張 亮,王興宗,張隴娟(中共定西市委黨校,甘肅 定西 743000)
引洮工程受水區(qū)生態(tài)脆弱性評價
——以定西市五縣(區(qū))為例
張 亮,王興宗,張隴娟
(中共定西市委黨校,甘肅 定西 743000)
引洮工程;受水區(qū);生態(tài)脆弱性;評價;定西市
在分析引洮工程定西受水區(qū)生態(tài)環(huán)境特征的基礎上,構建3個層次、16項指標的評價指標體系,采用主成分分析法進行生態(tài)脆弱性評價,并以縣級行政區(qū)作為評價單元,將受水區(qū)分為重度、中度和輕度脆弱區(qū)。研究結果顯示,脆弱區(qū)空間分布與自然、人類活動等因素有較強的相關性,重度、中度脆弱區(qū)面積較大,共計占五縣(區(qū))總面積的78.44%,主要分布于隴中黃土丘陵溝壑區(qū)中部及北部。研究結果能夠為受水區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與治理提供依據(jù),對引洮工程水資源優(yōu)化調(diào)度、區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展具有借鑒意義。
自1905年美國生態(tài)學家CLEMENTS首次提出生態(tài)交錯帶(Ecotone)概念以來,國際學界圍繞生態(tài)脆弱性(Ecological Vulnerability)的概念、成因進行了多維度探討,通過情景分析、生態(tài)模型模擬、指標評價等方法開展生態(tài)脆弱性研究,采用灰色關聯(lián)法、層次分析法、主成分分析法等數(shù)學方法對評價結果進行準確性檢驗,并借助“3S”技術支持使獲取的數(shù)據(jù)更加客觀真實,研究框架體系正趨于成熟。國內(nèi)生態(tài)脆弱性研究始于20世紀80年代后期,地學、環(huán)境科學相關學者將過渡地帶思想引入各自學術領域中[1],研究涉及農(nóng)、林、牧、漁等生產(chǎn)部門,橫跨資源和災害兩大領域[2],兼顧自然要素與人為要素,取得了重要研究成果。綜合國內(nèi)外學者對脆弱生態(tài)系統(tǒng)的相關論述,生態(tài)脆弱性的基本內(nèi)涵可以歸納為:生態(tài)脆弱性是生態(tài)系統(tǒng)的固有屬性,是指在特定時間截面與空間區(qū)域條件下,生態(tài)系統(tǒng)受到人為或自然干擾,其結構組成和功能所具有的易變性、敏感反應及適應能力[3-8]。生態(tài)脆弱性評價是在區(qū)域尺度上,以定量、半定量的分析方法,對外界壓力接近或超過承受閾值的生態(tài)系統(tǒng)可能的響應、演變趨向進行分析和預測[2,9]。
引洮工程是為解決甘肅中部地區(qū)水資源匱乏問題,以保障城鄉(xiāng)生活用水、工業(yè)用水、生態(tài)用水和農(nóng)田灌溉用水為重點的大(Ⅱ)型跨流域調(diào)水工程。一期工程從臨潭縣、卓尼縣交界處的洮河中游九甸峽水利樞紐引水,由110.48 km的總干渠、3條總長146.18 km的干渠、18條總長256.52 km的灌溉支渠、2條總長47.02 km的縣城以上城市供水專用管線等構成的輸供水管網(wǎng)體系,受水區(qū)包括定西、蘭州、白銀3個市所轄的 7個縣(區(qū)),惠及57個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))近155萬人。對該區(qū)域生態(tài)脆弱性進行評價,不僅能夠提高生態(tài)治理的針對性,而且對實現(xiàn)水資源的優(yōu)化調(diào)度、調(diào)整生產(chǎn)力布局、促進區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
定西市地處我國北方農(nóng)牧交錯帶西段,地理坐標為103°52′~105°13′E、34°26′~35°35′N,土地總面積1.96萬km2,常住人口277.83萬人,共轄六縣一區(qū),其中安定區(qū)、隴西縣、臨洮縣、渭源縣、通渭縣位于引洮工程受水區(qū)內(nèi)。屬溫帶半濕潤和中溫帶干旱氣候區(qū),年均氣溫5.5~7.5 ℃,年均降水量500 mm,年均蒸發(fā)量1 400 mm以上;位于從第一階梯青藏高原向第二階梯黃土高原丘陵溝壑區(qū)、西秦嶺山地的過渡地區(qū),地勢起伏較大,南高北低,海拔1 420~3 941 m;土壤類型豐富,以黃綿土、灰鈣土、黑壚土為主,有機質含量1.0%~1.5%,水土流失嚴重,宜墾殖率較低;植被垂直地帶性特征明顯,從北到南形成了荒漠草原、干旱草原、森林草原灌叢、草甸草原等多種類型,受歷史上亂砍濫伐、過度放牧、毀林開荒等人為因素影響,植被呈現(xiàn)退化趨勢。在自然條件、資源稟賦、發(fā)展基礎等多種因素制約下,定西市經(jīng)濟社會發(fā)展滯后,自我發(fā)展能力弱,素以“苦瘠甲于天下”而著稱[10],是全國最貧困的地區(qū)之一。
生態(tài)脆弱性評價指標涉及脆弱生態(tài)環(huán)境成因和表現(xiàn)特征等方面[11],評價指標數(shù)量較多且關聯(lián)性較強。突出主要指標,避免指標信息覆蓋不全和指標間信息重疊,盡最大可能反映原始指標信息是客觀評價和有效預測的關鍵。因此,本研究采用主成分分析法確定評價指標權重。同時,考慮到基礎數(shù)據(jù)的可獲得性、分析結果應用性和區(qū)域完整性,以定西市縣級行政區(qū)作為評價分析基本單元。
2.1 生態(tài)脆弱性評價指標體系
生態(tài)脆弱性的成因包括自然因素和人為因素兩大類[12],其最終結果表現(xiàn)在社會生產(chǎn)力低下、經(jīng)濟貧困、生存與發(fā)展質量下降等方面。結合生態(tài)脆弱性內(nèi)涵和研究區(qū)實際狀況,運用層次分析法(AHP),分三個層次進行綜合評價。第一層是目標層,即引洮工程定西受水區(qū)生態(tài)脆弱性評價;第二層是準則層,以自然成因和結果表現(xiàn)為基本判定指標;第三層是指標層,選取年均降水量、年均≥10 ℃積溫、坡度等16個指標對準則層要素進行具體表達(圖1)。其中,墾殖率、農(nóng)業(yè)產(chǎn)投比來自《甘肅省定西地區(qū)農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與區(qū)劃匯編》(2003年),年均降水量、年均≥10℃積溫來自定西市氣象局多年監(jiān)測數(shù)據(jù),降雨侵蝕力、土壤可蝕性來自《甘肅省水土保持統(tǒng)計資料匯編》(1979—2000年),建檔立卡貧困戶人均純收入來自定西市扶貧辦2014年測算數(shù)據(jù),其他數(shù)據(jù)主要來自《定西統(tǒng)計年鑒》(2009—2011年)。
圖1 引洮工程定西受水區(qū)生態(tài)脆弱性評價指標體系
2.2 數(shù)據(jù)標準化處理
在數(shù)據(jù)分析前,運用極差標準化(min-max)方法對原始數(shù)據(jù)進行處理,消除指標量綱、計量單位、數(shù)量級差別,實現(xiàn)統(tǒng)一標準下的量化表達。
正向指標標準化和負向指標標準化計算公式為
(1)
2.3 評價因子權重確定
(2)
(3)
式中:i為指標原始序號;j為主成分序號;m為主成分總數(shù),m=5;λij為主成分載荷矩陣元素。
評價指標權重賦值結果見表1。
表1 引洮工程定西受水區(qū)生態(tài)脆弱性指標權重
2.4 生態(tài)環(huán)境脆弱度
生態(tài)環(huán)境脆弱度是用于研究區(qū)域生態(tài)脆弱水平和表征生態(tài)脆弱性的重要指標[13],計算公式[14]為
(4)
式中:xi為第i個評價指標原始值;Wi為第i個評價指標權重;G為生態(tài)環(huán)境脆弱度,其值在0~1之間,數(shù)值越大表明生態(tài)越脆弱,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性越差。按照國內(nèi)學術界生態(tài)環(huán)境脆弱度分級方法,0.6 經(jīng)計算,引洮工程定西受水區(qū)總體生態(tài)環(huán)境脆弱度為0.644。 2.5 分縣(區(qū))評價 為了強調(diào)人類活動強度對生態(tài)環(huán)境的影響,著重體現(xiàn)以區(qū)域環(huán)境質量的社會性為主線的空間特征[9],以縣級行政區(qū)作為基本評價單元,并按前文所述方法分別計算出定西市五縣(區(qū))生態(tài)環(huán)境脆弱度為安定區(qū)0.697、隴西縣0.795、臨洮縣0.583、渭源縣0.571、通渭縣0.760,生態(tài)脆弱區(qū)狀況見表2。 注:表中數(shù)據(jù)來自《定西市生態(tài)文明建設規(guī)劃(2013—2020年)》。 從生態(tài)脆弱性評價結果來看,定西市五縣(區(qū))生態(tài)脆弱區(qū)空間分布與自然、人類活動等因素有較強的相關性。重度、中度脆弱區(qū)面積共計1.059萬km2,占五縣(區(qū))總面積的78.44%,均屬黃土丘陵溝壑區(qū),區(qū)內(nèi)植被稀疏,水土流失嚴重,加之人口密度大(162人/km2),長期掠奪式的生產(chǎn)方式造成了對生態(tài)環(huán)境的強烈擠壓,生態(tài)修復難度較大;輕度脆弱區(qū)面積0.291萬km2,占五縣(區(qū))總面積的21.56%,主要分布在沿洮河、渭河、祖厲河河谷低地,該區(qū)地勢平坦開闊,灌溉便利,地表植被相對豐富,生態(tài)環(huán)境破壞范圍較小且具備一定的自動調(diào)節(jié)能力。 分縣(區(qū))來看,隴西縣、通渭縣、安定區(qū)生態(tài)環(huán)境處于重度脆弱狀態(tài),臨洮縣、渭源縣處于中度脆弱狀態(tài)。其中,隴西縣重度脆弱區(qū)面積0.173萬km2,占其縣域面積的72.08%,通渭縣重度脆弱區(qū)面積0.199萬km2,占其縣域面積的68.62%,生態(tài)環(huán)境惡化程度需要警惕;安定區(qū)通過開展小流域綜合治理、淤地壩建設、坡耕地整治等,使19.67%的重度脆弱區(qū)轉變?yōu)橹卸?、輕度脆弱區(qū)[15],生態(tài)環(huán)境質量較以前有所好轉;臨洮縣、渭源縣生態(tài)環(huán)境基本穩(wěn)定,重度脆弱區(qū)主要集中在臨洮縣東部和渭源縣北部的干旱山區(qū)。 4.1 結 果 根據(jù)生態(tài)脆弱性內(nèi)涵與研究區(qū)生態(tài)環(huán)境特征,運用層次分析法建立引洮工程定西受水區(qū)生態(tài)脆弱性評價指標體系,采用主成分分析法對其生態(tài)脆弱性進行評價,并以縣級行政區(qū)作為評價單元,將定西市五縣(區(qū))分為重度、中度和輕度脆弱區(qū),通過對評價結果的處理分析及脆弱區(qū)空間分布特點的研究得出以下結論。 (1)引洮工程定西受水區(qū)生態(tài)環(huán)境基本處于重度脆弱狀態(tài),說明其生態(tài)本底較為脆弱,生態(tài)系統(tǒng)抵御外界干擾能力較差,生態(tài)環(huán)境風險仍然存在。這與該區(qū)域地處農(nóng)牧交錯地帶和半干旱區(qū)向干旱區(qū)過渡地帶,水資源極度短缺,極端災害天氣多發(fā),人為干擾強度大有直接關系。 (2)根據(jù)生態(tài)脆弱度大小可將研究區(qū)劃分為3個區(qū),其中重度脆弱區(qū)和中度脆弱區(qū)占比較大,主要分布在隴中黃土丘陵溝壑區(qū)中部及北部,在該地區(qū)加強水土保持綜合治理是促進生態(tài)狀況企穩(wěn)向好的有效途徑。近年來通過治理,輕度脆弱區(qū)占比有所增加,但也應注意重點設防并采取必要的保護和恢復措施。 (3)從生態(tài)脆弱性分區(qū)評價來看,結果與定西市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、社會經(jīng)濟表現(xiàn)基本一致,評價方法具有一定可行性,能夠為當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護與治理提供參考。同時,引洮供水一期工程區(qū)涉及的會寧縣、榆中縣與定西受水區(qū)自然地理特征類似,可以采用同樣的研究方法對其進行生態(tài)脆弱性評價。 4.2 討 論 (1)本研究選取16個指標定量評價研究區(qū)生態(tài)脆弱性,在指標選擇方面存在一定主觀性,指標體系并不能完全反映生態(tài)系統(tǒng)的運行狀況。運用主成分分析法在變量降維過程中,處理不同指標間的關聯(lián)性和非線性關系較為困難,增加了研究結果的不確定性。因此,進一步分析研究區(qū)生態(tài)環(huán)境變動的內(nèi)在機制,提取關鍵指標,對研究方法加以改進,是接下來需要繼續(xù)完善的方向。 (2)引洮主體工程總干渠具備過流32~36 m3/s、調(diào)水5.5億m3的能力[16],其中一期工程年調(diào)水量為2.19億m3,這意味著在二期工程建成通水之前,過流能力中有3.31億m3處于閑置狀態(tài)。因此,進一步提高水資源利用效率,適度增加引水規(guī)模,調(diào)整優(yōu)化定西受水區(qū)水資源配置方案,在保證城鄉(xiāng)生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水的基礎上,堅持賦予生態(tài)用水較高的優(yōu)先級,能夠有效改善受水區(qū)生態(tài)環(huán)境質量,對退耕還林還草、控制水土流失十分有利。 (3)無論是“苦瘠甲于天下”,還是“這里不具備人類生存的基本條件”,都是對歷史上定西群眾生活困苦狀況的寫照,而歸根結底干旱少雨、水資源短缺、水土流失嚴重等生態(tài)問題是造成貧困的主要根源?,F(xiàn)階段,定西市被整體列入六盤山集中連片特困地區(qū),受水區(qū)五縣(區(qū))均為國家扶貧開發(fā)工作重點縣,目前還有貧困人口44.35萬人,其中約有28萬絕對貧困人口分布在隴中黃土丘陵溝壑區(qū)中北部。生態(tài)脆弱與深度貧困的相互交織,決定了定西市必須在精準扶貧方略引領下,更加注重破解貧困的生態(tài)枷鎖,建立以水資源保障為核心的生態(tài)扶貧政策體系,優(yōu)先安排供水管網(wǎng)向貧困村延伸,通過水源替換解決貧困人口的飲水問題,同步推進種植業(yè)結構調(diào)整,發(fā)展脫貧與生態(tài)效益兼顧的經(jīng)濟林、木本油料、林下經(jīng)濟,使貧困人口在生態(tài)修復中有更多獲得感。 [1] 魏琦,唐華俊,王道龍,等.內(nèi)蒙古林西縣生態(tài)脆弱性評價研究[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2010,31(3):15-21. [2] 徐廣才,康慕誼,賀麗娜,等.生態(tài)脆弱性及其研究進展[J].生態(tài)學報,2009,29(5):2578-2588. [3] GALLOPIN G C.Linkages between vulnerability,resilience and adaptive capacity[J].Global Environmental Change,2006,16(3):293-303. [4] SCHROTER D,CRAMER W,LEEMANS R,et al.Ecosystem service supply and vulnerability to global change in Europe[J].Science,2005,310(5752):1333-1337. [5] 牛文元.生態(tài)環(huán)境脆弱帶ECOTONE的基礎判定[J].生態(tài)學報,1989,9(2):97-105. [6] 黃寶榮,歐陽志云,張慧智,等.海南島生態(tài)環(huán)境脆弱性評價[J].應用生態(tài)學報,2009,20(3):639-646. [7] 高吉喜.可持續(xù)發(fā)展理論探索——生態(tài)承載力理論方法與應用[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,2001:12-80. [8] 王介勇,趙庚星,王祥峰,等.論我國生態(tài)環(huán)境脆弱性及其評估[J].山東農(nóng)業(yè)科學,2004(2):9-11. [9] 蒙吉軍,張彥儒,周平.中國北方農(nóng)牧交錯帶生態(tài)脆弱性評價——以鄂爾多斯市為例[J].中國沙漠,2010,30(4):850-856. [10] 傅伯仁,李愛宗,張亮,等.甘肅中部地區(qū)農(nóng)村勞動力轉移的問題及對策[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2010,31(3):59-63. [11] 鐘曉娟,孫保平,趙巖,等.基于主成分分析的云南省生態(tài)脆弱性評價[J].生態(tài)環(huán)境學報,2011,20(1):109-113. [12] 尚立照,張龍生.基于“成因—結果”指標的甘肅各縣區(qū)生態(tài)脆弱性定量評價[J].中國水土保持,2010(6):11-13. [13] 趙冰,張杰,孫希華.基于 GIS 的淮河流域桐柏—大別山區(qū)生態(tài)脆弱性評價[J].水土保持研究,2009,16(3):135-138. [14] 趙躍龍,張玲娟.脆弱生態(tài)環(huán)境定量評價方法的研究[J].地理科學,1998,18(1):73-79. [15] 李繼忠,包小蘭.安定區(qū)水土保持現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].中國水土保持,2015(7):61-63. [16] 嚴文學.甘肅省引洮工程供水區(qū)水資源優(yōu)化配置研究[D].西安:西安理工大學,2005:52-54. (責任編輯 李楊楊) 甘肅省哲學社會科學規(guī)劃項目(YB183) S157 A 1000-0941(2017)08-0065-04 張亮(1979—),男,甘肅定西市人,講師,學士,研究方向為城鎮(zhèn)化與區(qū)域生態(tài)安全。 2017-01-153 研究結果
4 結果與討論