气候变化背景下区域生态水资源脆弱性评价方法研究

汪真真　方园　张震　叶鹏　余军强

摘要：水资源使用量的不断增加，导致水资源现有量急剧下降。为了分析气候变化对生态水资源脆弱性的影响，提出气候变化背景下的生态水资源脆弱性评价方法。在分析水资源脆弱性机理后，建立包含15个指标在内的水资源脆弱性评价指标体系；在集对分析理论中引入熵值法和等权法，实现区域生态水资源脆弱性评价。将所提方法应用在中国东南部某条河流中，通过对该条河流2013年- 2022年十年间的数据分析计算后，确定该条河流脆弱性程度处于中等偏差水平，符合该条河流的实际情况，证明了所提方法在水资源脆弱性评价方面的有效性。

关键词：生态水资源脆弱性；环境损害；环境修复；判断矩阵；集对分析理论

中图分类号：X826 文献标志码：B

前言

目前，全世界很多地区已经陷入了缺水危机中。中国是目前世界上水资源短缺最严重的国家之一，同时存在南北分布不协调的现象，北方地表水较少，地下水被开采的比较严重，南方虽然水资源较为丰富，但是水资源系统脆弱性程度较高。

气候变化背景下的生态水资源脆弱性评价问题已经成为当前研究重点内容。梁栩等人从社会经济与水资源之间的动力结构出发，建立了水资源脆弱性评价指标体系，结合综合指数加权法实现对南渡江流域水资源脆弱性的评价与预测。吕文凯等人构建了水资源脆弱性评价模型和相应的评价指标体系，通过赋权和计算后，完成对水资源脆弱性的评价。

通过查阅相关资料，并结合上述两种方法，针对气候变化背景下的区域生态水资源脆弱性提出一种评价方法。首先，对生态水资源脆弱性机理进行分析后，建立水资源脆弱性评价指标体系，准则层有3个影响因素，评价指标有15个；利用集对分析理论对准则层3个影响因素和15个评价指标的权重系数进行计算，得到水资源脆弱性程度的最优贴近度，实现对水资源脆弱性的精准评价。在中国东南部某条河流中对所提方法展开实例分析，结果验证了所提方法在水资源脆弱性评价方面的有效性。

1 气候变化背景下水资源脆弱性机理

水资源系统是一个复杂的融合系统，包含生态环境子系统以及其他多个子系统。生态环境子系统受气候变化影响较大，一旦气候变化较大，则区域生态水资源容易遭受破坏，将会陷入一种极其脆弱的状态，当超过了生态水资源环境子系统能够承受的最大限制后，水资源系统将受到严重损害，脆弱性程度进一步增加。因此，需要评估气候变化背景下区域生态水资源脆弱性，为区域生态水资源的保护与保障提供可靠的参考依据。影响生态水资源脆弱性的主要因素有气候条件、环境损害和环境修复。

1.1 气候条件

现阶段主要影响生态水资源脆弱性的是自然因素中的气候条件。

1.2 环境损害

当社会发展对水资源系统的影响超过了其可承受的范围内，水资源系统将会越来越脆弱。

1.3 环境修复

社会经济发展对水资源系统起到的作用是双向的，一方面破坏了水资源系统环境，加重其脆弱程度，另一方面通过环境修复减缓气候变化，提高水资源系统脆弱性。

分析上述3个因素对水资源系统的影响后，建立了见表1的水资源脆弱性评价指标体系。

2 生态水资源脆弱性评价方法

针对生态水资源脆弱性评价，所提方法利用集对分析理论实现。利用熵值法计算准则层中3个影响因素的权重系数，确定每个指标变动相对程度对水资源脆弱性的影响和作用；通过等权法计算评价指标的权重系数。具体实现过程如下所示：

（1）通过熵值法计算气候条件、环境损害和环境修复的权重系数。

相对贴近度rm在一定程度上反映了评价方案与最优评价集U之间的密切度，rm的值越大，说明评价方案与U之间的密切度越高、评价方案越优秀。rm1的值越大，说明评价年份的胁迫性越小；rm2的值越大，说明评价年份的敏感性就越小；rm3的值越大，说明评价年份对不利影响的适应性就越大。

3 实例分析

3.1 研究区域概况

针对中国东南部某条河流进行实例分析，实验数据为该条河流2013年- 2022年十年的综合数据。该条河流的流域面积约5 000 km2，全长133公里，径流总量较大，受年际变化和季节变化影响较大，导致整条河流不同区域呈现出不同的特征。该研究区域在1989年，污染河长占评价河长的76.3%，此后多次进行环境治理，在2022年启动大规模治理工作。

3.2 评价结果分析

利用集对分析理论和熵值法对评价指标胁迫性、敏感性、适应性与生态水资源脆弱性之间的最优贴近度进行计算，结果见图1、图2。

通过观察图1、图2可知，该条河流水资源脆弱性整体为中等偏差水平，Rm值呈现出先降低后上升趋势，先期下降受胁迫性和敏感性影响，后来在适应性的作用下整体呈现上升趋势。2013年因胁迫性（0.48）、敏感性（0.79）两个值较高，适应性（0.20）较低，导致该年水资源脆弱性处于中等水平（0.49）。在2020年，该条河流的胁迫性和适应性普遍较高，分别为0. 64、0. 63，使得该年份的Rm值为0.58，水资源脆弱性程度最低，处于良好水平。

4 结束语

随着全球气候变暖问题逐渐严峻，温室效应影响了多种自然资源，其中影响较大的是生态水资源。因此，针对气候变化背景下的区域生态水资源进行脆弱性评价十分重要。首先，所提方法分析生态环境水资源脆弱性机理，确定气候条件、环境损害和环境修复是影响水资源脆弱性最大的三个因素；然后，利用熵值法计算准则层中3个影响因素的权重系数，并通过等权法计算所有评价指标的权重系数，选取胁迫性、敏感性、适应性作为水资源脆弱性权重，实现区域生态水资源的脆弱性评价；最后，选取某条河流流域作为研究对象，对所提方法展开实例分析，结果表明，所提方法可以精准评价该条河流的脆弱性程度，基本符合实际情况。