氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源的影響研究

白桂華，陳國軍

(1.建平縣江河流域保護(hù)管理局，遼寧 朝陽 122400；2.建平縣老官地鎮(zhèn)水利站，遼寧 朝陽 122400)

氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源的影響研究

白桂華1，陳國軍2

(1.建平縣江河流域保護(hù)管理局，遼寧 朝陽 122400；2.建平縣老官地鎮(zhèn)水利站，遼寧 朝陽 122400)

近年來，持續(xù)的氣候變化以及人類活動(dòng)引起業(yè)內(nèi)相關(guān)人士高度關(guān)注。特別是關(guān)于氣候變化以及人類活動(dòng)對(duì)水資源的相關(guān)影響研究，已成為諸多科學(xué)家研究和關(guān)注的焦點(diǎn)問題。而二者的相關(guān)性以及在相互影響中哪一因素占主導(dǎo)地位，具體影響率有多大，這是文章研究的基本問題和研究的思路所在。通過這一問題，引入功能驅(qū)動(dòng)理論以及差異驅(qū)動(dòng)理論，采用主觀賦權(quán)法以及客觀賦權(quán)法，分別就人類活動(dòng)和氣候變化對(duì)水資源的相關(guān)影響進(jìn)行分析計(jì)算。

氣候變化；人類活動(dòng)；水資源；影響

0 前 言

一般而言，在對(duì)社會(huì)生態(tài)環(huán)境以及氣候變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)及相關(guān)性分析中，諸多學(xué)者會(huì)采用敏感分析法及要素對(duì)比分析法進(jìn)行理論研究，同時(shí)也有部分學(xué)者采用回歸分析法與主成分分析法，就氣候變化及人類活動(dòng)對(duì)地表徑流的相關(guān)影響進(jìn)行分析。但是，上述方法都只能在一定程度上反應(yīng)氣候變化與人類活動(dòng)和水資源之間的相關(guān)性，無法準(zhǔn)確、客觀計(jì)算分析二者對(duì)水資源影響的具體權(quán)重系數(shù)。因此，文章從數(shù)學(xué)模型的基本角度出發(fā)，結(jié)合“功能驅(qū)動(dòng)”和“差異驅(qū)動(dòng)”理論，分別采用主觀賦值法與客觀賦值法，就我國某流域作為重點(diǎn)研究區(qū)進(jìn)行理論分析與實(shí)證研究，不僅全面深入分析了氣候變化、人類活動(dòng)對(duì)水資源之間的相關(guān)性，而且在此基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，科學(xué)計(jì)算出氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)水資源影響的具體權(quán)重系數(shù)，從而為該地區(qū)生態(tài)環(huán)境污染治理提供了科學(xué)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)[1]。

1 研究案例簡介

研究區(qū)為大凌河流域。從氣候特征及降水情況來看，本研究區(qū)屬于寒溫帶夏雨炎熱型氣候，降水相對(duì)不足，主要集中于6-8月份；從水資源的總體賦存情況來看，該地區(qū)全年水資源可達(dá)17.2億m3，再加上該地區(qū)屬于國家調(diào)水補(bǔ)給重點(diǎn)區(qū)。因此，每年通過引流補(bǔ)充水源約0.301億m3，但由于人口逐年增多，人類活動(dòng)頻繁，對(duì)大自然無限索取，因此使社會(huì)需求量與環(huán)境資源實(shí)際承載量嚴(yán)重失衡，同時(shí)歷年來氣候變化頻繁，河流水源嚴(yán)重不足[2]。針對(duì)這一情況，文章將 基于“功能驅(qū)動(dòng)”和“差異驅(qū)動(dòng)”的主、客觀賦值法，立足于當(dāng)?shù)貙?shí)際，就氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源影響的相關(guān)性及具體權(quán)重系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析及實(shí)證研究。

2 氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源影響研究的數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源影響研究的數(shù)據(jù)來源

文章在理論與實(shí)證研究中，主要將本研究區(qū)內(nèi)的牲畜數(shù)量及人口總量和人類基本活動(dòng)情況、當(dāng)?shù)谿DP總值，作為主要的賦值因子和具體評(píng)價(jià)分析指標(biāo)，然后分別選取該河流域中上游以及中游和下游地區(qū)三個(gè)不同氣象監(jiān)測點(diǎn)的氣溫和實(shí)際降水量數(shù)據(jù)監(jiān)測與記錄結(jié)果，作為此次研究分析的指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1，文章著重選取2006年6月至2016年6月10年間的全部數(shù)據(jù)指標(biāo)，作為此次模型分析的賦值依據(jù)，以此探討分析當(dāng)?shù)貧夂蜃兓瘲l件下與人類活動(dòng)雙重影響下，該研究區(qū)內(nèi)水資源實(shí)際變化情況和具體影響的權(quán)重系數(shù)[3]。

2.2 氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源影響研究的方法選擇

在區(qū)域水資源管理中，重要環(huán)節(jié)之一就是科學(xué)確定氣候變化及人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域水資源的影響程度[4]。因此，如何對(duì)這一影響結(jié)果進(jìn)行科學(xué)量化，文章認(rèn)為采用合理的評(píng)價(jià)分析指標(biāo)，通過賦值法進(jìn)行定性及定量分析研究，可取得預(yù)期的研究效果。故文章就氣候變化和人類活動(dòng)，對(duì)水資源造成的相關(guān)影響進(jìn)行研究時(shí)，主要基于功能驅(qū)動(dòng)的主觀賦值法及差異驅(qū)動(dòng)的客觀賦值法進(jìn)行定量分析研究，最終將二者的研究結(jié)果綜合集成，確定區(qū)域氣候變化及人類社會(huì)活動(dòng)，對(duì)水資源造成的具體影響。提及賦值法，這一經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià)分析方法最早出現(xiàn)于我國經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域，但隨著其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢不斷凸顯，因此綜合賦值法在現(xiàn)代區(qū)域水資源研究評(píng)價(jià)過程中也得到了更加廣泛的應(yīng)用與實(shí)踐。

3 基于“功能驅(qū)動(dòng)”和“差異驅(qū)動(dòng)”的主、客觀賦值實(shí)證研究

基于功能驅(qū)動(dòng)的主觀賦值法主要應(yīng)用原理，是將研究對(duì)象作為一個(gè)統(tǒng)一整體，然后按照影響指標(biāo)的重要性程度，科學(xué)確定其實(shí)際權(quán)重系數(shù)。故從技術(shù)本質(zhì)上而言，主觀賦值法是一種經(jīng)濟(jì)學(xué)決策工具及經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的思維方式。這一技術(shù)方式在我國水資源及土地資源合理利用和環(huán)境安全性評(píng)價(jià)中應(yīng)用十分廣泛[5]。因此，采用這一技術(shù)方式就區(qū)域氣候變化和人類社會(huì)活動(dòng)，對(duì)水資源造成的相關(guān)影響進(jìn)行研究分析時(shí)，要嚴(yán)格按照一定的技術(shù)流程進(jìn)行科學(xué)操作實(shí)踐：

1)對(duì)序關(guān)系進(jìn)行科學(xué)確定。如果在實(shí)際分析研究過程中，第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)Xi對(duì)于某評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的重要性大于或等于第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)Xi的重要性，則就不同學(xué)者對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)集排序的實(shí)際意見進(jìn)行征求，然后表示為Xi>Xj，具體排序關(guān)系式及確定的序關(guān)系式如下式①和②所示：

X5>X7>X9>X1>X3>X2>X8>X6>X4

(1)

X1>X2>X3>X4>X5>X6>X7>X8>X9

(2)

2)給出相鄰指標(biāo)Xk(k=2,3,...5)與X*k-1之間相對(duì)重要程度的比較判斷；

3)按照判斷程度值的不同，通過計(jì)算分析，確定該區(qū)域氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源的影響權(quán)重系數(shù)；通過對(duì)當(dāng)?shù)爻Ｗ【用襁M(jìn)行調(diào)查分析，選擇20 份具有代表性的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行指標(biāo)分析，最終通過參數(shù)分析，得到該研究區(qū)內(nèi)氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源的相關(guān)影響情況，具體影響權(quán)重系數(shù)的計(jì)算則按照以下公式進(jìn)行分析：

(3)

ωk-1=rkωk

(4)

4)結(jié)合功能驅(qū)動(dòng)原理的主觀賦值法技術(shù)優(yōu)勢，按照專家或相關(guān)評(píng)價(jià)決策者的具體經(jīng)驗(yàn)，就該區(qū)域氣候變化和人類社會(huì)活動(dòng)對(duì)水資源的實(shí)際影響進(jìn)行分析研究，并對(duì)研究評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行排序[6]。盡管這一評(píng)價(jià)方法可得到該研究區(qū)不同影響因素對(duì)水資源造成的具體影響，但在此過程中，需通過專家評(píng)價(jià)，因此具有一定的主觀性。受人為因素影響，會(huì)使評(píng)價(jià)結(jié)果缺乏客觀性。因此，在上述分析評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，還要引入差異驅(qū)動(dòng)原理的客觀賦值法進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。這一分析方法主要基于數(shù)學(xué)理論為依據(jù)，因此通過各指標(biāo)在總體數(shù)據(jù)指標(biāo)中的變異程度及提供的具體信息量大小，科學(xué)確定該研究區(qū)氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源造成的具體影響。

5)標(biāo)準(zhǔn)化處理該研究區(qū)內(nèi)的原始數(shù)據(jù)矩陣。文章在實(shí)證分析過程中，假設(shè)某原始矩陣數(shù)列一共包含原始樣本數(shù)據(jù)49個(gè)，而對(duì)9個(gè)不同的參數(shù)變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，最終會(huì)得到9行49列的矩陣R；在此矩陣中，第i行及第j列的樣本元素可表示為rij。

6)然后利用下列關(guān)系式：

(5)

7)通過以下關(guān)系式對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的熵權(quán)進(jìn)行科學(xué)定義：

(6)

8)分別對(duì)“功能驅(qū)動(dòng)”和“差異驅(qū)動(dòng)”的主、客觀賦值結(jié)果進(jìn)行綜合賦值處理。由于在上述分析評(píng)價(jià)過程中，基于“功能驅(qū)動(dòng)”的客觀賦值法，主要按照研究區(qū)各指標(biāo)情況的實(shí)際信息量，就當(dāng)?shù)貧夂蜃兓叭祟惢顒?dòng)對(duì)水資源的具體影響進(jìn)行分析；而主觀賦值法主要通過將該研究區(qū)內(nèi)的全部研究指標(biāo)作為一個(gè)統(tǒng)一的整體進(jìn)行分析。因此，二者在各自處理過程中，所得到的該區(qū)域氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源的影響權(quán)重系數(shù)缺乏一定的準(zhǔn)確性與客觀性。故最終對(duì)二者各自的分析結(jié)果進(jìn)行綜合賦值分析，能夠大大提升數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性與客觀性。具體綜合分析計(jì)算公式如下：

ωj=pjk1+qjk2

(7)

在上述公式中，基于差異驅(qū)動(dòng)和功能驅(qū)動(dòng)生成的指標(biāo)權(quán)重系數(shù)分別為Pj和qj，待定系數(shù)分別為k1與k2。

4 研究結(jié)果

本研究區(qū)基于“功能驅(qū)動(dòng)”和“差異驅(qū)動(dòng)”的主、客觀綜合賦值實(shí)證研究結(jié)果見表2。

表2 氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源影響的綜合賦值評(píng)價(jià)結(jié)果

綜上可知，對(duì)于我國的干旱半干旱地區(qū)而言，影響生態(tài)環(huán)境變化的主要自然資源就是水資源。因此，對(duì)其進(jìn)行深入研究，不僅能夠全面了解人類基本活動(dòng)與自然環(huán)境的關(guān)系，而且也在一定程度上為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境改善，提供了科學(xué)的對(duì)策。從近年來的氣候變化總體情況可以看出，極端惡劣天氣在不斷增多[7]。而在此過程中，人類社會(huì)活動(dòng)也越來越頻繁，水資源作為人類賴以生存的基本物質(zhì)條件，也在氣候變化及人類活動(dòng)中發(fā)生了明顯的變化。水資源的分布區(qū)域不均及資源總量嚴(yán)重不足，這一客觀的社會(huì)現(xiàn)狀，引起業(yè)內(nèi)專業(yè)人士的高度關(guān)注，同時(shí)也成為相關(guān)部門重點(diǎn)治理的社會(huì)性問題[8]。

從上述分析結(jié)果可知，該研究區(qū)內(nèi)人類社會(huì)活動(dòng)和當(dāng)?shù)貧夂蜃兓瘜?duì)水資源影響的綜合權(quán)重系數(shù)分別為12.59%以及(2.47+26.32+3.48+21.34+3.76+17.57)=74.94%。因此，從上述最終的綜合評(píng)價(jià)分析結(jié)果來看，該研究區(qū)人為因素和氣候變化因素，對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源的影響較為嚴(yán)重。故應(yīng)合理管理人類違背自然規(guī)律的開采活動(dòng)，并合理保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減少環(huán)污染，否則將會(huì)遭受自然嚴(yán)懲。

5 結(jié) 語

總之，在差異驅(qū)動(dòng)和功能驅(qū)動(dòng)計(jì)算基礎(chǔ)上，文章又科學(xué)采用綜合集成賦權(quán)法對(duì)二者具體的關(guān)聯(lián)性及實(shí)際影響的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行了分析。研究分析結(jié)果表明，人類活動(dòng)及氣候變化對(duì)水資源的影響率分別為12.59%和74.94%，這一事實(shí)表明，氣候變化因素與人類活動(dòng)因素，對(duì)水資源造成的影響中，前者權(quán)重系數(shù)要明顯高于后者權(quán)重系數(shù)。在此影響過程中，氣候?qū)λY源的影響主要體現(xiàn)在流域內(nèi)部，因此文章結(jié)合實(shí)際研究區(qū)對(duì)二者的相關(guān)性和影響權(quán)重進(jìn)行詳細(xì)分析，為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)提供了科學(xué)的參考依據(jù)。

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2016-11-28

白桂華(1975-)，女，遼寧朝陽人，工程師，研究方向?yàn)樗Y源管理；陳國軍(1963-)，男，遼寧建平人，工程師，主要從事農(nóng)田水利工作。

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