性檢驗及指標風險值對比表明,地下水開采強度是區(qū)域海水入侵風險評定的控制指標,是防治海水入侵災害的關鍵要素。