（河北省衡水水文水資源勘測(cè)局，河北 衡水053000）

水資源不僅是孕育生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是維系地球生態(tài)過(guò)程演進(jìn)、人地可持續(xù)發(fā)展的重要生態(tài)要素之一［1］。水資源關(guān)系著居民日常生活，也與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、環(huán)境發(fā)展密切相關(guān)，如何有效開(kāi)發(fā)和利用水資源，以促使水資源的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益得到長(zhǎng)效發(fā)揮，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑［2-3］，因而理清區(qū)域水資源時(shí)空分布特點(diǎn)具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。水資源脆弱性是對(duì)區(qū)域水資源涵養(yǎng)能力及其對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展支持能力的度量，在水資源供需形勢(shì)嚴(yán)峻的背景下，研究水資源脆弱性為水環(huán)境保護(hù)和科學(xué)利用提供信息基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

衡水市位于我國(guó)華北平原、冀魯交界之地，處于海河中下流沖積平原帶，區(qū)域面積8815km2，占全省總面積的4.67%。區(qū)域位于亞歐大陸東岸中度稍高緯度帶，受信風(fēng)帶和大陸高壓交替控制，形成了大陸性季風(fēng)氣候［4-5］，冬夏分明、春秋短促、雨熱同期，多年平均降水量524.8mm，年平均氣溫12.6℃，年均蒸發(fā)量1557mm，無(wú)霜期200d，大于10℃的有效積溫在2400～3500℃之間。由于氣候暖干化發(fā)展及降水和地表徑流缺失，衡水市干旱災(zāi)害時(shí)常發(fā)生，區(qū)域水資源供應(yīng)形勢(shì)不容樂(lè)觀。

1.2 水資源脆弱性評(píng)價(jià)方法

1.2.1 水資源脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

水資源總量在一定時(shí)空范圍內(nèi)是有限的，受經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增加、資源破壞等影響，水資源供需逐漸失去平衡［6］。水資源脆弱性反映了區(qū)域水資源產(chǎn)出、利用等綜合情況，參照相關(guān)學(xué)者研究經(jīng)驗(yàn)［6-8］，從區(qū)域自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平等方面建立水資源脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系：A1人口密度 （人/km2）、A2人均水資源量（m3）、A3單位GDP耗水量（萬(wàn)元/m3）、A4產(chǎn)水模數(shù)（萬(wàn)m3/km2）、A5森林覆蓋率（%）、A6降水量（mm）、A7污水處理率（%）。 其中A1～A3指標(biāo)反映的是區(qū)域水資源供應(yīng)壓力，A4～A6表征水源涵養(yǎng)能力，A7為人為響應(yīng)。就指標(biāo)性質(zhì)來(lái)說(shuō)，A1，A3為正向指標(biāo)，其指標(biāo)值越大，則水資源越脆弱；其余為負(fù)向指標(biāo)，指標(biāo)值越大，水資源錯(cuò)弱性越小。該指標(biāo)體系具有多維、獨(dú)立性、可操作性，能夠反映水資源綜合情勢(shì)［6～7］。

1.2.2 水資源錯(cuò)弱性評(píng)價(jià)

指標(biāo)體系中各指標(biāo)分屬不同量綱，不能直接進(jìn)行比較計(jì)算，采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)其歸一化處理。

正向指標(biāo)：

負(fù)向指標(biāo)：

式中 xij為第i年第j個(gè)指標(biāo)數(shù)值；max xj和min xj分別為第j個(gè)指標(biāo)中最大值和最小值；y為標(biāo)準(zhǔn)化值。

各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)水資源錯(cuò)弱性的影響存在差異，為定量描述指標(biāo)重要性，采用熵權(quán)法進(jìn)行客觀賦權(quán)，熵權(quán)法以屬性值信息熵的大小度量指標(biāo)重要性，因而權(quán)值精度更高，對(duì)變量維度的解釋更具科學(xué)性［8］。其計(jì)算公式：

經(jīng)計(jì)算，各指標(biāo)權(quán)值依次為：0.174，0.148，0.142，0.132，0.133，0.139，0.131。 水資源脆弱性的度量用脆弱性指數(shù)E來(lái)表示：

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文涉及了降水、地表水、地下水3類水資源類型數(shù)據(jù)，其中降水資料來(lái)源于國(guó)家氣象局氣候信息中心提供的衡水市站點(diǎn)資料；地表水和地下水?dāng)?shù)據(jù)從《衡水市水資源公報(bào)》（1989～2016）中提取。水資源脆弱性評(píng)價(jià)以衡水市各縣域?yàn)樵u(píng)價(jià)對(duì)象，從《衡水統(tǒng)計(jì)年鑒》（2011～2016） 中提取2010～2015年的各項(xiàng)指標(biāo)，并取其平均值。

應(yīng)用Excel 2016軟件對(duì)水資源數(shù)據(jù)進(jìn)行基本處理，熵權(quán)計(jì)算和水資源脆弱性評(píng)價(jià)；在SPSS 19軟件平臺(tái)上對(duì)水資源最大值、最小值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差等特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。水資源在空間上的分布不均衡，為直觀顯示其空間格局，在ArcGIS 10.3環(huán)境中采用kriging插值法予以空間表達(dá)。

2 衡水市水資源時(shí)空分布

2.1 衡水市水資源描述性統(tǒng)計(jì)特征

表1為衡水市各縣區(qū)水資源量描述性統(tǒng)計(jì)特征。由表1可知，各縣區(qū)水資源總量與人均占有量分配不均，其中阜城縣、景縣水資源最豐富，達(dá)到0.77億，0.75億m3，其次為武邑縣、故城縣、深州市、武強(qiáng)縣，水資源總量依次為0.68億，0.65億，0.63億，0.615億m3，冀州、桃城、饒陽(yáng)、安平、棗強(qiáng)縣水資源總量最少，為0.56億，0.53億，0.50億，0.465億m3。 就人均水資源占有量來(lái)看，武強(qiáng)縣、阜城縣最高，達(dá)到291.11，231.875m3，其次是武邑、饒陽(yáng)、安平縣和冀州區(qū)，分別為191.55，167.77，156.15，155.61m3，而其他縣區(qū)人均水資源占有量小于全市平均水平。衡水市水資源總量達(dá)6.66億m3，人均水資源量?jī)H153.5m3，遠(yuǎn)低于全國(guó)23385m3的平均水平。

表1 衡水市水資源描述性統(tǒng)計(jì)特征 單位：億m3

2.2 衡水市水資源時(shí)間變化特征

降水為衡水市水資源重要補(bǔ)給來(lái)源之一。觀測(cè)資料（1989～2016年氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)）顯示，衡水市降水資源年際之間呈波動(dòng)性，降雨量大于500mm以上的有12年，其中最大值出現(xiàn)在1996年，為656.5mm，最低值出現(xiàn)在2013年，僅353.4mm，最大相差1.86倍。1998～2010年間降雨量趨于穩(wěn)定，于400～550mm之間，而在2012年之后全市降水波動(dòng)性顯著增強(qiáng)［3-4］，時(shí)有干旱或強(qiáng)降雨發(fā)生。新世紀(jì)以來(lái)，衡水市降水強(qiáng)度更加集中，干旱和洪澇相間發(fā)生，年際降水穩(wěn)定性較弱，這可能與氣候變化引起的水循環(huán)過(guò)程有關(guān)，與其他學(xué)者的研究較為一致［6］。降水產(chǎn)流量年際變化特征與年平均降水量相似，1989～2016年間全市降水資源量平均值為55.7億m3，其變化率為-0.0292億m3/a。衡水地表水資源呈現(xiàn)顯著減少趨勢(shì)（P＜0.05）， 其最高值出現(xiàn)在1994年為16.95億m3，最低值僅為2016年的11.12億m3。綜合來(lái)看，衡水市降水資源呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，這將加劇水資源供需不平衡狀態(tài)，如圖1。

圖1 衡水市年降水與地表水資源總量時(shí)間變化

2.3 衡水市水資源空間分布特征

衡水市面積廣闊，域內(nèi)雖然地貌形態(tài)差異不大，但是經(jīng)緯度相差略遠(yuǎn)、與海洋距離位置不一，加上市下墊面環(huán)境差異大，這就使得區(qū)域降水量空間分布存在異質(zhì)性。

以縣區(qū)為統(tǒng)計(jì)單位，計(jì)算了衡水市降水資源空間分布格局，其中安平縣降水量476.2mm，為全市最低，其次為棗強(qiáng)縣，達(dá)481.5mm；冀州區(qū)與武邑縣、饒陽(yáng)縣的降水量相差不大，在510～515mm之間；而武強(qiáng)縣、故城縣、景縣的降水量明顯高于其他地區(qū)，達(dá)554.2，558.3，552.6mm。總體而言，市降水空間分布不均衡，由東向西遞減［9］。文中應(yīng)用kriging插值法繪制了區(qū)域降水量分布圖，如圖2。

圖2 區(qū)域降水量分布

圖3 年徑流分布規(guī)律

衡水市年徑流的分布規(guī)律與年平均降水量分布一致，如圖3，但經(jīng)過(guò)下墊面調(diào)節(jié)作用，各區(qū)域地表徑流量發(fā)生一定變化，全市各縣區(qū)徑流深度相差較大，其中阜城縣最高，為19.68mm。究其原因該縣居于河流下游，河湖較多、水面寬闊，徑流量居于首位；而棗強(qiáng)縣縣域狹小，且居于河流上流，徑流流失嚴(yán)重，僅有2.68mm，為全市最低；景縣、武邑縣、深州市 徑 流 量 相 對(duì) 較 豐 富 ， 分 別 為17.42，15.03，13.85mm，而饒陽(yáng)縣、安平縣、桃城區(qū)、冀州區(qū)等縣區(qū)水源涵養(yǎng)能力差，徑流深度依次為3.73，5.48，6.22，7.33mm。kriging差值圖表明，衡水市徑流量分布由東北向西部遞減。

2.4 衡水市水資源脆弱性評(píng)價(jià)

2.4.1 桃城區(qū)

水資源最脆弱，脆弱性指數(shù)達(dá)0.684。從社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件來(lái)看，桃城區(qū)人口密度達(dá)281人/km2，居衡水首位，其污水處理率達(dá)65.32%，高于其他縣區(qū)，然而其人均水資源量?jī)H112.92m3，另外其產(chǎn)生模數(shù)、森林覆蓋率等自然狀態(tài)均較差。

2.4.2 深州、安平、冀州

水資源脆弱性次之，脆弱性指數(shù)分別為0.665，0.630，0.604，主要由于這3個(gè)縣區(qū)產(chǎn)水模數(shù)等指標(biāo)均較低，且人口密度較大，水資源壓力也較大。

2.4.3 饒陽(yáng)縣

水資源脆弱性指數(shù)達(dá)0.584，雖然其人口密度較小，僅113人/km2，然而其降水資源不足，僅514.6mm，且其污水處理率落后于全市平均水平，故而水資源能力仍較脆弱。

2.4.4 武邑縣

產(chǎn)水模數(shù)、降水量等自然指標(biāo)狀態(tài)較好，其水資源能力弱勢(shì)在于森林覆蓋率較低和單位GDP耗水量較高。

2.4.5 衡水市東南部阜城、故城、景縣、棗強(qiáng)

水資源脆弱性較低，且降水量較高介于530～550mm，森林覆蓋率較好，高于全省29.2%的平均水平，加之區(qū)域人口密度相對(duì)較小，水資源面臨的壓力小于其他縣區(qū)，故而水資源脆弱性指數(shù)最低，如表2。

表2 衡水市各縣區(qū)水資源脆弱性指數(shù)

圖4為衡水市水資源指數(shù)空間分布，顏色越深表示脆弱性指數(shù)越高，則水資源能力越脆弱。其分布特征表明，東部地區(qū)水資源脆弱性較小，西部脆弱性較高，這與衡水市降水資源、地表水資源空間分布特征一致。

圖4 水資源脆弱性指數(shù)空間分布

3 結(jié)語(yǔ)

（1）衡水市地處我國(guó)北方半干旱地帶上，作為華北地區(qū)重要的糧食生產(chǎn)基地，水資源數(shù)量與質(zhì)量對(duì)全市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展起著基礎(chǔ)支撐作用。

（2）衡水市水資源總量為6.46億m3，人均占有量153m3，遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平。

（3）水資源呈現(xiàn)年際變化大和逐漸減少趨勢(shì)，空間上由東向西遞減分布，這對(duì)衡水市經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展造成一定隱患。

（4）通過(guò)對(duì)水資源脆弱性評(píng)價(jià)，結(jié)果表明東部縣區(qū)水資源整體質(zhì)量較高，西部縣區(qū)水資源較為脆弱。

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