張 鑫 杜朝陽 蔡煥杰

(西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院,陜西楊凌 712100)

黃河中游區(qū)佳蘆河流域生態(tài)脆弱性評價(jià)＊

張 鑫 杜朝陽 蔡煥杰

(西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院,陜西楊凌 712100)

生態(tài)脆弱性評價(jià)可為生態(tài)脆弱流域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建提供重要的依據(jù)。在分析影響該流域生態(tài)脆弱性因素的基礎(chǔ)上,從成因和表現(xiàn)結(jié)果兩個(gè)方面選擇構(gòu)建了佳蘆河流域生態(tài)脆弱性指標(biāo)體系,將人口素質(zhì)等人文信息指標(biāo)納入生態(tài)脆弱性指標(biāo)體系,并利用AHP確定了各指標(biāo)的權(quán)重。采用基于三角白化權(quán)函數(shù)灰色聚類評價(jià)方法對佳蘆河流域生態(tài)脆弱性進(jìn)行了綜合性評價(jià),結(jié)果表明:佳蘆河流域生態(tài)脆弱性對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ灰類的聚類系數(shù)分別為0.636、0.389、0.472,聚類系數(shù)隸屬于灰類Ⅰ,該流域生態(tài)脆弱性為高度脆弱。

AHP;灰色聚類;流域;生態(tài)脆弱性

20世紀(jì)80年代以來,隨著生態(tài)學(xué)的發(fā)展,脆弱生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的研究愈加活躍[1-3]。研究生態(tài)脆弱性的方法主要包括:模糊綜合評判法[4-6]、EFI(Ecological Frangibility Index)法[7]、層次分析(AHP)法[8]、主成分分析法[9]、基于RS與GIS的評價(jià)方法[10]、物元模型分析法[11]等。生態(tài)脆弱性是自然系統(tǒng)和人文系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。但是目前針對人文系統(tǒng)的脆弱性研究還不夠深入,如脆弱性的因果結(jié)構(gòu)、貧困與人文脆弱性的關(guān)系等也還需要深入探討[12]。生態(tài)脆弱性研究具有很強(qiáng)的地域性和綜合性,本文在構(gòu)建流域包含人文因素的生態(tài)脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上,采用AHP方法確定各指標(biāo)的權(quán)重,并利用基于三角白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類方法對生態(tài)脆弱性進(jìn)行評價(jià),探討流域生態(tài)脆弱性評價(jià)的新思路。

1 生態(tài)脆弱性指標(biāo)體系

佳蘆河流域地處黃河流域中游,毛烏素沙漠南緣,陜北黃土高原北端,發(fā)源于陜西榆林市榆陽區(qū)雙山鄉(xiāng)斷橋村,由西北向東南,至佳縣佳蘆鎮(zhèn)木廠灣村注入黃河,地理坐標(biāo)為東經(jīng)109°59′10″-110°30′00″,北緯37°59′18″-38°28′25″,流域面積1 134 km2,水土流失面積高達(dá)1 125 km2。流域多年平均氣溫10℃,多年平均降雨量395mm,多年平均流量2.85m3/s,年輸沙量1 410萬t輸沙量中大于0.05 mm的粗沙占57.2%。流域自然植被很少,主要為人工林草,生態(tài)環(huán)境脆弱。佳蘆河流域人口密度為131人/km2,其中農(nóng)業(yè)人口占90%。2005年流域共完成國內(nèi)生產(chǎn)總值4.72億元,人均GDP3 185元。由于佳蘆河流域自然地理環(huán)境條件和強(qiáng)烈的人類活動(dòng)干擾,才導(dǎo)致脆弱生態(tài)環(huán)境的形成。

依據(jù)目的性、代表性、整體性、科學(xué)性和可操作性的原則,結(jié)合佳蘆河流域的現(xiàn)狀,構(gòu)建佳蘆河流域生態(tài)脆弱性的評價(jià)指標(biāo)體系。以自然環(huán)境因素為主,綜合考慮人類活動(dòng)因素,兼顧指標(biāo)的可操作性和可比性,最終選取了14項(xiàng)指標(biāo)作為該流域本次生態(tài)脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系,對該流域生態(tài)脆弱性進(jìn)行分析和綜合評價(jià)(見表1)。

由于國內(nèi)外均無統(tǒng)一的生態(tài)脆弱性及其相關(guān)指標(biāo)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),本文根據(jù)全國、陜西省、榆林市等各類指標(biāo)的取值范圍,參照該流域規(guī)劃以及咨詢專家意見后形成如下評價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)取值范圍,并進(jìn)行灰類劃分,分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類,其類別級數(shù)越小,表示脆弱性的程度越大:Ⅰ表示高度脆弱、Ⅱ表示中度脆弱、Ⅲ表示低度脆弱(見表2)。

2 評價(jià)方法

本文根據(jù)生態(tài)脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系,運(yùn)用層次分析法(Analytic Hierarchy Process)來確定指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重,然后采用由劉思峰等人提出的三角白化權(quán)函數(shù)進(jìn)行評價(jià)各層指標(biāo)之間綜合效果和和整體水平[13]。具體步驟如下:

表1 佳蘆河流域生態(tài)脆弱性評價(jià)指標(biāo)

表2 佳蘆河流域生態(tài)脆弱性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

第一步,用AHP方法確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重。

第二步,設(shè)有n個(gè)對象,m個(gè)評估指標(biāo),s個(gè)不同的灰類,對象i關(guān)于指標(biāo)j的樣本觀測值為xij(i=1,2,3,…,n;j=1,2,…,m),根據(jù)xij的值對相應(yīng)的對象i進(jìn)行評估。

將各個(gè)指標(biāo)的取值范圍也相應(yīng)地劃分為s個(gè)灰類,例如將j指標(biāo)的取值分為[a1,as+1]劃分為s個(gè)區(qū)間[a1,a2],…,[ak-1,ak],…,[as-1,as+1][as,as+2]。其中,閾值ak一般可根據(jù)實(shí)際情況的要求或定性研究結(jié)果確定。

第三步,令λk=(ak+ak+1)/2屬于第k個(gè)灰類的白化權(quán)函數(shù)值為1,連接(λk,1)與第k-1個(gè)灰類的起點(diǎn)ak-1和第k+1個(gè)灰類的終點(diǎn)ak+2,得到j(luò)指標(biāo)關(guān)于k灰類的三角白化權(quán)函數(shù)fkj(.),j=1,2,…,s。對于f1j(.)和fsj(.),可分別將j指標(biāo)取數(shù)域向左、右延至a0,as+2。

對于指標(biāo)j的一個(gè)觀測值x可由公式

根據(jù)灰類的分級和各指標(biāo)值及其取域延拓值按照式(1)計(jì)算各指標(biāo)屬于灰類k(k=1,2,…s)的灰色隸屬度(x)。

第四步,計(jì)算對象i(i=1,2,…,n)關(guān)于灰類k(k=1,2,…s)的綜合聚類系數(shù):

表3 佳蘆河流域生態(tài)脆弱性評價(jià)各指標(biāo)權(quán)重

表4 各指標(biāo)灰色隸屬度值

第五步,由1判斷對象i屬于灰類當(dāng)有多個(gè)對象同屬于k＊灰類時(shí),還可以進(jìn)一步根據(jù)綜合聚類系數(shù)的大小確定同屬于k＊灰類的各個(gè)對象的優(yōu)劣或位次。

3 結(jié)果分析

利用AHP法計(jì)算得到各指標(biāo)的權(quán)重(見表3)。

據(jù)佳蘆河流域各指標(biāo)2005年的數(shù)據(jù)和公式(1)計(jì)算可得各指標(biāo)灰色隸屬度值(見表4)。

由表4知,在C層指標(biāo)中C1、C3、C4、C5、C6、C8、C10、C14均屬于Ⅰ(高度脆弱)灰類;C7屬于Ⅱ(中度脆弱)灰類;C2、C9、C11、C12、C13屬于 Ⅲ(低度脆弱)灰類。對于B層指標(biāo):B2、B3均屬Ⅰ灰類,處于高度脆弱狀態(tài);B1、B4屬于Ⅲ(低度脆弱)灰類。對于A層指標(biāo):A1屬于Ⅰ(高度脆弱)灰類;A2屬于Ⅲ(低度脆弱)灰類。

根據(jù)各指標(biāo)的權(quán)重和公式(2)計(jì)算可得指標(biāo)的綜合聚類系數(shù)(見表5)。

表5 指標(biāo)的綜合聚類系數(shù)

4 結(jié)論與討論

(1)通過分析影響佳蘆河流域生態(tài)脆弱性的因素,從成因和表現(xiàn)結(jié)果兩個(gè)方面構(gòu)建了佳蘆河流域生態(tài)脆弱性指標(biāo)體系,將人口素質(zhì)等人文信息納入生態(tài)脆弱性指標(biāo)體系,并利用AHP方法確定了各指標(biāo)的權(quán)重。

(2)采用基于三角白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類評價(jià)方法對佳蘆河流域生態(tài)脆弱性進(jìn)行了綜合性評價(jià)。結(jié)果表明:佳蘆河流域生態(tài)脆弱性對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ灰類的聚類系數(shù)分別為0.636、0.389、0.472,顯然對于灰類Ⅰ的聚類系數(shù)最大,因此,可以判定該流域生態(tài)脆弱性為高度脆弱。評價(jià)結(jié)果與該流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀相吻合。

(3)盡管本文利用三角白化權(quán)函數(shù)將每個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)折點(diǎn)延拓至區(qū)間灰數(shù),有效減小轉(zhuǎn)折點(diǎn)數(shù)值確定偏差對評價(jià)結(jié)果的影響。但是如何根據(jù)實(shí)際的需要給出轉(zhuǎn)折點(diǎn)的準(zhǔn)確的、客觀的值,仍然需要進(jìn)一步研究。

(編輯:王愛萍)

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AbstractAn important basis is provided ecological vulnerability assessment for ecologically fragilewatershed ecosystem economic systems restoration and reconstruction.Based on an analysisof the impact factorson the ecological vulnerability in the basin,an ecological fragility index system is built to consider the causes and the resultsofmanifestations in Jialu RiverBasin,and the qualityof the population and other cultural infor mation is contained in the index system of ecological fragility,andAHPwas used to deter mine theweightof each index.The AHP-grey clustering method is utilized to evaluate the ecological fragility in Jialu River Basin.The results showed that:the ecological fragility of theⅠ,Ⅱ,Ⅲgrey class clustering coefficientswere 0.636,0.389,and 0.472 in Jialu River Basin;apparently the grey typeⅠclustering coefficientwas the largest.Therefore,the highly vulnerable of the ecological fragility in this area can be determined in this basin.

Key wordsAHP;grey clustering;basin;ecological vulnerability

Assessment of Ecological Vulnerability in Jialu River Basin in Yellow RiverM idstream Area

ZHANG Xin DU Chao-yang CA I Huan-jie
(College ofWater Resources and Architectural Engineering,NorthwestA&F University,Yangling Shaanxi 712100,China)

X171.4

A

1002-2104(2010)03專-0155-04

2010-01-04

張鑫,博士,副教授,主要研究方向?yàn)樗乃Y源。

＊國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)(No.14110209);國家重大科技支撐項(xiàng)目(No.10712);西北農(nóng)林科技大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金(No.01140504);西北農(nóng)林科技大學(xué)科研專項(xiàng)(No.08080230)。