聶兵兵，蔣賢棟

(1.四川師范大學，四川成都 610101；2.四川師范大學西南土地資源評價與監(jiān)測教育部重點實驗室，四川成都 610066)

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河南衛(wèi)河流域脆弱性評價

聶兵兵1，蔣賢棟2

(1.四川師范大學，四川成都 610101；2.四川師范大學西南土地資源評價與監(jiān)測教育部重點實驗室，四川成都 610066)

結(jié)合衛(wèi)河自身特點和地理環(huán)境建立13項指標體系，運用基于熵權(quán)的模糊數(shù)學模型對其脆弱性進行評價。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。最后針對評價結(jié)果分析了原因，提出了合理性建議和措施。

脆弱性評價；模糊綜合評價法；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)利用和水源保護提供了有利的參考依據(jù)，并對社會的可持續(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)對水資源脆弱性的研究開始于20世紀末。水資源分為地表水和地下水，大多數(shù)研究針對地下水脆弱性。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、定量評價，以及以衡陽盆地為例做出水資源脆弱性的評價分析。王惠[5]運用層次分析法和模糊物元分析法對天津市于橋水庫地表水脆弱性進行了研究。呂彩霞等[6]對海河流域脆弱性做出了評價，證明水資源調(diào)控措施將會改善海河流域水資源脆弱性。黃友波等[7]運用定性分析方法，對黑河地區(qū)水資源脆弱性進行了研究。白慶芹等[8-10]分別運用不同數(shù)學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，建立綜合評價指標體系，并依據(jù)評價結(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、社會發(fā)展等影響因素的同時，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[3，6，8，10-11]的基礎(chǔ)上，建立了13項指標體系(圖1)。

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

13個指標中，年降水距平變化率(X1)為當年實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)濟發(fā)展狀況帶來的潛在威脅；廢水排放量(X9)表示工業(yè)對地表水的污染狀況；人口密度(X10)和人口自然增長率(X11)表示人口對研究區(qū)水資源帶來的壓力；人均水資源量(X12)表示研究區(qū)人類對水資源的潛在污染；人均GDP(X13)表示研究區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平對該區(qū)水資源負荷的影響。

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

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的權(quán)重大小[12]。正負向指標分別采用式(1)、(2)對數(shù)據(jù)進行標準化。筆者采用熵權(quán)法求權(quán)重，再用模糊綜合評價法求出脆弱性結(jié)果。

(1)

(2)

(j=1，2，…，m)(3)

第j個指標的熵權(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)河流域脆弱性評價權(quán)重

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

指標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 水資源模糊綜合評價模型 水資源是一個復雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，評價水資源脆弱性的方法有層次分析法、模糊綜合評價法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、數(shù)據(jù)包絡分析法和物元分析法。筆者采取模糊綜合評價法[12]求出脆弱性評價結(jié)果，是將熵值法求出的權(quán)重(W)與模糊關(guān)系矩陣(R)合成運算即可得評價結(jié)果。

B=W·R

(5)

式中，W為權(quán)重；R為數(shù)據(jù)標準化后的模糊關(guān)系矩陣。

2 結(jié)果與分析

運用以上模型求出衛(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?？梢姡幽闲l(wèi)河流域整體脆弱性程度比較嚴重。其中，鶴壁最為嚴重，它的人口自然增長率達到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)濟的快速發(fā)展使水資源超負荷。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)展強度較大，農(nóng)藥的過度使用導致衛(wèi)河中游脆弱性強?？傊?jīng)濟因素和人口因素對衛(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)濟和社會發(fā)展的重要影響因素。因此，河流脆弱性的研究成為熱點。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河流水資源。筆者通過對衛(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)展對水資源壓力過大。因此，筆者就以上問題提出幾點可行性建議：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)水率和重復利用率是保護水資源的重要途徑，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)利用率超額嚴重，因此應引入新水源，增加河流水量。④嚴格控制開發(fā)利用量，政府要做好統(tǒng)一規(guī)劃和調(diào)度；對水源的源頭做好防止污染和保護工作；提高公民節(jié)水意識和保護水源的觀念。

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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