基于模糊集理論的巖溶地區(qū)水資源安全評(píng)價(jià)

楊振華， 蘇維詞， 周秋文

(1.貴州師范大學(xué) 巖溶研究院，貴州 貴陽 550001；2.貴州科學(xué)院 山地資源研究所，貴州 貴陽 550001；3.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550001)

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基于模糊集理論的巖溶地區(qū)水資源安全評(píng)價(jià)

楊振華1， 蘇維詞2， 周秋文3

(1.貴州師范大學(xué) 巖溶研究院，貴州 貴陽 550001；2.貴州科學(xué)院 山地資源研究所，貴州 貴陽 550001；3.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550001)

指出了巖溶地區(qū)水資源短缺主要是由于巖溶地貌發(fā)育，水資源可獲取性差，利用難度大造成的。為合理評(píng)價(jià)巖溶地區(qū)水資源安全，在模糊集理論基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合西南巖溶地區(qū)水資源的特點(diǎn)，選取了體現(xiàn)巖溶地區(qū)水資源特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建了水資源安全評(píng)價(jià)模型，并對(duì)2004～2013年貴州省水資源安全狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：貴州省水資源安全整體水平達(dá)到臨界安全，歷年評(píng)價(jià)平均值為0.606，但區(qū)域差異性明顯，呈東南向西北遞減趨勢(shì)；其中，黔南、遵義水資源安全水平較高，評(píng)價(jià)均值分別為0.919(Ⅰ級(jí))、0.839(Ⅱ級(jí))。六盤水和畢節(jié)水資源安全水平較低，分別為0.1(Ⅴ級(jí))和0.4(Ⅴ級(jí))，其余地區(qū)介于兩者之間；各地州水資源安全水平年際變異性大，平均變異系數(shù)為0.477。分析認(rèn)為，加大水利設(shè)施建設(shè)投資力度，保護(hù)現(xiàn)有水資源，提高水資源開發(fā)利用率才是解決貴州巖溶地區(qū)水資源安全問題的關(guān)鍵。

巖溶；水資源安全；模糊理論；評(píng)價(jià)

1　引言

隨著人口的增長對(duì)水資源的需求越來越大，水資源的時(shí)空分配不均勻以及水質(zhì)污染等問題已經(jīng)對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重的威脅，水資源安全問題逐漸成為水資源研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)[1-3]。巖溶流域是一個(gè)由雙重含水介質(zhì)組成的“二元三維”空間結(jié)構(gòu)系統(tǒng),具有特殊的地貌-水系結(jié)構(gòu)和水文動(dòng)態(tài)過程[4]，使地表儲(chǔ)水能力差，可利用、便于利用的水資源非常有限。同時(shí)，由于巖溶地區(qū)人口不斷增長，工農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，大量生活、生產(chǎn)污水的排放，嚴(yán)重破壞水環(huán)境，加劇了區(qū)域性用水困難。水資源安全問題已成為許多地區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素[5]。因此，運(yùn)用合適的巖溶地區(qū)水資源安全評(píng)價(jià)模型，進(jìn)行合理的水資源安全評(píng)價(jià)就顯得尤為重要。

目前，針對(duì)水資源安全評(píng)價(jià)，已有較多的研究成果。如DPSIR模型、WEAP模型、GIS技術(shù)等眾多模型、方法都被應(yīng)用于區(qū)域水資源安全評(píng)價(jià)[6～8]。而對(duì)于巖溶地區(qū)水資源安全評(píng)價(jià)，不少學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)研究。如段琪彩等結(jié)合云南省巖溶地形地貌，水循環(huán)時(shí)空分布差異性和人口經(jīng)濟(jì)分布等，分析水資源安全的主要影響因素[9]。張鳳太等在分析了巖溶地區(qū)表層巖溶帶“二元”水資源特點(diǎn)基礎(chǔ)上，構(gòu)建熵權(quán)集對(duì)耦合評(píng)價(jià)模型[10]。鄒波等發(fā)現(xiàn)貴州巖溶地區(qū)強(qiáng)烈?guī)r溶發(fā)育，生態(tài)脆弱；水利設(shè)施建設(shè)難度大，體制性和機(jī)制性障礙突出，水資源分配和管理效率低下，水資源安全問題嚴(yán)峻[11]。鄒勝章等提出了西南巖溶區(qū)水資源安全評(píng)價(jià)應(yīng)涵蓋水量、水質(zhì)、水資源利用以及水災(zāi)害防治等評(píng)價(jià)內(nèi)容, 并闡述了西南巖溶區(qū)水資源安全的主要保障措施[12]。不難看出，已有的巖溶水資源安全評(píng)價(jià)研究中，多是直接借鑒了通用水資源安全評(píng)價(jià)的模型和方法，所選取的指標(biāo)體系并不能體現(xiàn)出巖溶水資源的特點(diǎn)，其評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性也相應(yīng)受到影響。因此，迫切需要根據(jù)巖溶地區(qū)水資源“二元三維”的特點(diǎn)，構(gòu)建適用于巖溶地區(qū)的水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與模型。

鑒于此，依據(jù)典型巖溶地區(qū)充沛的降水快速滲漏至地下，導(dǎo)致地表水缺乏，地下水富集的水文特性，采用反映巖溶水資源特征的指標(biāo)體系和模糊集綜合評(píng)價(jià)法，構(gòu)建巖溶地區(qū)水資源安全評(píng)價(jià)模型，并采用該模型評(píng)價(jià)貴州省各地州水資源安全狀況。該研究既可為巖溶地區(qū)水資源安全評(píng)價(jià)提供模型參考，也可為巖溶地區(qū)水資源可持續(xù)利用和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。

2　水資源安全評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

筆者在總結(jié)國內(nèi)外水資源安全研究的基礎(chǔ)上，以巖溶水文地質(zhì)特性為參考，根據(jù)水資源安全評(píng)價(jià)的傳統(tǒng)指標(biāo)和新型巖溶指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)體系，并確定5個(gè)評(píng)價(jià)角度，分別為水資源自身?xiàng)l件(水資源供給)、水資源社會(huì)安全( 社會(huì)發(fā)展用水) 、水資源經(jīng)濟(jì)安全(產(chǎn)業(yè)發(fā)展用水) 及水資源生態(tài)安全( 生態(tài)環(huán)境用水)、水資源可獲取性(利用難度)。在水資源安全評(píng)價(jià)方法中，模糊集是一種結(jié)合專家評(píng)分經(jīng)驗(yàn)的定量分析方法[13，14]，而采用組合AHP法和熵權(quán)法的權(quán)重確定方式 ，計(jì)算過程中融合主觀因素和客觀因素，使評(píng)價(jià)結(jié)果符合客觀實(shí)際，可信度較高。

2.1水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

水資源安全內(nèi)涵包括兩方面：一方面是水資源的自然屬性，如降水特征、水資源賦存特征等；另一方面是水資源的社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性，如水源開發(fā)狀況、水源利用設(shè)施、利用效率、水質(zhì)污染、水環(huán)境破壞、水生態(tài)系統(tǒng)功能減退等。

2.1.1指標(biāo)選取依據(jù)

(1)巖溶地區(qū)水資源特性分析：①降水季節(jié)性變異顯著。巖溶高原地區(qū)在特殊的氣候和地貌條件影響下，降水分布的季節(jié)性差異較大，季風(fēng)氣候影響下，年降雨量60%～80%集中在5～9月份，呈現(xiàn)出夏秋季節(jié)洪澇災(zāi)害嚴(yán)重，冬春季節(jié)水資源缺乏，季節(jié)性旱澇災(zāi)害頻發(fā)的特點(diǎn)[12]。受降水季節(jié)性變異的影響，水資源也呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變異特征，地表水利設(shè)施是緩和巖溶地區(qū)水資源季節(jié)性變異的重要手段。②水資源空間分布不均。年降水總量上并不缺乏，但地表可利用水資源量缺乏，這是巖溶地區(qū)水資源的重要特征。究其原因，是巖溶地區(qū)典型的地貌、水文條件導(dǎo)致的。巖溶地區(qū)山高土薄、地形崎嶇，表層裂隙、管道、落水洞、地下暗河發(fā)育，地表水和地下水的頻繁交替的水文特征，形成特殊的“二元三維”水結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使雨水在產(chǎn)匯流過程中迅速流入深邃的暗河系統(tǒng)[15]，難以得到利用。

(2)喀斯特地區(qū)指標(biāo)選取依據(jù)：由于巖溶地貌發(fā)育區(qū)的“二元三維”空間結(jié)構(gòu)，地表水與地下河網(wǎng)緊密聯(lián)系，地表水與地下水轉(zhuǎn)換較快，溶蝕性漏水現(xiàn)象嚴(yán)重，再加上降水的時(shí)空差異性，使易獲取地表水資源量相當(dāng)有限。因此，利用水庫等儲(chǔ)水設(shè)施集留地表水資源顯得相當(dāng)重要，其中，大型水庫數(shù)量少卻影響范圍廣，供水能力一般都能達(dá)到一個(gè)地級(jí)市以上，所以其單位采用“個(gè)/萬km2”。而小型水庫雖數(shù)量多但影響能力小，其供水范圍集中在水庫周圍的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，供水能力一般只能滿足臨近地區(qū)人們生產(chǎn)、生活需要，所以其單位采用“個(gè)/萬人”。另外，山高谷深的高原巖溶地貌區(qū)土高水低、房高水矮，使河湖等地表水資源利用難度較大。而地下河網(wǎng)發(fā)育程度又與地表巖溶地貌發(fā)育成正比，地下河網(wǎng)發(fā)育密度越大，地表水漏失的可能性就越大。 因此，只有完整地分析巖溶高原山區(qū)水資源特性，充分考慮地表起伏特征和水利設(shè)施的完善程度對(duì)水資源利用的影響，才能得到巖溶地區(qū)合理的水資源安全評(píng)價(jià)。

2.1.2構(gòu)建指標(biāo)體系

針對(duì)巖溶地區(qū)水資源的特性，在引用傳統(tǒng)水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)巖溶地區(qū)水資源特性，增加了反映巖溶地區(qū)水資源安全的重要指標(biāo)，構(gòu)建出體現(xiàn)巖溶水資源安全特點(diǎn)的指標(biāo)體系(表1)。指標(biāo)體系包含四個(gè)層次：1個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)，2個(gè)評(píng)價(jià)內(nèi)容(A1-A2)，5個(gè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則(B1-B5)，14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)(C1-C14)，如表1所示。

表1　巖溶地區(qū)水資源安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系

2.2指標(biāo)組合賦權(quán)

采用綜合權(quán)重可利用兩種權(quán)重的優(yōu)點(diǎn)，避開兩種權(quán)重的不足，即反映客觀信息又體現(xiàn)主觀信息[18]。

設(shè)ωsj,ωoj分別表示AHP法權(quán)重和熵值法對(duì)應(yīng)的第j個(gè)權(quán)重，則稱：

(1)

是具有同時(shí)體現(xiàn)兩種賦權(quán)法信息組合特征的權(quán)重值。按式(1)得到的組合權(quán)重ωj(表2)。

2.3模糊集評(píng)價(jià)方法

采用模糊集理論中多目標(biāo)決策的方法，對(duì)水資源影響因子的隸屬度分解成正反兩個(gè)方面來研究，設(shè)水資源安全評(píng)價(jià)矩陣，確定每個(gè)方案的評(píng)價(jià)值。定義函數(shù)score(x)=t(x)-f(x)，其中t(x)，f(x)，score(x)∈[-1，1] 。用來度量方案對(duì)于決策者需求的適合程度。評(píng)分函數(shù)score(x) 的值越大，方案對(duì)于決策者需求的滿足程度就越大。因此，可以根據(jù)這個(gè)評(píng)分函數(shù)來對(duì)方案進(jìn)行排序，進(jìn)而選出最優(yōu)方案x*，滿足：

score(x*)=max(score(x*))，其中(x*∈X)

(2)，

(2)式中，t(x)，f(x)分別代表各個(gè)方案的真隸屬度和假隸屬度，計(jì)算公式如下：

t(x)=∑i∈tθi;t={i│fi≥αi,i=1,2,3…n}

(3)，

f(x)=∑i∈fθi;f={i│fi≤β_i,i=1,2,3…n}

(4)，

表2　水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

注：表中評(píng)價(jià)指標(biāo)Ci+代表第i個(gè)指標(biāo)效益型(越大越優(yōu)型)，Ci-代表第i個(gè)指標(biāo)為成本型(越小越優(yōu)型)

(3)式中，fi為每個(gè)方案對(duì)應(yīng)的第i個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的屬性值，αi為第i個(gè)指標(biāo)滿意度下限，βi為第i個(gè)指標(biāo)的不滿意度上限。其中αi和βi的確定方法如下： 由于指標(biāo)體系中每個(gè)指標(biāo)的特性不同，每個(gè)指標(biāo)可以接受的滿意度的下限和不滿意度的上限也是不同的。在筆者研究中，邀請(qǐng)了50位專家學(xué)者打分，發(fā)放打分表50份，收回打分表43份，回復(fù)率86%，分別對(duì)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的14個(gè)指標(biāo)的滿意度的下限和不滿意度的上限打分，綜合43位專家學(xué)者的意見，得到各指標(biāo)的滿意度的下限和不滿意度的上限(表3)。

2.4水資源安全評(píng)價(jià)水平劃分

水資源安全水平劃分是基于水資源安全現(xiàn)狀的分類，是水資源安全評(píng)級(jí)的重要一環(huán)，為區(qū)域水資源安全問題的發(fā)現(xiàn)，水資源安全工作的重點(diǎn)尋求有力的依據(jù)。根據(jù)國內(nèi)外專家的研究現(xiàn)狀以及許多國家的水資源安全標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合西南巖溶山區(qū)缺水的特點(diǎn)，制定評(píng)價(jià)水平的閾值[19](表3)。根據(jù)閾值設(shè)定水資源安全5個(gè)水平，分別是：非常安全、較安全、臨界安全、較不安全、不安全。對(duì)模糊集函數(shù)的評(píng)價(jià)值歸一化，再將評(píng)價(jià)結(jié)果與評(píng)價(jià)水平閾值比較，得出水資源安全水平的歷年變化情況。

表3　評(píng)價(jià)水平與閾值

3　研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

3.1研究區(qū)概況

貴州省地處我國西部高原山地向東部丘陵平原的過渡地帶，地勢(shì)西高東低，地表起伏大，是一個(gè)以高原、山地為主的省份，高原、山原、山地約占貴州省總面積的 87%，丘陵占 10%，平地僅占3%，即所謂“八山一水一分田”。也是巖溶分布最廣的省份，碳酸鹽巖出露面積占貴州省總面積的 73.8%。其次，巖溶地貌廣泛發(fā)育，也導(dǎo)致地表峰林、峰叢、洼地、漏斗及落水洞等巖溶形態(tài)非常典型，地下溶洞、伏流、暗河也十分發(fā)育，使水文系統(tǒng)的發(fā)育和展布呈雙層分異結(jié)構(gòu)，即地表、地下水系同時(shí)發(fā)育，水文特征區(qū)別明顯但水文聯(lián)系又非常密切。貴州雖屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨水充沛，多年平均降水量為 1100～1300mm，但降水地域性和季節(jié)性差異顯著；水旱災(zāi)害頻繁。貴州的河流多是山區(qū)雨源型河流，由降水補(bǔ)給河川徑流，大致以苗嶺為分水嶺，以北屬長江流域，以南屬珠江流域，地表水系相對(duì)不發(fā)達(dá)[20]。

3.2數(shù)據(jù)來源與處理

筆者選取貴州省9個(gè)地級(jí)市2004～2013年水資源利用狀況指標(biāo)，其數(shù)據(jù)來源見表1，組成以2004年為基準(zhǔn)年的原始數(shù)據(jù)集，利用模糊集方法，評(píng)價(jià)各地級(jí)市水資源安全程度。為了消除各評(píng)價(jià)指標(biāo)的量綱影響，對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性，將評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為3種類型：效益型(越大越優(yōu)型)、成本型(越小越優(yōu)型)和均衡型(適中型)，根據(jù)不同的指標(biāo)類型選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)化公式進(jìn)行處理。

(5)；

(6)；

均衡型：y(i，j)=

(7)；

其中，Xmax(j)、Xmin(j)、Xmid(j)分別為第j個(gè)指標(biāo)的最小值、最大值和中間平衡值；y(i，j)為標(biāo)準(zhǔn)歸一化后的評(píng)價(jià)指標(biāo)值；k，q為校正系數(shù)，經(jīng)過以上的標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值在[k，k+q]之間。按照上述算法，標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到各年的指標(biāo)值。

4　貴州省水資源安全評(píng)價(jià)

4.1水資源安全評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)于任意一個(gè)方案xj∈X，根據(jù)各指標(biāo)的權(quán)重向量θ=(θ1，θ2，…，θn)，及標(biāo)準(zhǔn)化屬性值與各指標(biāo)滿意度的下限和不滿意度的上限比較，利用(2)式和(3)式，得到 2014年貴州省 9 個(gè)地市的真隸屬度t_A(x_j)和假隸屬度f_A(x_j)值，并計(jì)算出2014年貴州省9個(gè)地市歷年水資源安全評(píng)價(jià)Vague值(圖1)。

根據(jù)上述貴州省水資源安全評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合表2中的評(píng)價(jià)水平閾值，得出貴州省各個(gè)地州2004～2013年水資源安全評(píng)價(jià)等級(jí)(表5)。

圖1　2004～2013年貴州省水資源安全狀況及變化趨勢(shì)

4.2水資源安全特征分析

4.2.1水資源安全狀況區(qū)域特征

貴州省水資源安全水平整體水平較差，且區(qū)域差異明顯。該省水資源安全Vague集評(píng)價(jià)多年平均值為0.599，僅達(dá)到臨界安全等級(jí)。從區(qū)域上看，水資源安全狀況良好的區(qū)域集中在貴州省東部和東南部，而西部和西南部地區(qū)水資源狀況較差(圖2)。其主要原因在于貴州省降水呈現(xiàn)由東南向西北減少的趨勢(shì)，且西部和南部區(qū)域?yàn)橹榻饔蚺c長江流域的分水嶺，地表起伏大，巖溶地貌發(fā)育，導(dǎo)致集水面積狹小，可利用水資源少。從歷年評(píng)價(jià)結(jié)果的平均值來看，黔南水平最高，為該省水資源安全等級(jí)最高的地區(qū)，達(dá)到0.912。其次是遵義和銅仁地區(qū)，再次是安順、黔東南、貴陽、六盤水和黔西南，畢節(jié)地區(qū)最低，僅為0.06。遵義歷年平均值為0.839，達(dá)到比較安全級(jí)；遵義、銅仁和黔南歷年水資源安全狀況良好，分別只有兩年、三年和兩年的水資源安全水平低于較不安全級(jí)。畢節(jié)、六盤水、黔西南絕大多數(shù)的年份水資源安全水平為不安全級(jí)，其中，畢節(jié)有一半以上的年份屬于不安全級(jí)，僅有2004、2005、2013年為較不安全級(jí)。六盤水和黔西南則80%年份為較不安全或不安全級(jí)，區(qū)域水資源差異將使貴州水資源可持續(xù)開發(fā)利用面臨較大的壓力。

圖2貴州省各地州水資源安全評(píng)價(jià)結(jié)果

4.2.2水資源安全狀況年際特征

貴州省水資源安全平均水平呈波動(dòng)變化趨勢(shì)，且各地、州年際變化大。從2004～2013年水資源安全評(píng)價(jià)結(jié)果來看，該省水資源安全水平呈波動(dòng)變化趨勢(shì)，評(píng)價(jià)結(jié)果的波動(dòng)幅度達(dá)到0.329，且多為臨界安全水平。2004～2005年水資源安全水平下降幅度最大，2006～2011年水資源安全水平相對(duì)比較穩(wěn)定，但評(píng)價(jià)結(jié)果在2012年出現(xiàn)明顯降幅后2013年又有所回升。從各地州2004～2013年來看，水資源安全評(píng)價(jià)Vague值波動(dòng)類型可分成3類： 第一類，2005年水資源安全水平呈現(xiàn)明顯下降后，2006年又回升到之前的水平，2007～2013年除2012年下降外，其余年份則變化不大，符合此類型的地州有安順、黔南和銅仁。 第二類，2004～2010年水資源安全水平呈穩(wěn)定趨勢(shì)， 2011～2012年卻波動(dòng)下降比較明顯，但2013年又回升到2010年以前的水平，符合此類型的地州有遵義和黔東南。 第三類，2004～2006年水資源安全水平出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，2007～2010年呈穩(wěn)定水平，2011～2013年卻呈明顯波動(dòng)的“ W”型 變化態(tài)勢(shì)，符合此類型的地州有六盤水、畢節(jié)、貴陽和黔西南。

4.3水資源安全現(xiàn)狀成因

從2004～2013年貴州水資源安全評(píng)價(jià)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)， 貴州省水資源安全特征集中體現(xiàn)在區(qū)域差異和時(shí)間差異上，水資源安全問題因地因時(shí)不同，對(duì)該省水資源安全構(gòu)成極大壓力，也威脅著各地州水資源安全。

4.3.1水資源安全的區(qū)域性差異成因

貴州省降水的區(qū)域差異，特殊地質(zhì)地貌結(jié)構(gòu)和石漠化程度，導(dǎo)致各地州多年降水變化量、地表徑流量和地下河網(wǎng)發(fā)育程度各不相同。且各地州水利設(shè)施完善程度，水資源利用量及其結(jié)構(gòu)的不同，加劇了水資源安全水平的區(qū)域差異，形成“東多西少”的可利用水資源量及“東密西疏”的地表河網(wǎng)密度[26]。其中，各地州多年降水量和平均徑流量變幅都超過290 mm以上，如多年平均徑流量較大地州是黔東南和銅仁，分別為570.7 mm和519.4 mm。較小地州是安順和六盤水，分別僅有271.4 mm和290.5 mm，直接影響地表可利用水資源的補(bǔ)給量。在石漠化地區(qū)，由于碳酸鹽巖的可溶性大、透水性強(qiáng)、地下溶蝕空間發(fā)育，形成地表地下雙層結(jié)構(gòu)，使大氣降水通過豎井、落水洞、漏斗等快速匯入地下，導(dǎo)致地表徑流銳減，地表河網(wǎng)分布相對(duì)非碳酸鹽巖地區(qū)稀疏，地下河網(wǎng)發(fā)育卻相對(duì)非碳酸鹽巖地區(qū)密集，雖地下水資源豐富，但卻是水資源獲取難度加大，限制水資源的有效利用，因而，西南石漠化嚴(yán)重地區(qū)也往往是干旱缺水地區(qū)。在貴州省水庫分布上，全部大型水庫都分布在烏江水系，而洞庭湖和南北盤江水系水庫少而小，且山高谷深，人高水低，流域分水嶺等原因，促使黔西南、六盤水、畢節(jié)等地區(qū)水資源安全狀況較差。

4.3.2水資源安全的時(shí)間差異成因

從2004～2013年，各地州水資源安全狀況年際變異性較大，經(jīng)歷了兩個(gè)時(shí)期的明顯波動(dòng)下降時(shí)期，分別是2004～2006年和2010～2012年。從2004～2006年，除貴陽和黔東南外，其他地州水資源安全水平出現(xiàn)明顯下滑，主要原因是2005～2006年降水量減少，地表水資源減少，可利用水資源減少，而水資源利用量增加。2010～2012年地州的水資源安全狀況變差是因?yàn)槲髂洗蠛?，降水量驟降，各地州降水補(bǔ)給顯著減少。其中，2009年7月～2010年5月，貴州省遭受了百年不遇的特大旱災(zāi)，該省共有1869萬人、受災(zāi)農(nóng)作物84.8萬hm2，695萬人、504萬頭大牲畜因旱出現(xiàn)飲水困難，因?yàn)?zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)132億元。同時(shí)貴州工業(yè)強(qiáng)省的戰(zhàn)略，使工業(yè)用水量急速增加，加劇水資源安全的壓力?！笆晃濉逼陂g，貴州省規(guī)模以上工業(yè)增加值從2005年的585.85億元增長到2010年的1227.17億元，年均增長14.1%，快速的工業(yè)發(fā)展一定程度上會(huì)加劇水資源的消耗。

5　結(jié)論

從水資源的供給、利用及可獲取性因素3個(gè)角度，選取了體現(xiàn)巖溶地區(qū)水資源特性的指標(biāo)，包括地下河網(wǎng)發(fā)育程度、水庫設(shè)施和地下水的比重等。結(jié)合模糊集評(píng)價(jià)法，構(gòu)建巖溶地區(qū)水資源安全評(píng)價(jià)模型。運(yùn)用AHP法和熵權(quán)法確定權(quán)重，通過模糊集評(píng)價(jià)法確定水資源安全評(píng)分值，然后借鑒相關(guān)研究最新成果，確定水資源安全水平閾值，得出了貴州省水資源安全的歷年現(xiàn)狀。

(1)評(píng)價(jià)指標(biāo)是基于巖溶巖溶地質(zhì)、地貌、水資源特性和水利建設(shè)等角度構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，揭示出巖溶地區(qū)水資源安全問題的主要原因,即地表石漠化嚴(yán)重、地下溶蝕地貌發(fā)育，導(dǎo)致地表天然集水量(含植被、土壤和各種水體的集水量)不足，而水利設(shè)施不完善，人工集水量低，使區(qū)域防治季節(jié)性缺水問題的能力降低，導(dǎo)致季節(jié)性干旱時(shí)有發(fā)生。

(2)評(píng)價(jià)方法中對(duì)指標(biāo)權(quán)重的確定和數(shù)據(jù)處理依據(jù)模糊評(píng)價(jià)法原理，對(duì)貴州省各地州歷年水資源安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出貴州省水資源安全水平的區(qū)域差異和年際變化特征，評(píng)價(jià)結(jié)果合理、可信，對(duì)區(qū)域抗旱救災(zāi)，提高水資源安全水平具有重要指導(dǎo)意義。

(3)通過對(duì)水資源安全保障措施分析認(rèn)為，加大水利設(shè)施建設(shè)的投資力度、保護(hù)現(xiàn)有水資源、提高水資源開發(fā)利用率是解決貴州水資源安全問題的關(guān)鍵。

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Evaluation System of Water Resource Security in Karst Region Based on Fuzzy Set Theory

Yang Zhenhua1, Su Weici2, Zhou Qiuwen3

(1.InstituteofKarst,GuizhouNormalUniversity,Guiyang,Guizhou550001,China;2.ResearchInstituteofMountainResourcesandEnvironment,GuizhouAcademyofSciences,Guiyang,Guizhou550001,China;3.CollegeofGeographyandEnvironment,GuizhouNormalUniversity,Guiyang,Guizhou550001,China)

This paper pointed out that the water shortage in karst region was mainly caused by the development of karst landform, the low availability and difficult utilization of water resources. To reasonably evaluate the water resource security of karst region, based on the basic principle of fuzzy set theory and combined with the characteristics of water resources in karst areas of Southwest China, we selected the evaluation index which reflected the characteristics of water resources in karst areas, constructed the evaluation model of water resources security, and evaluated the water resources security in Guizhou Province in 2004-2013. Results showed that water resources safety in Guizhou only achieved the overall level of criticality safety and the evaluation of the calendar year average value was 0.606.However, the regional difference was obvious, which showed a decreasing trend from the southeast to the northwest; among them, water resources security in Guizhou and Zunyi were in high levels, and the values were the 0.919 (grade I), 0.839 (grade II), respectively. The water resource security levels in Liupanshui and Bijie were low, and evaluation values were 0.1 (grade V) and 0.4 (grade V),and the values of the rest areas lied in between. Around the states, the interannual variation of water resource security levels were large and the average value of variation was 0.477. According to the analysis, it was believed that the investment intensity of water conservancy facilities construction, the protection of the existing water resources, and the utilization rate of water resource development were the key to solve the problem of water resource security in karst areas of Guizhou.

karst; water resource safety; fuzzy set theory; evaluation

2016-06-23

國家科技支撐計(jì)劃課題(編號(hào)2014BAB03B001)

楊振華，男，貴州師范大學(xué)巖溶研究院碩士研究生。

蘇維詞，男，研究員，主要從事巖溶地區(qū)資源、生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究工作。

TV211.1

A

1674-9944(2016)16-0001-06