聶兵兵，蔣賢棟

(1.四川師范大學(xué)，四川成都 610101；2.四川師范大學(xué)西南土地資源評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610066)

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河南衛(wèi)河流域脆弱性評(píng)價(jià)

聶兵兵1，蔣賢棟2

(1.四川師范大學(xué)，四川成都 610101；2.四川師范大學(xué)西南土地資源評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610066)

結(jié)合衛(wèi)河自身特點(diǎn)和地理環(huán)境建立13項(xiàng)指標(biāo)體系，運(yùn)用基于熵權(quán)的模糊數(shù)學(xué)模型對(duì)其脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，鶴壁的脆弱性為0.69，焦作為0.55，新鄉(xiāng)為0.39，安陽為0.36，濮陽為0.23。最后針對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果分析了原因，提出了合理性建議和措施。

脆弱性評(píng)價(jià)；模糊綜合評(píng)價(jià)法；熵權(quán)法；衛(wèi)河

近年來，我國越來越多的地方出現(xiàn)了水污染、缺水等一系列問題。河流流域脆弱性研究為水資源的可持續(xù)利用和水源保護(hù)提供了有利的參考依據(jù)，并對(duì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。水資源脆弱性研究起初由法國的Albinet等[1]提出，而國內(nèi)對(duì)水資源脆弱性的研究開始于20世紀(jì)末。水資源分為地表水和地下水，大多數(shù)研究針對(duì)地下水脆弱性。劉綠柳[2]和鄒君等[3-4]先后定義了地表水資源脆弱性的概念、內(nèi)涵、定量評(píng)價(jià)，以及以衡陽盆地為例做出水資源脆弱性的評(píng)價(jià)分析。王惠[5]運(yùn)用層次分析法和模糊物元分析法對(duì)天津市于橋水庫地表水脆弱性進(jìn)行了研究。呂彩霞等[6]對(duì)海河流域脆弱性做出了評(píng)價(jià)，證明水資源調(diào)控措施將會(huì)改善海河流域水資源脆弱性。黃友波等[7]運(yùn)用定性分析方法，對(duì)黑河地區(qū)水資源脆弱性進(jìn)行了研究。白慶芹等[8-10]分別運(yùn)用不同數(shù)學(xué)方法定量分析了浐霸河流域的脆弱性，并提出了城市河流水源地保護(hù)措施。筆者以河南衛(wèi)河為研究區(qū)域，在全面考慮研究區(qū)域脆弱性影響因素的基礎(chǔ)上，建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，提出合理建議，旨在為豫北地區(qū)衛(wèi)河水資源保護(hù)及合理利用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 衛(wèi)河在河南省境內(nèi)的流域面積為1.5萬km2，主要支流有大沙河、運(yùn)糧河、淇河、安陽河、湯河等。衛(wèi)河主要流經(jīng)河南的安陽、濮陽、新鄉(xiāng)、鶴壁和焦作。這5個(gè)市是河南省重要的農(nóng)業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)，人口密度高，養(yǎng)育了河南省20%的人口，共有耕地149萬hm2，幾乎全部實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)灌溉。另外，濮陽的石油、安陽的鋼鐵、新鄉(xiāng)的電子和輕工在國內(nèi)都小有名氣。

1.2 指標(biāo)體系建立 影響河流脆弱性的因素很多，在綜合考慮研究區(qū)域的地理位置、氣候、社會(huì)發(fā)展等影響因素的同時(shí)，還要考慮數(shù)據(jù)的可獲取性和綜合性。筆者在參考同類文獻(xiàn)[3，6，8，10-11]的基礎(chǔ)上，建立了13項(xiàng)指標(biāo)體系(圖1)。

圖1 河南衛(wèi)河流域脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 The vulnerability evaluation index system of Wei River basin in Henan

13個(gè)指標(biāo)中，年降水距平變化率(X1)為當(dāng)年實(shí)際降水量與同期多年平均降水量之差除以多年平均降水量的比值，用來表示研究區(qū)年降水的變化程度；產(chǎn)水系數(shù)(X2)用來表示研究區(qū)的干旱狀況；年降水量(X3)表示研究區(qū)年可獲得水量；水資源開發(fā)利用率(X4)用來表示研究區(qū)地表水開發(fā)利用程度；農(nóng)林漁業(yè)需水量(X5)表示研究區(qū)農(nóng)業(yè)用水狀況；農(nóng)藥使用密度(X6)和化用使用密度(X7)用來表示農(nóng)業(yè)對(duì)研究區(qū)的污染狀況；萬元GDP用水量(X8)表示研究區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r帶來的潛在威脅；廢水排放量(X9)表示工業(yè)對(duì)地表水的污染狀況；人口密度(X10)和人口自然增長(zhǎng)率(X11)表示人口對(duì)研究區(qū)水資源帶來的壓力；人均水資源量(X12)表示研究區(qū)人類對(duì)水資源的潛在污染；人均GDP(X13)表示研究區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)該區(qū)水資源負(fù)荷的影響。

在這些指標(biāo)中，X3、X12和X2為正向指標(biāo)，其余為負(fù)向指標(biāo)。該研究采用的數(shù)據(jù)來源于《2013、2014年河南統(tǒng)計(jì)年鑒》和《2013年河南水資源公報(bào)》。

1.3 熵權(quán)法求權(quán)重 求權(quán)重的方法有定性法和定量法，定量法有層次分析法、極大值法和熵權(quán)法等。其中，熵權(quán)法是客觀賦權(quán)法，它是根據(jù)原始數(shù)據(jù)提供的信息量來確定指標(biāo)的權(quán)重大小[12]。正負(fù)向指標(biāo)分別采用式(1)、(2)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。筆者采用熵權(quán)法求權(quán)重，再用模糊綜合評(píng)價(jià)法求出脆弱性結(jié)果。

(1)

(2)

(j=1，2，…，m)(3)

第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)定義為

(4)

再根據(jù)式(3)、(4)求出權(quán)重(表1)。

表1 河南衛(wèi)河流域脆弱性評(píng)價(jià)權(quán)重

Table 1 The vulnerability evaluation weights of Wei River basin in Henan

指標(biāo)Index熵Entropy權(quán)重WeightsX10.6970.089X20.8380.048X30.7120.085X40.2880.209X50.8610.041X60.7210.082X70.8460.045X80.5470.133X90.8470.045X100.8470.045X110.8260.051X120.7900.062X130.7800.065

1.4 水資源模糊綜合評(píng)價(jià)模型 水資源是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)水資源脆弱性的方法有層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法和物元分析法。筆者采取模糊綜合評(píng)價(jià)法[12]求出脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果，是將熵值法求出的權(quán)重(W)與模糊關(guān)系矩陣(R)合成運(yùn)算即可得評(píng)價(jià)結(jié)果。

B=W·R

(5)

式中，W為權(quán)重；R為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的模糊關(guān)系矩陣。

2 結(jié)果與分析

運(yùn)用以上模型求出衛(wèi)河流域的脆弱性，結(jié)果表明，濮陽為0.23，安陽為0.36，新鄉(xiāng)為0.39，焦作為0.55 ，鶴壁為0.69。可見，河南衛(wèi)河流域整體脆弱性程度比較嚴(yán)重。其中，鶴壁最為嚴(yán)重，它的人口自然增長(zhǎng)率達(dá)到5.61‰，農(nóng)藥和化肥使用密度分別為12和641 kg/hm2，人口壓力和農(nóng)業(yè)壓力極大影響了鶴壁的衛(wèi)河脆弱性。另外，水資源開發(fā)利用率和人均GDP對(duì)安陽和濮陽的影響比較突出，這是由于水資源的不合理開發(fā)利用以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使水資源超負(fù)荷。從地理位置來看，這些地區(qū)位于衛(wèi)河中游，人口眾多，農(nóng)業(yè)發(fā)展強(qiáng)度較大，農(nóng)藥的過度使用導(dǎo)致衛(wèi)河中游脆弱性強(qiáng)?？傊?，經(jīng)濟(jì)因素和人口因素對(duì)衛(wèi)河流域脆弱性的影響較大。

3 建議

河流徑流是水資源的重要組成部分，是地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要影響因素。因此，河流脆弱性的研究成為熱點(diǎn)。河流脆弱性與水資源的可持續(xù)利用成反比，降低河流脆弱性有助于保護(hù)河流水資源。筆者通過對(duì)衛(wèi)河在豫北地區(qū)脆弱性研究，發(fā)現(xiàn)水資源過度開發(fā)利用和農(nóng)工業(yè)發(fā)展對(duì)水資源壓力過大。因此，筆者就以上問題提出幾點(diǎn)可行性建議：①豫北地區(qū)是河南省重要的農(nóng)業(yè)區(qū)，安陽和新鄉(xiāng)的農(nóng)業(yè)用水量分別占該省總用水量的73%和72%，因此有效提高農(nóng)業(yè)用水節(jié)水率和重復(fù)利用率是保護(hù)水資源的重要途徑，如提高農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)，合理調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，增加集雨裝置等。農(nóng)業(yè)污染方面要嚴(yán)格控制農(nóng)藥和化肥使用量。②工業(yè)用水的比例失調(diào)及工業(yè)污水的亂排放也是河流脆弱性的重要影響因素。因此，應(yīng)減少工業(yè)廢水排放，加大節(jié)水力度，提高廢水處理率，提高用水價(jià)格等。③河南衛(wèi)河流域?qū)儆诟珊档貐^(qū)，地表水開發(fā)利用率超額嚴(yán)重，因此應(yīng)引入新水源，增加河流水量。④嚴(yán)格控制開發(fā)利用量，政府要做好統(tǒng)一規(guī)劃和調(diào)度；對(duì)水源的源頭做好防止污染和保護(hù)工作；提高公民節(jié)水意識(shí)和保護(hù)水源的觀念。

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The Vulnerability Evaluation and Research of Wei River Basin in Hena

NIE Bing-bing1,JIANG Xian-dong2

(1.Sichuan Normal University,Chengdu,Sichuan 610101;2.Key Laboratory of Land Resources Evaluation and Monitoring in Southwest China,Sichuan Normal University,Chengdu,Sichuan 610101)

The study select Wei River Basin as the study area.We set up the combined river indicator system with its own characteristics and geographical environment which has 13 indicators and use mathematical model based on entropy weight of fuzzy to make evaluation of its vulnerability.As a result that ,Hebi is 0.69,Jiaozuo is 0.55, Anyang is 0.36, Xinxiang is 0.39, Puyang is 0.23. At last,reasonable suggestions and measures were put forward based on the analysis of the reasons for the results.

Vulnerability evaluation; Fuzzy comprehensive evaluation method; Entropy weight method; Wei River

聶兵兵(1986- ),女,河南安陽人,碩士,從事水資源與水環(huán)境研究。

2016-08-31

S 181

A

0517-6611(2016)31-0077-02