变化环境下尼洋河水资源脆弱性评价

2018-07-05白庆芹

水科学与工程技术 2018年3期

白庆芹

（西藏农牧学院，西藏林芝 860000）

在全球气候变化和人类活动的影响下，人类开始面临水资源短缺，洪涝灾害频繁、供需不平衡、水环境恶化等众多问题，都是水资源脆弱性的表现。河流作为重要的地表供水水源，是水循环的主要组成部分之一，是制约区域经济社会发展的基础，对河流水资源进行脆弱性评价，成为保护区域地表水资源的重要手段之一。早在20世纪60年代法国Albinet和Marget首先提出了地下水资源脆弱性概念，拉开了水资源脆弱性研究的序幕，随后国内学者在水资源脆弱性评价方面展开了大量研究，其中关于河流水资源脆弱性方面的研究主要涉及到丹江口水源区、淮河流域、石羊河流域、塔里木河流域、海河流域、黄河上游等区域［1-6］。

西藏作为高海拔地区的代表，水资源量极其丰富，随着近几年地区经济发展规划的要求，大量人类活动干预到水文循环过程中。伴随着全球气候变化，部分地区开始出现极端天气，导致水资源短缺、水环境恶化等问题突显，急需开展河流水资源脆弱性相关研究。本文以雅鲁藏布江一级支流尼洋河为例，基于变化环境因素筛选指标，进行尼洋河流域水资源脆弱性模糊评价，为西藏区域发展建设提供理论数据支撑。

1 尼洋河流域概况

尼洋河是雅鲁藏布江五大一级支流之一，位于雅江干流左岸，流域东西长230km，南北宽110km，分水线总长800km，流域总面积17535km2。尼洋河又名尼洋曲，发源于西部拉闻拉、俄拉等一系列山峰环抱的湖盆带，从源头拉木措流出，由西向东经松多至工布江达，过百巴、更张、尼西、八一镇，急剧折向南流，在鲁定村附近汇入雅鲁藏布江。流域内有许多沟壑古川，海拔程西北向东南递减趋势，源头至出口总落差2080m，流域左右岸分布比较对称，大部分地区为草甸、森林覆盖。上游多为冰碛湖，中下游河谷相对宽阔。上游段为源头拉木措到工布江达县城，河谷受两岸岩性约束，宽窄变化悬殊，主要以牧业生产为主，灌溉条件差；中游段从工布江达至八一镇，河谷较宽，阶地发育明显；下游从八一镇至鲁定注入雅江，地形主要为河谷平原，多滩地、心洲。流域多年平均降雨量为1336.4mm，干湿季节明显，每年5～10月为雨季，湿润多夜雨，少暴雨，雨季降水量约占全年降水的85%左右，其他月份在西风带影响下天气干，燥昼夜温差大。蒸发强度年内变化悬殊，年际变化不大［7］。

2 评价方法

2.1 尼洋河流域水资源脆弱性评价体系构建

目前为止，我国还没有统一的水资源脆弱性评价体系，前人在水资源脆弱性评价研究中常采用的评价系统或是从本质脆弱性和特殊脆弱性考虑构建模型；或是从水量、水质、洪灾和旱灾角度出发；或是对内部自然承载能力和外部压力驱动力分别考虑［8］；或是从自然因素、人为因素、综合因素等层面进行分析；或是从驱动力、压力、状态、影响和响应方面考虑；或是从效益水平、水资源量、生态环境三方面构建［9］等。根据研究者建立的系统所考虑因素不同，选取不同的指标，综合分析发现，这些评价体系均能从定性及定量角度出发进行水资源脆弱性评价。

本文参考众多文献，从变化环境影响角度出发，考虑尼洋河流域气候、水文要素及区域经济发展特色，基于DPSIR模型［10］进行指标筛选，建立尼洋河流域水资源脆弱性评价体系（如图1）。

图1 尼洋河流域水资源脆弱性评价体系

DPSIR模型是从系统分析的角度将目标层分成驱动力（Driving forces）、压力（Pressure）、状态（State）、影响（Impact）和响应（Response）5大中间层。驱动力包括人口密度（X1）、人均地区生产总值（X2）和三产比重（X3）；压力包括人均日用水量（X4）、人均耕地面积（X5）和工业COD排放浓度（X6）；状态包括干旱指数（X7）、年降水量（X8）、人均水资源量（X9）和实际耕地灌溉亩均水资源量（X10）；影响包括产水模数（X11）、水温气温比值（X12）、含沙量（X13）和单方水粮食产量（X14）；响应包括造林面积（X15）和森林覆盖率（X16）。

2.2 数据预处理

筛选的各评价指标具有不同的量纲，为消除各指标之间的相互影响需进行数据的预处理。现将指标分成两大类，越大越不脆弱型和越小越不脆弱型，按照公式（1）、（2）分别进行计算。

式中 rij为第j个评价指标相对于第i个评价区域进行标准化处理后的数值；Xmax，Xmin为评价指标在各评价区域所达到的最大值；Xij为第j个评价指标相对于第i个评价区域的原始数值。

设有n个评价指标，m个评价区域，数据预处理后建立n个评价指标关于m个评价区域的归一化矩阵R，

2.3 基于熵权法的模糊综合评价

熵权法能够避免主观因素干扰，操作简单、客观性及实用性强等特点。本文采取熵权法进行流域水资源脆弱性评价。

熵值代表了评价指标的离散程度，第i个指标的熵按式（3）进行计算，

式中当fij=0时，令fijlnfij=0。

第i个指标的熵权可定义为：

其中

根据所求各指标熵权构建模糊权向量W=（w1，w2，w3，…，wm），将模糊权向量W归一化矩阵R相乘得到模糊矩阵B=W·R=（b1，b2，b3，…，bm），b1，b2，b3，…，bm为各评价区域的水资源脆弱度值。

水资源脆弱性的评价标准并不统一，本文研究考虑尼洋河流域地区经济发展特色主要是以农业和旅游业等为主，参考众多文献资料，在尼洋河流域水资源脆弱性评价体系基础上，建立不脆弱、比较脆弱、中等脆弱、重度脆弱、极度脆弱5个等级的分级标准如表1。

表1 尼洋河流域水资源脆弱性评价标准

3 实例应用

3.1 数据来源及预处理

本文将尼洋河流域按照上游、中游、下游进行划分，对2017年的尼洋河流域数据资料进行水资源脆弱性评价。上游区域为尼洋河源头至工布江达镇段，涉及到工布江达县的工布江达镇、金达镇、加兴乡、娘蒲乡、江达乡；中游是工布江达镇到八一大桥断面，涉及到工布江达县的仲萨乡、朱拉乡、错高乡及巴宜区的巴河镇、百巴镇、更张门巴民族乡；下游为八一大桥断面到尼洋河入雅江汇合口，涉及到巴宜区的城区段、布久乡、林芝镇。各乡镇人口数据选用实际调查数据，水温、气温、COD、含沙量值为2017年现场监测数据，其他数据来源于林芝市统计年鉴、水利公报等。

根据公式（1）、（2）将各指标原始数据分别进行预处理后建立归一化矩阵如表2。

表2 归一化数据

3.2 熵权计算

应用Excel进行熵值法计算，按照公式（3）求得各指标的熵值，并按照公式（4）计算熵权，得到模糊权向量W，计算结果如表3，人均GDP占的比重最大，人口密度比重最小。

表3 尼洋河水资源脆弱性评价指标权重

3.3 模糊评价

将模糊权向量W归一化矩阵R相乘得到模糊矩阵。计算结果显示，尼洋河流域整体水资源脆弱度0.5738，上游的水资源脆弱度0.2500，中游水资源脆弱度0.5168，下游水资源脆弱度0.6622，尼洋河流域各区域水资源脆弱度结果如图2。上游为尼洋河源头区至工布江达镇段，该地区经济发展主要是农业为主，人口密度相对较大，森林覆盖率较高，数据采集时正在修建林拉高等级公路，河流中泥沙量相对较中下游大，上游比降较大河道多为峡谷，泥沙大部分向中下游运移，人工影响因素相对较小，为比较脆弱区。流域中游段积水面积最大，以服务业农业共同发展，农田灌溉用水较多，节水灌溉量较小，为中等脆弱区。下游涉及巴宜区的主城区位置，人均GDP最高，人均日用水量几乎是上游的两倍，水温与气温相差最大，森林覆盖率最小。八一镇城区范围近几年一直在发展新型城镇化建设，重点打造旅游服务业，人类活动影响程度达最大，水资源脆弱度为重度。采用熵权法对各指标脆弱度分别进行分析如图3。森林覆盖率脆弱值最大，人均GDP脆弱值最小。