引洮工程受水區(qū)生態(tài)脆弱性評價
——以定西市五縣(區(qū))為例

張 亮，王興宗，張隴娟(中共定西市委黨校，甘肅 定西 743000)

引洮工程受水區(qū)生態(tài)脆弱性評價
——以定西市五縣(區(qū))為例

張 亮，王興宗，張隴娟
(中共定西市委黨校，甘肅 定西 743000)

引洮工程；受水區(qū)；生態(tài)脆弱性；評價；定西市

在分析引洮工程定西受水區(qū)生態(tài)環(huán)境特征的基礎上，構建3個層次、16項指標的評價指標體系，采用主成分分析法進行生態(tài)脆弱性評價，并以縣級行政區(qū)作為評價單元，將受水區(qū)分為重度、中度和輕度脆弱區(qū)。研究結果顯示，脆弱區(qū)空間分布與自然、人類活動等因素有較強的相關性，重度、中度脆弱區(qū)面積較大，共計占五縣(區(qū))總面積的78.44%，主要分布于隴中黃土丘陵溝壑區(qū)中部及北部。研究結果能夠為受水區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與治理提供依據(jù)，對引洮工程水資源優(yōu)化調(diào)度、區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展具有借鑒意義。

自1905年美國生態(tài)學家CLEMENTS首次提出生態(tài)交錯帶(Ecotone)概念以來，國際學界圍繞生態(tài)脆弱性(Ecological Vulnerability)的概念、成因進行了多維度探討，通過情景分析、生態(tài)模型模擬、指標評價等方法開展生態(tài)脆弱性研究，采用灰色關聯(lián)法、層次分析法、主成分分析法等數(shù)學方法對評價結果進行準確性檢驗，并借助“3S”技術支持使獲取的數(shù)據(jù)更加客觀真實，研究框架體系正趨于成熟。國內(nèi)生態(tài)脆弱性研究始于20世紀80年代后期，地學、環(huán)境科學相關學者將過渡地帶思想引入各自學術領域中[1]，研究涉及農(nóng)、林、牧、漁等生產(chǎn)部門，橫跨資源和災害兩大領域[2]，兼顧自然要素與人為要素，取得了重要研究成果。綜合國內(nèi)外學者對脆弱生態(tài)系統(tǒng)的相關論述，生態(tài)脆弱性的基本內(nèi)涵可以歸納為：生態(tài)脆弱性是生態(tài)系統(tǒng)的固有屬性，是指在特定時間截面與空間區(qū)域條件下，生態(tài)系統(tǒng)受到人為或自然干擾，其結構組成和功能所具有的易變性、敏感反應及適應能力[3-8]。生態(tài)脆弱性評價是在區(qū)域尺度上，以定量、半定量的分析方法，對外界壓力接近或超過承受閾值的生態(tài)系統(tǒng)可能的響應、演變趨向進行分析和預測[2，9]。

引洮工程是為解決甘肅中部地區(qū)水資源匱乏問題，以保障城鄉(xiāng)生活用水、工業(yè)用水、生態(tài)用水和農(nóng)田灌溉用水為重點的大(Ⅱ)型跨流域調(diào)水工程。一期工程從臨潭縣、卓尼縣交界處的洮河中游九甸峽水利樞紐引水，由110.48 km的總干渠、3條總長146.18 km的干渠、18條總長256.52 km的灌溉支渠、2條總長47.02 km的縣城以上城市供水專用管線等構成的輸供水管網(wǎng)體系，受水區(qū)包括定西、蘭州、白銀3個市所轄的 7個縣(區(qū))，惠及57個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))近155萬人。對該區(qū)域生態(tài)脆弱性進行評價，不僅能夠提高生態(tài)治理的針對性，而且對實現(xiàn)水資源的優(yōu)化調(diào)度、調(diào)整生產(chǎn)力布局、促進區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

1 研究區(qū)概況

定西市地處我國北方農(nóng)牧交錯帶西段，地理坐標為103°52′～105°13′E、34°26′～35°35′N，土地總面積1.96萬km2，常住人口277.83萬人，共轄六縣一區(qū)，其中安定區(qū)、隴西縣、臨洮縣、渭源縣、通渭縣位于引洮工程受水區(qū)內(nèi)。屬溫帶半濕潤和中溫帶干旱氣候區(qū)，年均氣溫5.5～7.5 ℃，年均降水量500 mm，年均蒸發(fā)量1 400 mm以上；位于從第一階梯青藏高原向第二階梯黃土高原丘陵溝壑區(qū)、西秦嶺山地的過渡地區(qū)，地勢起伏較大，南高北低，海拔1 420～3 941 m；土壤類型豐富，以黃綿土、灰鈣土、黑壚土為主，有機質含量1.0%～1.5%，水土流失嚴重，宜墾殖率較低；植被垂直地帶性特征明顯，從北到南形成了荒漠草原、干旱草原、森林草原灌叢、草甸草原等多種類型，受歷史上亂砍濫伐、過度放牧、毀林開荒等人為因素影響，植被呈現(xiàn)退化趨勢。在自然條件、資源稟賦、發(fā)展基礎等多種因素制約下，定西市經(jīng)濟社會發(fā)展滯后，自我發(fā)展能力弱，素以“苦瘠甲于天下”而著稱[10]，是全國最貧困的地區(qū)之一。

2 研究方法

生態(tài)脆弱性評價指標涉及脆弱生態(tài)環(huán)境成因和表現(xiàn)特征等方面[11]，評價指標數(shù)量較多且關聯(lián)性較強。突出主要指標，避免指標信息覆蓋不全和指標間信息重疊，盡最大可能反映原始指標信息是客觀評價和有效預測的關鍵。因此，本研究采用主成分分析法確定評價指標權重。同時，考慮到基礎數(shù)據(jù)的可獲得性、分析結果應用性和區(qū)域完整性，以定西市縣級行政區(qū)作為評價分析基本單元。

2.1 生態(tài)脆弱性評價指標體系

生態(tài)脆弱性的成因包括自然因素和人為因素兩大類[12]，其最終結果表現(xiàn)在社會生產(chǎn)力低下、經(jīng)濟貧困、生存與發(fā)展質量下降等方面。結合生態(tài)脆弱性內(nèi)涵和研究區(qū)實際狀況，運用層次分析法(AHP)，分三個層次進行綜合評價。第一層是目標層，即引洮工程定西受水區(qū)生態(tài)脆弱性評價；第二層是準則層，以自然成因和結果表現(xiàn)為基本判定指標；第三層是指標層，選取年均降水量、年均≥10 ℃積溫、坡度等16個指標對準則層要素進行具體表達(圖1)。其中，墾殖率、農(nóng)業(yè)產(chǎn)投比來自《甘肅省定西地區(qū)農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與區(qū)劃匯編》(2003年)，年均降水量、年均≥10℃積溫來自定西市氣象局多年監(jiān)測數(shù)據(jù)，降雨侵蝕力、土壤可蝕性來自《甘肅省水土保持統(tǒng)計資料匯編》(1979—2000年)，建檔立卡貧困戶人均純收入來自定西市扶貧辦2014年測算數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)主要來自《定西統(tǒng)計年鑒》(2009—2011年)。

圖1 引洮工程定西受水區(qū)生態(tài)脆弱性評價指標體系

2.2 數(shù)據(jù)標準化處理

在數(shù)據(jù)分析前，運用極差標準化(min-max)方法對原始數(shù)據(jù)進行處理，消除指標量綱、計量單位、數(shù)量級差別，實現(xiàn)統(tǒng)一標準下的量化表達。

正向指標標準化和負向指標標準化計算公式為

(1)

2.3 評價因子權重確定

(2)

(3)

式中：i為指標原始序號；j為主成分序號；m為主成分總數(shù)，m=5；λij為主成分載荷矩陣元素。

評價指標權重賦值結果見表1。

表1 引洮工程定西受水區(qū)生態(tài)脆弱性指標權重

2.4 生態(tài)環(huán)境脆弱度

生態(tài)環(huán)境脆弱度是用于研究區(qū)域生態(tài)脆弱水平和表征生態(tài)脆弱性的重要指標[13]，計算公式[14]為

(4)

式中：xi為第i個評價指標原始值；Wi為第i個評價指標權重；G為生態(tài)環(huán)境脆弱度，其值在0～1之間，數(shù)值越大表明生態(tài)越脆弱，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性越差。按照國內(nèi)學術界生態(tài)環(huán)境脆弱度分級方法，0.6

經(jīng)計算，引洮工程定西受水區(qū)總體生態(tài)環(huán)境脆弱度為0.644。

2.5 分縣(區(qū))評價

為了強調(diào)人類活動強度對生態(tài)環(huán)境的影響，著重體現(xiàn)以區(qū)域環(huán)境質量的社會性為主線的空間特征[9]，以縣級行政區(qū)作為基本評價單元，并按前文所述方法分別計算出定西市五縣(區(qū))生態(tài)環(huán)境脆弱度為安定區(qū)0.697、隴西縣0.795、臨洮縣0.583、渭源縣0.571、通渭縣0.760，生態(tài)脆弱區(qū)狀況見表2。

注：表中數(shù)據(jù)來自《定西市生態(tài)文明建設規(guī)劃(2013—2020年)》。

3 研究結果

從生態(tài)脆弱性評價結果來看，定西市五縣(區(qū))生態(tài)脆弱區(qū)空間分布與自然、人類活動等因素有較強的相關性。重度、中度脆弱區(qū)面積共計1.059萬km2，占五縣(區(qū))總面積的78.44%，均屬黃土丘陵溝壑區(qū)，區(qū)內(nèi)植被稀疏，水土流失嚴重，加之人口密度大(162人/km2)，長期掠奪式的生產(chǎn)方式造成了對生態(tài)環(huán)境的強烈擠壓，生態(tài)修復難度較大；輕度脆弱區(qū)面積0.291萬km2，占五縣(區(qū))總面積的21.56%，主要分布在沿洮河、渭河、祖厲河河谷低地，該區(qū)地勢平坦開闊，灌溉便利，地表植被相對豐富，生態(tài)環(huán)境破壞范圍較小且具備一定的自動調(diào)節(jié)能力。

分縣(區(qū))來看，隴西縣、通渭縣、安定區(qū)生態(tài)環(huán)境處于重度脆弱狀態(tài)，臨洮縣、渭源縣處于中度脆弱狀態(tài)。其中，隴西縣重度脆弱區(qū)面積0.173萬km2，占其縣域面積的72.08%，通渭縣重度脆弱區(qū)面積0.199萬km2，占其縣域面積的68.62%，生態(tài)環(huán)境惡化程度需要警惕；安定區(qū)通過開展小流域綜合治理、淤地壩建設、坡耕地整治等，使19.67%的重度脆弱區(qū)轉變?yōu)橹卸?、輕度脆弱區(qū)[15]，生態(tài)環(huán)境質量較以前有所好轉；臨洮縣、渭源縣生態(tài)環(huán)境基本穩(wěn)定，重度脆弱區(qū)主要集中在臨洮縣東部和渭源縣北部的干旱山區(qū)。

4 結果與討論

4.1 結 果

根據(jù)生態(tài)脆弱性內(nèi)涵與研究區(qū)生態(tài)環(huán)境特征，運用層次分析法建立引洮工程定西受水區(qū)生態(tài)脆弱性評價指標體系，采用主成分分析法對其生態(tài)脆弱性進行評價，并以縣級行政區(qū)作為評價單元，將定西市五縣(區(qū))分為重度、中度和輕度脆弱區(qū)，通過對評價結果的處理分析及脆弱區(qū)空間分布特點的研究得出以下結論。

(1)引洮工程定西受水區(qū)生態(tài)環(huán)境基本處于重度脆弱狀態(tài)，說明其生態(tài)本底較為脆弱，生態(tài)系統(tǒng)抵御外界干擾能力較差，生態(tài)環(huán)境風險仍然存在。這與該區(qū)域地處農(nóng)牧交錯地帶和半干旱區(qū)向干旱區(qū)過渡地帶，水資源極度短缺，極端災害天氣多發(fā)，人為干擾強度大有直接關系。

(2)根據(jù)生態(tài)脆弱度大小可將研究區(qū)劃分為3個區(qū)，其中重度脆弱區(qū)和中度脆弱區(qū)占比較大，主要分布在隴中黃土丘陵溝壑區(qū)中部及北部，在該地區(qū)加強水土保持綜合治理是促進生態(tài)狀況企穩(wěn)向好的有效途徑。近年來通過治理，輕度脆弱區(qū)占比有所增加，但也應注意重點設防并采取必要的保護和恢復措施。

(3)從生態(tài)脆弱性分區(qū)評價來看，結果與定西市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、社會經(jīng)濟表現(xiàn)基本一致，評價方法具有一定可行性，能夠為當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護與治理提供參考。同時，引洮供水一期工程區(qū)涉及的會寧縣、榆中縣與定西受水區(qū)自然地理特征類似，可以采用同樣的研究方法對其進行生態(tài)脆弱性評價。

4.2 討 論

(1)本研究選取16個指標定量評價研究區(qū)生態(tài)脆弱性，在指標選擇方面存在一定主觀性，指標體系并不能完全反映生態(tài)系統(tǒng)的運行狀況。運用主成分分析法在變量降維過程中，處理不同指標間的關聯(lián)性和非線性關系較為困難，增加了研究結果的不確定性。因此，進一步分析研究區(qū)生態(tài)環(huán)境變動的內(nèi)在機制，提取關鍵指標，對研究方法加以改進，是接下來需要繼續(xù)完善的方向。

(2)引洮主體工程總干渠具備過流32～36 m3/s、調(diào)水5.5億m3的能力[16]，其中一期工程年調(diào)水量為2.19億m3，這意味著在二期工程建成通水之前，過流能力中有3.31億m3處于閑置狀態(tài)。因此，進一步提高水資源利用效率，適度增加引水規(guī)模，調(diào)整優(yōu)化定西受水區(qū)水資源配置方案，在保證城鄉(xiāng)生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水的基礎上，堅持賦予生態(tài)用水較高的優(yōu)先級，能夠有效改善受水區(qū)生態(tài)環(huán)境質量，對退耕還林還草、控制水土流失十分有利。

(3)無論是“苦瘠甲于天下”，還是“這里不具備人類生存的基本條件”，都是對歷史上定西群眾生活困苦狀況的寫照，而歸根結底干旱少雨、水資源短缺、水土流失嚴重等生態(tài)問題是造成貧困的主要根源?，F(xiàn)階段，定西市被整體列入六盤山集中連片特困地區(qū)，受水區(qū)五縣(區(qū))均為國家扶貧開發(fā)工作重點縣，目前還有貧困人口44.35萬人，其中約有28萬絕對貧困人口分布在隴中黃土丘陵溝壑區(qū)中北部。生態(tài)脆弱與深度貧困的相互交織，決定了定西市必須在精準扶貧方略引領下，更加注重破解貧困的生態(tài)枷鎖，建立以水資源保障為核心的生態(tài)扶貧政策體系，優(yōu)先安排供水管網(wǎng)向貧困村延伸，通過水源替換解決貧困人口的飲水問題，同步推進種植業(yè)結構調(diào)整，發(fā)展脫貧與生態(tài)效益兼顧的經(jīng)濟林、木本油料、林下經(jīng)濟，使貧困人口在生態(tài)修復中有更多獲得感。

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(責任編輯 李楊楊)

甘肅省哲學社會科學規(guī)劃項目(YB183)

S157

A

1000-0941(2017)08-0065-04

張亮(1979—)，男，甘肅定西市人，講師，學士，研究方向為城鎮(zhèn)化與區(qū)域生態(tài)安全。

2017-01-15