考慮氣候變化的興仁市水資源脆弱性評(píng)價(jià)研究

畢仁芬

(貴州省黔西南依族苗族自治州興仁市水務(wù)局，貴州 興仁 562300)

0 引言

水資源不僅是寶貴的自然資源和戰(zhàn)略資源，是人類賴以生存的基礎(chǔ)和保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的決定性條件[1-3]。我國水資源總量豐富，位居世界第四位，但人均水資源較少，不足世界人均水資源水平的四分之一[4]。水資源短缺、供需矛盾以及水污染等問題已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素[5-6]。

1 研究區(qū)概況

興仁市位于我國西南典型的喀斯特地貌區(qū)域，分布著廣泛的碳酸鹽巖，其地址構(gòu)造多裂隙、斷裂等，自然環(huán)境脆弱，造成興仁市地表蓄水能力弱，水資源下滲速度快。興仁市對(duì)水資源不合理的開發(fā)和利用行為，使得原本就極為脆弱的自然環(huán)境進(jìn)一步惡化。興仁市位于西南季風(fēng)和東南季風(fēng)交匯處，特殊的地理位置決定了興仁市氣候變化的復(fù)雜性，加劇水資源短缺問題，制約興仁市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。隨著人口的增加以及各產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)水資源造成重要的影響。在考慮氣候變化的情況下對(duì)興仁市水資源脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)提高興仁市水資源管理水平及水資源利用效率具有重要意義。

2 興仁市水資源脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 構(gòu)建原則

構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是興仁市水資源脆弱性評(píng)價(jià)的前提和基礎(chǔ)，構(gòu)建興仁市水資源脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)應(yīng)遵循以下原則。

(1)科學(xué)性原則。該原則是指標(biāo)體系構(gòu)建中要遵循的最基本原則，要求建立的指標(biāo)體系具有科學(xué)依據(jù)，主要表現(xiàn)為各指標(biāo)概念和涵義清晰明確，且指標(biāo)與指標(biāo)之間涵義不重疊。

(2)可操作性原則。主要是要求各項(xiàng)指標(biāo)能夠量化，具有可比性和可測(cè)性，指標(biāo)的量化盡量簡單易操作。同時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)所涉及的數(shù)據(jù)應(yīng)便于收集，如在各地區(qū)的水資源公報(bào)或者統(tǒng)計(jì)部門官網(wǎng)可查。

(3)整體性原則。該原則要求構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)盡量識(shí)別出影響水資源脆弱性的大部分因素，即保障構(gòu)建的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)及具體指標(biāo)方面完整。

(4)獨(dú)立性原則。由于對(duì)水資源脆弱性具有影響的因素比較多，所以構(gòu)建的指標(biāo)體系中應(yīng)具有較多的指標(biāo)數(shù)量。為避免發(fā)生指標(biāo)之間涵義沖突或者重復(fù)的情況，應(yīng)控制指標(biāo)的數(shù)量，各指標(biāo)之間要互相獨(dú)立，確保評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 基于DPSIR模型的興仁市水資源脆弱性指標(biāo)體系

DPSIR模型是一種評(píng)價(jià)指標(biāo)體系概念模型，廣泛應(yīng)用于資源、環(huán)境等領(lǐng)域的可持續(xù)評(píng)價(jià)工作，主要分為5個(gè)層次，主要是驅(qū)動(dòng)力(D)、壓力(P)、狀態(tài)(S)、影響(I)和響應(yīng)(R)。本文擬采用該模型建立興仁市水資源脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。同時(shí)，考慮氣候變化下的影響因素，如降水量等，具體見表1。

表1 興仁市水資源脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 興仁市水資源脆弱性評(píng)價(jià)體系

3.1 熵權(quán)法與模糊合成算子結(jié)合的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法

目前，計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的方法多種多樣，概括起來主要分為3類，分別為主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法和主客觀組合賦權(quán)法。為保證評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性，本文擬采用組合賦權(quán)法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。首先，采用熵值法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重，在信息論中，熵是一個(gè)信息量度，熵值越小說明指標(biāo)數(shù)據(jù)差異越大，則該指標(biāo)權(quán)重就越大。反之，熵值越小，權(quán)重就越小。熵值法計(jì)算步驟如下：

第一，構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣：

(1)

對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理：

(2)

(3)

則可得到指標(biāo)經(jīng)過處理后的矩陣：

(4)

第二，計(jì)算指標(biāo)熵值：

(5)

(6)

第三，計(jì)算指標(biāo)的變異系數(shù)：

αi=1-ei

(7)

第四，計(jì)算熵權(quán)：

(8)

為了彌補(bǔ)評(píng)價(jià)結(jié)果過于主觀性偏向，本文采用模糊合成算法與熵值法結(jié)合的方法，對(duì)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果進(jìn)行完善。常見的模糊合成算法模型較多，在綜合考慮水資源脆弱性特點(diǎn)和熵值法屬于主觀賦權(quán)方法的實(shí)際情況，選取M(·，⊕)算子與熵值法進(jìn)行結(jié)合，該模型采用扎德算子“·”和“⊕”。其中“·”表示的是乘法運(yùn)算，“⊕”表示有界和運(yùn)算，其與熵值法結(jié)合可得：

bk=a1r1k⊕a2r2k⊕…⊕airik

(9)

3.2 基于灰關(guān)聯(lián)分析法的水資源脆弱性評(píng)價(jià)模型

灰關(guān)聯(lián)分析法是一種適用于無規(guī)律樣本以及對(duì)樣本量無要求的研究系統(tǒng)中因素之間關(guān)系的方法，具有計(jì)算量小的優(yōu)點(diǎn)。其主要原理是計(jì)算因素之間的灰色關(guān)聯(lián)度，以此判斷各影響因子之間關(guān)系的強(qiáng)度和大小，灰色關(guān)聯(lián)度越大，說明因子之間的關(guān)系越緊密，反之亦然?；谊P(guān)聯(lián)分析法計(jì)算步驟如下：

第一，確定參考序列和比較序列。其中，參考序列為比較標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)為U0=(u0j)，u0j=1，j=1，2，…，m。比較序列為指標(biāo)序列，設(shè)為Ui=(uij)，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m。

第二，無量綱化處理數(shù)列：

正向指標(biāo)：

(10)

負(fù)向指標(biāo)：

(11)

式中，r—標(biāo)準(zhǔn)化值；x—原始數(shù)值；ximax和ximin—指標(biāo)中的最大值和最小值。

第三，計(jì)算序列對(duì)應(yīng)元素絕對(duì)差值，并轉(zhuǎn)換為函數(shù)：

Δoj(j)=|U(u0j)-U(uij)|

(12)

第四，計(jì)算序列對(duì)應(yīng)元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)：

(13)

式中，Δoj(j)越大，說明關(guān)聯(lián)系數(shù)越小，反之亦然。同時(shí)關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ通常情況下取值0.5。

第五，計(jì)算關(guān)聯(lián)度，公式如下：

式中，r—關(guān)聯(lián)度；m—指標(biāo)數(shù)量。

4 興仁市水資源脆弱性評(píng)價(jià)

4.1 權(quán)重計(jì)算

根據(jù)上文介紹的熵值法與模糊合成算法計(jì)算得出指標(biāo)權(quán)重，具體見表2。

表2 興仁市水資源脆弱性指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

4.2 興仁市水資源脆弱性評(píng)價(jià)

為了便于衡量客觀結(jié)果，本文將興仁市水資源脆弱性分為5個(gè)等級(jí)，具體見表3。

表3 水資源脆弱性等級(jí)劃分

根據(jù)灰關(guān)聯(lián)分析法計(jì)算興仁市2012—2021年水資源脆弱性的關(guān)聯(lián)系數(shù)，結(jié)果見表4。

表4 2012—2021年興仁市水資源脆弱性灰關(guān)聯(lián)分析結(jié)果

由表4可以看出，興仁市水資源脆弱性程度整體處于比較脆弱和中等脆弱等級(jí)之間，并且水資源脆弱性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

4.3 降低興仁市水資源脆弱性對(duì)策建議

針對(duì)興仁市水資源脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果，可從以下3個(gè)方面降低水資源脆弱性：

①提高居民的節(jié)水意識(shí)。截至2022年，興仁市人口數(shù)量為42.2萬人。興仁市可通過調(diào)整水價(jià)，加大水資源宣傳等手段，提高城鎮(zhèn)居民的節(jié)水意識(shí)。同時(shí)，鼓勵(lì)居民使用節(jié)水器具等。②鼓勵(lì)利用非常規(guī)水資源。目前，興仁市的中水回用率為0，并且雨水資源也尚未得到有效利用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，興仁市工業(yè)發(fā)展迅速，工業(yè)用水量急劇增加。為此可鼓勵(lì)企業(yè)生產(chǎn)使用再生水；③開發(fā)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力。目前，興仁市具有農(nóng)田灌溉面積840hm2，具有巨大的節(jié)水潛力，提倡節(jié)水灌溉技術(shù)，推廣節(jié)水灌溉模式。除此之外，應(yīng)進(jìn)一步完善水資源管理相關(guān)的法律法規(guī)以及政策配套體系，加大資金投入，提高興仁市水資源的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

5 結(jié)論及建議

水資源與城市建設(shè)發(fā)展息息相關(guān)，水資源的穩(wěn)定也是保障城市穩(wěn)定發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。本文采用科學(xué)的方法對(duì)興仁市水資源脆弱性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果不僅能夠?yàn)榕d仁市政府制定水資源管理辦法以及相關(guān)配套政策提供了參考和依據(jù)，也豐富了我國水資源脆弱性方面的理論研究，從理論和實(shí)踐方面促進(jìn)了水資源的可持續(xù)發(fā)展。建議相關(guān)部門關(guān)注地區(qū)水資源脆弱性變化，為水資源管理工作提供指導(dǎo)。本文關(guān)于水資源脆弱性評(píng)價(jià)方面的研究還比較少，水資源脆弱性影響因素眾多，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型待進(jìn)一步完善。