APP下载

山西省水资源脆弱性时空分析评价研究

2019-03-18

中国农村水利水电 2019年2期
关键词:脆弱性赋权山西省

杜 娟 娟

(山西省水利水电科学研究院, 太原 030002)

随着我国经济的快速发展,水资源短缺、水质恶化等问题随之而来,尤其在水资源相对匮乏的许多地区,水资源开发利用的程度已经远远大于了当地的水资源承载能力,水资源危机已越来越不容忽视。山西省作为缺水大省,其水资源总量位居全国倒数第2,人均水资源占有量仅为381 m3(国际公认的缺水警戒线为1 700 m3),而水污染问题更加加剧了水资源的供需矛盾,加之极端气候带来的影响,使得山西省水资源的脆弱性问题更加凸显[1]。因此,在该区域进行水资源脆弱性评价研究,分析水资源变化对其经济社会的响应规律,并提出相应的对策,具有十分重要的理论及现实意义。

水资源的脆弱性可以被定义为当面对经济社会及环境改变时水资源系统所表现的弱点及缺陷[2]。早期对脆弱性的研究主要集中在地下水方面,近年来,随着联合国环境规划署、气候变化专门委员会IPCC等部门对该理论的不断重视,水资源脆弱性研究已经成为目前研究的热点及前言问题。我国早期对水资源脆弱性的研究也大多集中于地下水资源方面,对地表水的脆弱性研究则起步相对较晚一些。夏军等[3]以海河流域为例,研究了变化环境下的水资源脆弱性及其适应性,并提出了新形势下的水资源脆弱性与适应性管理的新概念及定义。朱怡娟等[4]对武汉市水资源脆弱性进行了评价,表明武汉城市圈水资源脆弱性存在着许多的不安全因素,并提出了相应的规划与管理建议。刘瑜洁[1]也对京津冀区域2003-2013年水资源脆弱性进行了分析,并结合南水北调工程等对未来情景下的京津冀地区的水资源脆弱性进行了评价。目前,水资源脆弱性的研究无论是从技术手段还是评价方法上都取得了一定的进展,但仍存在一些问题,目前的评价方法及评价指标的研究往往具有区域的特点,在其他空间尺度上的有效适用性相对较差。因此,本研究在借鉴及参考各研究成果的基础上,构建了基于水资源短缺压力-发展压力-生态系统健康-水资源生产压力(简称为RDEP)的水资源脆弱性指标框架体系[1,2],该体系采用与水资源政策息息相关的指标来量化其应对环境变化的脆弱性,且这些指标来源于国家或省级的长系列统计数据,方便获取,为其推广应用奠定了良好的基础。同时将该成果初步应用于山西省全省11个地市2010-2016年间的水资源脆弱性评价当中,以期从时间及空间尺度上对山西省水资源脆弱性程度做出评价,为其后期的水资源综合管理提供理论依据。

1 方 法

1.1 水资源脆弱性指标体系

根据构建的RDEP指标框架体系,水资源脆弱性指标WRVI的表达式为:

WRVI=f(RS,DP,EH,PS)

(1)

式中:RS为水资源短缺压力指数;DP为发展压力指数;EH为生态系统健康指数;PS为水资源生产压力指数。

考虑到不同指标体系量纲的统一性,对不同的指标进行了归一化处理[5],各指标的值均在0~1的范围内,其中0表示该系统水资源脆弱性的最低值,1表示水资源脆弱性的最高值。

(1)水资源短缺压力。采用水资源短缺压力指数(WRS)来表征研究区域的可用水资源量是否可以满足该地区的用水需求,该指标的表达式为:

(2)

式中:WRP为人均水资源量,m3/人;1 700 m3/人为国际公认的缺水警戒线。

(2)发展压力。发展压力采用水资源利用压力指数(WRU)和安全饮用水压力指数(SDW)来衡量,表达式分别为

(3)

(4)

式中:WS为年总的用水量,m3;WR为年总的水资源量,m3;P∂为获得水源改善的人口或者是供水人口;P为年总的人口数。

(3)生态系统健康。采用水污染指数(WP)来表征生态系统的健康,反映了废污水排放程度对水资源脆弱性的贡献。该指数的表达式为:

(5)

式中:WW为年总的废污水排放量,m3;0.1表征1单位的废水可以导致大约10单位未被污染的水不能使用[6]。

(4)水资源生产压力。采用水分生产能力(WPC)来表征水资源的生产压力,表达式为:

(6)

式中:GDPWW为年度总的国内生产总值与总水资源的比值,元/m3;GDPWWm为近10 a内该地区的国内生产总值与总水资源的比值的平均值,元/m3。

1.2 指标权重确定

水资源脆弱性评价的另一项主要工作为指标权重的确定,目前常用的方法为主观赋权法和客观赋权法,主观赋权法主要包括模糊评价法、专家赋权法等,客观赋权法包括主成分分析法、变异系数法、熵值法等。单一的赋权法具有一定的局限性,因此本文采用主客观赋权法相结合的方法(模糊评级法与熵值法)来确定指标的权重,使评价结果更为合理与客观。

模糊评价模型是以模糊数学为基础进行的综合评价[7],表达式为:

B=A·R

(7)

式中:B为模糊评价结果;A为各评价指标的权重集;R为模糊关系矩阵;·为模糊合成算子。

(1)模糊矩阵。模糊关系矩阵R的表达式为:

(8)

式中:R由标准化后的指标数据构成;m为评价指标的个数;n为被评价对象的个数;rjk为隶属度。

(9)

式中:xjmax为第j项指标的最大值;xjmin为第j项指标的最小值。

(2)评价指标的权重。熵值法为客观赋权法中的一种,根据熵值计算结果来确定指标的权重系数,对于m个评价指标,n个评价对象,则某一项指标的熵的表达式为:

(10)

(11)

则各评价指标的权重为:

(12)

可得指标权重集A:

A=(a1,a2,…,am)

(13)

(3)综合评价结果。将模糊指标权重矩阵A与模糊关系矩阵R通过合成运算·求得模糊综合评价结果。

2 山西省水资源脆弱性评价

2.1 研究区概况

山西省位于华北地区西部,东经110°14′~114°33′,北纬34°34′~40°43′,总面积约为15.63 万km2。按地形起伏特点,可将全省分为东部山地区、西部高原区和中部盆地区3大部分。其中中部盆地区自东北-西南向纵贯全省,由大同、忻州、太原、临汾、运城等一系列雁行式平行排列的地堑型断陷盆地组成,高程自北向南梯级下降,大同盆地1 050 m,太原盆地750 m,至运城盆地降为400 m。

山西水资源主要来源于降水,其多年平均降雨量约为508.8 mm,全省多年平均水资源总量为123.8 亿m3(据山西省第2次水资源评价),人均水资源占有量仅为381 m3,属于严重缺水地区。同时,山西省也属于水质型缺水省份,据《2010年山西省水资源公报》显示: 25处重点河段中,有19处为重度污染(劣Ⅴ类),占76.0%;16条主要河流评价河长1 432.9 km,污染河长1 179.4 km;参与评价的水功能区22个,达标的仅4个,达标率为18.2%。2016年山西省的主要河流污染形式依然严峻,25处重点河段中,有15处为重度污染(劣Ⅴ类),占60.0%;参与评价的水功能区83个,达标的仅43个,达标率为51.8%,全省地表水水质属中度污染。同2010年相比,随着最严格水资源管理“三条红线”和生态文明建设的逐步推进实施,山西省水质状况有好转的趋势,但其水质状况仍不容乐观。

2.2 数据来源

各指标数据来源于2010-2016年的《山西省统计年鉴》、《山西省水资源公报》以及各地市的《国民经济和社会发展统计公报》、《环境状况公报》等。

2.3 各指标评价结果

根据构建的指标体系,对山西省2010-2016年的5个水资源脆弱性指标的计算结果见图1。由图1可知,山西省11个地市的水资源短缺压力指数及安全饮用水压力指数年际变化规律不明显;太原市、运城市、大同市的水短缺压力及水资源利用压力最大,晋城市、忻州市相对压力较小;安全引用水压力指数各个地市都较低,说明山西省各地市的引水问题都能得到保障;太原市、大同市、阳泉市的水污染压力最大,忻州市、吕梁市压力较小;水分生产能力压力指数分布在0~0.7,太原市、阳泉市、朔州市压力最小。

图1 山西省各地市2010-2016年水资源脆弱性指标Fig.1 Index of water resource vulnerability in various cities of Shanxi Province from 2010 to 2016

2.4 水资源脆弱度的阈值

结合研究区域的实际情况,根据计算结果的数值分布及专家经验来确定不同等级的水资源脆弱程度阈值,将水资源脆弱性程度划分为4个等级,见表1。

表1 水资源脆弱性评价标准Tab.1 Evaluation criteria for water resource vulnerability

3 评价结果分析

综合以上指标结果,采用基于熵权法的模糊数学综合评价法求得各指标的权重,并进行水资源脆弱性综合计算,见表2,并绘制了2010、2013、2016年3 a山西省水资源脆弱性分布图,见图2。总体而言,太原市水资源脆弱性年际变化规律不明显,属于中等脆弱,压力值较高,主要是人口相对密集,水资源开发利用强度较大,污染相对严重;其余各地市7 a间的水资源脆弱性基本呈递减趋势(2015年除外),且大同市、阳泉市、晋城市、晋中市、临汾市等由中等脆弱逐步好转为轻度脆弱,这与近年来山西省实行最严格水资源管理制度和生态文明建设取得的积极成效密不可分。吕梁市、忻州市、长治市一直处于轻度脆弱状态;2015年各地市的水资源脆弱程度基本呈上升趋势,这主要与2015年降雨量较少有关,全省水资源总量仅为94 亿m3,低于7 a间水资源总量的平均值115 亿m3,使得水资源短缺压力指数及水污染指数相对较高。总的来说,水资源脆弱性不仅与该区域的自然条件和水资源禀赋具有较大的关系,也与人口和经济发展的发展密不可分,各地市在水资源管理及风险控制方面仍有待提高。

因此,为了确保山西省未来社会经济能够又好又快的发展,必须采取积极而有效的对策,进一步降低研究区水资源系统的脆弱性。主要对策包括:①进一步加强对水资源的统一规划与管理;②改善水资源供需结构,提高用水效率;③继续做好水污染的防治工作。

表2 山西省2010-2016年水资源脆弱性评价结果Tab.2 Assessment results of water resource vulnerability in Shanxi Province from 2010 to 2016

图2 山西省各地市2010、2013、2016年水资源脆弱性分布Fig.2 Water resource vulnerability distribution map of cities in shanxi in 2010, 2013 and 2016

4 结论及建议

本研究在借鉴及参考各研究成果的基础上,构建了基于水资源短缺压力-发展压力-生态系统健康-水资源生产压力(简称为RDEP)的水资源脆弱性指标框架体系,并将该成果应用于山西省2010-2016年7 a间的水资源脆弱性评价中。主要结论如下。

(1)构建了RDEP水资源脆弱性指标框架体系,该体系中各项指标与水资源政策息息相关,且这些指标来源于国家或省级的长系列统计数据,方便获取,具有较强的推广价值。

(2)通过基于熵权法的模糊综合评价对山西省2010-2016年间的水资源脆弱性进行了评价,结果表明,太原市水资源脆弱性年际变化规律不明显,属于中等脆弱,其余各地市7 a间的水资源脆弱性基本呈递减趋势。

(3)对山西省水资源脆弱性的研究表明,目前山西省水资源系统状况不仅与各地区社会经济发展有关,也与各地市的政策息息相关,因此,在未来水资源管理中应合理调整用水结构与格局,且要保障水资源用水需求与当地水资源承载能力相匹配,以期缓解区域水资源脆弱性压力。

(4)水资源是个巨大的复杂系统,涵盖的内容非常的广。因此,影响水资源脆弱性的因素众多,从中挑选出具有代表性和科学性的指标,进而构建水资源脆弱性评价指标体系的难度较大。因此,本文构建的评价指标体系仍存在着不足之处,接下来的研究中应将指标体系进一步的优化和完善,构建一个更为科学合理有效的评价指标体系。

展开全文▼

猜你喜欢

脆弱性赋权山西省
工控系统脆弱性分析研究
基于赋权增能的德育评价生态系统的构建
家庭赋权护理干预方案在肺癌放疗患者中的应用
山西省右玉县的生态建设及其启示
山西省秋收已完成93.44%
企业数据赋权保护的反思与求解
山西省打开农产品供深通道
试论新媒体赋权
基于PSR模型的上海地区河网脆弱性探讨
基于DWT域的脆弱性音频水印算法研究