氣候變化背景下區(qū)域生態(tài)水資源脆弱性評(píng)價(jià)方法研究

汪真真　方園　張震　葉鵬　余軍強(qiáng)

摘要：水資源使用量的不斷增加，導(dǎo)致水資源現(xiàn)有量急劇下降。為了分析氣候變化對(duì)生態(tài)水資源脆弱性的影響，提出氣候變化背景下的生態(tài)水資源脆弱性評(píng)價(jià)方法。在分析水資源脆弱性機(jī)理后，建立包含15個(gè)指標(biāo)在內(nèi)的水資源脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；在集對(duì)分析理論中引入熵值法和等權(quán)法，實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)水資源脆弱性評(píng)價(jià)。將所提方法應(yīng)用在中國東南部某條河流中，通過對(duì)該條河流2013年- 2022年十年間的數(shù)據(jù)分析計(jì)算后，確定該條河流脆弱性程度處于中等偏差水平，符合該條河流的實(shí)際情況，證明了所提方法在水資源脆弱性評(píng)價(jià)方面的有效性。

關(guān)鍵詞：生態(tài)水資源脆弱性；環(huán)境損害；環(huán)境修復(fù)；判斷矩陣；集對(duì)分析理論

中圖分類號(hào)：X826 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

目前，全世界很多地區(qū)已經(jīng)陷入了缺水危機(jī)中。中國是目前世界上水資源短缺最嚴(yán)重的國家之一，同時(shí)存在南北分布不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象，北方地表水較少，地下水被開采的比較嚴(yán)重，南方雖然水資源較為豐富，但是水資源系統(tǒng)脆弱性程度較高。

氣候變化背景下的生態(tài)水資源脆弱性評(píng)價(jià)問題已經(jīng)成為當(dāng)前研究重點(diǎn)內(nèi)容。梁栩等人從社會(huì)經(jīng)濟(jì)與水資源之間的動(dòng)力結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立了水資源脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合綜合指數(shù)加權(quán)法實(shí)現(xiàn)對(duì)南渡江流域水資源脆弱性的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)。呂文凱等人構(gòu)建了水資源脆弱性評(píng)價(jià)模型和相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過賦權(quán)和計(jì)算后，完成對(duì)水資源脆弱性的評(píng)價(jià)。

通過查閱相關(guān)資料，并結(jié)合上述兩種方法，針對(duì)氣候變化背景下的區(qū)域生態(tài)水資源脆弱性提出一種評(píng)價(jià)方法。首先，對(duì)生態(tài)水資源脆弱性機(jī)理進(jìn)行分析后，建立水資源脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，準(zhǔn)則層有3個(gè)影響因素，評(píng)價(jià)指標(biāo)有15個(gè)；利用集對(duì)分析理論對(duì)準(zhǔn)則層3個(gè)影響因素和15個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到水資源脆弱性程度的最優(yōu)貼近度，實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源脆弱性的精準(zhǔn)評(píng)價(jià)。在中國東南部某條河流中對(duì)所提方法展開實(shí)例分析，結(jié)果驗(yàn)證了所提方法在水資源脆弱性評(píng)價(jià)方面的有效性。

1 氣候變化背景下水資源脆弱性機(jī)理

水資源系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的融合系統(tǒng)，包含生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)以及其他多個(gè)子系統(tǒng)。生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)受氣候變化影響較大，一旦氣候變化較大，則區(qū)域生態(tài)水資源容易遭受破壞，將會(huì)陷入一種極其脆弱的狀態(tài)，當(dāng)超過了生態(tài)水資源環(huán)境子系統(tǒng)能夠承受的最大限制后，水資源系統(tǒng)將受到嚴(yán)重?fù)p害，脆弱性程度進(jìn)一步增加。因此，需要評(píng)估氣候變化背景下區(qū)域生態(tài)水資源脆弱性，為區(qū)域生態(tài)水資源的保護(hù)與保障提供可靠的參考依據(jù)。影響生態(tài)水資源脆弱性的主要因素有氣候條件、環(huán)境損害和環(huán)境修復(fù)。

1.1 氣候條件

現(xiàn)階段主要影響生態(tài)水資源脆弱性的是自然因素中的氣候條件。

1.2 環(huán)境損害

當(dāng)社會(huì)發(fā)展對(duì)水資源系統(tǒng)的影響超過了其可承受的范圍內(nèi)，水資源系統(tǒng)將會(huì)越來越脆弱。

1.3 環(huán)境修復(fù)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源系統(tǒng)起到的作用是雙向的，一方面破壞了水資源系統(tǒng)環(huán)境，加重其脆弱程度，另一方面通過環(huán)境修復(fù)減緩氣候變化，提高水資源系統(tǒng)脆弱性。

分析上述3個(gè)因素對(duì)水資源系統(tǒng)的影響后，建立了見表1的水資源脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2 生態(tài)水資源脆弱性評(píng)價(jià)方法

針對(duì)生態(tài)水資源脆弱性評(píng)價(jià)，所提方法利用集對(duì)分析理論實(shí)現(xiàn)。利用熵值法計(jì)算準(zhǔn)則層中3個(gè)影響因素的權(quán)重系數(shù)，確定每個(gè)指標(biāo)變動(dòng)相對(duì)程度對(duì)水資源脆弱性的影響和作用；通過等權(quán)法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。具體實(shí)現(xiàn)過程如下所示：

（1）通過熵值法計(jì)算氣候條件、環(huán)境損害和環(huán)境修復(fù)的權(quán)重系數(shù)。

相對(duì)貼近度rm在一定程度上反映了評(píng)價(jià)方案與最優(yōu)評(píng)價(jià)集U之間的密切度，rm的值越大，說明評(píng)價(jià)方案與U之間的密切度越高、評(píng)價(jià)方案越優(yōu)秀。rm1的值越大，說明評(píng)價(jià)年份的脅迫性越小；rm2的值越大，說明評(píng)價(jià)年份的敏感性就越小；rm3的值越大，說明評(píng)價(jià)年份對(duì)不利影響的適應(yīng)性就越大。

3 實(shí)例分析

3.1 研究區(qū)域概況

針對(duì)中國東南部某條河流進(jìn)行實(shí)例分析，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為該條河流2013年- 2022年十年的綜合數(shù)據(jù)。該條河流的流域面積約5 000 km2，全長(zhǎng)133公里，徑流總量較大，受年際變化和季節(jié)變化影響較大，導(dǎo)致整條河流不同區(qū)域呈現(xiàn)出不同的特征。該研究區(qū)域在1989年，污染河長(zhǎng)占評(píng)價(jià)河長(zhǎng)的76.3%，此后多次進(jìn)行環(huán)境治理，在2022年啟動(dòng)大規(guī)模治理工作。

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

利用集對(duì)分析理論和熵值法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)脅迫性、敏感性、適應(yīng)性與生態(tài)水資源脆弱性之間的最優(yōu)貼近度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見圖1、圖2。

通過觀察圖1、圖2可知，該條河流水資源脆弱性整體為中等偏差水平，Rm值呈現(xiàn)出先降低后上升趨勢(shì)，先期下降受脅迫性和敏感性影響，后來在適應(yīng)性的作用下整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。2013年因脅迫性（0.48）、敏感性（0.79）兩個(gè)值較高，適應(yīng)性（0.20）較低，導(dǎo)致該年水資源脆弱性處于中等水平（0.49）。在2020年，該條河流的脅迫性和適應(yīng)性普遍較高，分別為0. 64、0. 63，使得該年份的Rm值為0.58，水資源脆弱性程度最低，處于良好水平。

4 結(jié)束語

隨著全球氣候變暖問題逐漸嚴(yán)峻，溫室效應(yīng)影響了多種自然資源，其中影響較大的是生態(tài)水資源。因此，針對(duì)氣候變化背景下的區(qū)域生態(tài)水資源進(jìn)行脆弱性評(píng)價(jià)十分重要。首先，所提方法分析生態(tài)環(huán)境水資源脆弱性機(jī)理，確定氣候條件、環(huán)境損害和環(huán)境修復(fù)是影響水資源脆弱性最大的三個(gè)因素；然后，利用熵值法計(jì)算準(zhǔn)則層中3個(gè)影響因素的權(quán)重系數(shù)，并通過等權(quán)法計(jì)算所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，選取脅迫性、敏感性、適應(yīng)性作為水資源脆弱性權(quán)重，實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)水資源的脆弱性評(píng)價(jià)；最后，選取某條河流流域作為研究對(duì)象，對(duì)所提方法展開實(shí)例分析，結(jié)果表明，所提方法可以精準(zhǔn)評(píng)價(jià)該條河流的脆弱性程度，基本符合實(shí)際情況。