變化環(huán)境下尼洋河水資源脆弱性評(píng)價(jià)

白慶芹

（西藏農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝 860000）

在全球氣候變化和人類活動(dòng)的影響下，人類開始面臨水資源短缺，洪澇災(zāi)害頻繁、供需不平衡、水環(huán)境惡化等眾多問題，都是水資源脆弱性的表現(xiàn)。河流作為重要的地表供水水源，是水循環(huán)的主要組成部分之一，是制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，對(duì)河流水資源進(jìn)行脆弱性評(píng)價(jià)，成為保護(hù)區(qū)域地表水資源的重要手段之一。早在20世紀(jì)60年代法國Albinet和Marget首先提出了地下水資源脆弱性概念，拉開了水資源脆弱性研究的序幕，隨后國內(nèi)學(xué)者在水資源脆弱性評(píng)價(jià)方面展開了大量研究，其中關(guān)于河流水資源脆弱性方面的研究主要涉及到丹江口水源區(qū)、淮河流域、石羊河流域、塔里木河流域、海河流域、黃河上游等區(qū)域［1-6］。

西藏作為高海拔地區(qū)的代表，水資源量極其豐富，隨著近幾年地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的要求，大量人類活動(dòng)干預(yù)到水文循環(huán)過程中。伴隨著全球氣候變化，部分地區(qū)開始出現(xiàn)極端天氣，導(dǎo)致水資源短缺、水環(huán)境惡化等問題突顯，急需開展河流水資源脆弱性相關(guān)研究。本文以雅魯藏布江一級(jí)支流尼洋河為例，基于變化環(huán)境因素篩選指標(biāo)，進(jìn)行尼洋河流域水資源脆弱性模糊評(píng)價(jià)，為西藏區(qū)域發(fā)展建設(shè)提供理論數(shù)據(jù)支撐。

1 尼洋河流域概況

尼洋河是雅魯藏布江五大一級(jí)支流之一，位于雅江干流左岸，流域東西長230km，南北寬110km，分水線總長800km，流域總面積17535km2。尼洋河又名尼洋曲，發(fā)源于西部拉聞拉、俄拉等一系列山峰環(huán)抱的湖盆帶，從源頭拉木措流出，由西向東經(jīng)松多至工布江達(dá)，過百巴、更張、尼西、八一鎮(zhèn)，急劇折向南流，在魯定村附近匯入雅魯藏布江。流域內(nèi)有許多溝壑古川，海拔程西北向東南遞減趨勢(shì)，源頭至出口總落差2080m，流域左右岸分布比較對(duì)稱，大部分地區(qū)為草甸、森林覆蓋。上游多為冰磧湖，中下游河谷相對(duì)寬闊。上游段為源頭拉木措到工布江達(dá)縣城，河谷受兩岸巖性約束，寬窄變化懸殊，主要以牧業(yè)生產(chǎn)為主，灌溉條件差；中游段從工布江達(dá)至八一鎮(zhèn)，河谷較寬，階地發(fā)育明顯；下游從八一鎮(zhèn)至魯定注入雅江，地形主要為河谷平原，多灘地、心洲。流域多年平均降雨量為1336.4mm，干濕季節(jié)明顯，每年5～10月為雨季，濕潤多夜雨，少暴雨，雨季降水量約占全年降水的85%左右，其他月份在西風(fēng)帶影響下天氣干，燥晝夜溫差大。蒸發(fā)強(qiáng)度年內(nèi)變化懸殊，年際變化不大［7］。

2 評(píng)價(jià)方法

2.1 尼洋河流域水資源脆弱性評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

目前為止，我國還沒有統(tǒng)一的水資源脆弱性評(píng)價(jià)體系，前人在水資源脆弱性評(píng)價(jià)研究中常采用的評(píng)價(jià)系統(tǒng)或是從本質(zhì)脆弱性和特殊脆弱性考慮構(gòu)建模型；或是從水量、水質(zhì)、洪災(zāi)和旱災(zāi)角度出發(fā)；或是對(duì)內(nèi)部自然承載能力和外部壓力驅(qū)動(dòng)力分別考慮［8］；或是從自然因素、人為因素、綜合因素等層面進(jìn)行分析；或是從驅(qū)動(dòng)力、壓力、狀態(tài)、影響和響應(yīng)方面考慮；或是從效益水平、水資源量、生態(tài)環(huán)境三方面構(gòu)建［9］等。根據(jù)研究者建立的系統(tǒng)所考慮因素不同，選取不同的指標(biāo)，綜合分析發(fā)現(xiàn)，這些評(píng)價(jià)體系均能從定性及定量角度出發(fā)進(jìn)行水資源脆弱性評(píng)價(jià)。

本文參考眾多文獻(xiàn)，從變化環(huán)境影響角度出發(fā)，考慮尼洋河流域氣候、水文要素及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展特色，基于DPSIR模型［10］進(jìn)行指標(biāo)篩選，建立尼洋河流域水資源脆弱性評(píng)價(jià)體系（如圖1）。

圖1 尼洋河流域水資源脆弱性評(píng)價(jià)體系

DPSIR模型是從系統(tǒng)分析的角度將目標(biāo)層分成驅(qū) 動(dòng) 力 （Driving forces）、 壓 力 （Pressure）、 狀 態(tài)（State）、影響 （Impact）和響應(yīng) （Response）5大中間層。驅(qū)動(dòng)力包括人口密度（X1）、人均地區(qū)生產(chǎn)總值（X2）和三產(chǎn)比重（X3）；壓力包括人均日用水量（X4）、人均耕地面積（X5）和工業(yè)COD排放濃度（X6）；狀態(tài)包括干旱指數(shù)（X7）、年降水量（X8）、人均水資源量（X9）和實(shí)際耕地灌溉畝均水資源量（X10）；影響包括產(chǎn)水模數(shù)（X11）、水溫氣溫比值（X12）、含沙量（X13）和單方水糧食產(chǎn)量（X14）；響應(yīng)包括造林面積（X15）和森林覆蓋率（X16）。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

篩選的各評(píng)價(jià)指標(biāo)具有不同的量綱，為消除各指標(biāo)之間的相互影響需進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理。現(xiàn)將指標(biāo)分成兩大類，越大越不脆弱型和越小越不脆弱型，按照公式（1）、（2）分別進(jìn)行計(jì)算。

式中 rij為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于第i個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)值；Xmax，Xmin為評(píng)價(jià)指標(biāo)在各評(píng)價(jià)區(qū)域所達(dá)到的最大值；Xij為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于第i個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域的原始數(shù)值。

設(shè)有n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，m個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域，數(shù)據(jù)預(yù)處理后建立n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)于m個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域的歸一化矩陣R，

2.3 基于熵權(quán)法的模糊綜合評(píng)價(jià)

熵權(quán)法能夠避免主觀因素干擾，操作簡(jiǎn)單、客觀性及實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。本文采取熵權(quán)法進(jìn)行流域水資源脆弱性評(píng)價(jià)。

熵值代表了評(píng)價(jià)指標(biāo)的離散程度，第i個(gè)指標(biāo)的熵按式（3）進(jìn)行計(jì)算，

式中當(dāng)fij=0時(shí)，令fijlnfij=0。

第i個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)可定義為：

其中

根據(jù)所求各指標(biāo)熵權(quán)構(gòu)建模糊權(quán)向量W=（w1，w2，w3，…，wm），將模糊權(quán)向量W歸一化矩陣R相乘得到模糊矩陣B=W·R=（b1，b2，b3，…，bm），b1，b2，b3，…，bm為各評(píng)價(jià)區(qū)域的水資源脆弱度值。

水資源脆弱性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，本文研究考慮尼洋河流域地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特色主要是以農(nóng)業(yè)和旅游業(yè)等為主，參考眾多文獻(xiàn)資料，在尼洋河流域水資源脆弱性評(píng)價(jià)體系基礎(chǔ)上，建立不脆弱、比較脆弱、中等脆弱、重度脆弱、極度脆弱5個(gè)等級(jí)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 尼洋河流域水資源脆弱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本文將尼洋河流域按照上游、中游、下游進(jìn)行劃分，對(duì)2017年的尼洋河流域數(shù)據(jù)資料進(jìn)行水資源脆弱性評(píng)價(jià)。上游區(qū)域?yàn)槟嵫蠛釉搭^至工布江達(dá)鎮(zhèn)段，涉及到工布江達(dá)縣的工布江達(dá)鎮(zhèn)、金達(dá)鎮(zhèn)、加興鄉(xiāng)、娘蒲鄉(xiāng)、江達(dá)鄉(xiāng)；中游是工布江達(dá)鎮(zhèn)到八一大橋斷面，涉及到工布江達(dá)縣的仲薩鄉(xiāng)、朱拉鄉(xiāng)、錯(cuò)高鄉(xiāng)及巴宜區(qū)的巴河鎮(zhèn)、百巴鎮(zhèn)、更張門巴民族鄉(xiāng)；下游為八一大橋斷面到尼洋河入雅江匯合口，涉及到巴宜區(qū)的城區(qū)段、布久鄉(xiāng)、林芝鎮(zhèn)。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)據(jù)選用實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)，水溫、氣溫、COD、含沙量值為2017年現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)來源于林芝市統(tǒng)計(jì)年鑒、水利公報(bào)等。

根據(jù)公式（1）、（2）將各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)分別進(jìn)行預(yù)處理后建立歸一化矩陣如表2。

表2 歸一化數(shù)據(jù)

3.2 熵權(quán)計(jì)算

應(yīng)用Excel進(jìn)行熵值法計(jì)算，按照公式（3）求得各指標(biāo)的熵值，并按照公式（4）計(jì)算熵權(quán)，得到模糊權(quán)向量W，計(jì)算結(jié)果如表3，人均GDP占的比重最大，人口密度比重最小。

表3 尼洋河水資源脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3.3 模糊評(píng)價(jià)

將模糊權(quán)向量W歸一化矩陣R相乘得到模糊矩陣。計(jì)算結(jié)果顯示，尼洋河流域整體水資源脆弱度0.5738，上游的水資源脆弱度0.2500，中游水資源脆弱度0.5168，下游水資源脆弱度0.6622，尼洋河流域各區(qū)域水資源脆弱度結(jié)果如圖2。上游為尼洋河源頭區(qū)至工布江達(dá)鎮(zhèn)段，該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要是農(nóng)業(yè)為主，人口密度相對(duì)較大，森林覆蓋率較高，數(shù)據(jù)采集時(shí)正在修建林拉高等級(jí)公路，河流中泥沙量相對(duì)較中下游大，上游比降較大河道多為峽谷，泥沙大部分向中下游運(yùn)移，人工影響因素相對(duì)較小，為比較脆弱區(qū)。流域中游段積水面積最大，以服務(wù)業(yè)農(nóng)業(yè)共同發(fā)展，農(nóng)田灌溉用水較多，節(jié)水灌溉量較小，為中等脆弱區(qū)。下游涉及巴宜區(qū)的主城區(qū)位置，人均GDP最高，人均日用水量幾乎是上游的兩倍，水溫與氣溫相差最大，森林覆蓋率最小。八一鎮(zhèn)城區(qū)范圍近幾年一直在發(fā)展新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，重點(diǎn)打造旅游服務(wù)業(yè)，人類活動(dòng)影響程度達(dá)最大，水資源脆弱度為重度。采用熵權(quán)法對(duì)各指標(biāo)脆弱度分別進(jìn)行分析如圖3。森林覆蓋率脆弱值最大，人均GDP脆弱值最小。

圖2 尼洋河流域各區(qū)域水資源脆弱度

圖3 尼洋河流域各指標(biāo)脆弱度

4 結(jié)語

（1）對(duì)尼洋河上游、中游及下游區(qū)域水資源脆弱度進(jìn)行熵權(quán)法分析，計(jì)算方法客觀性強(qiáng)，避免了主觀因素干擾。

（2）基于氣候變化和人類活動(dòng)影響篩選的各指標(biāo)，對(duì)脆弱性均有顯著影響，指標(biāo)篩選比較合理，評(píng)價(jià)結(jié)果比較客觀。

（3）尼洋河流域從上游到下游的空間分布上程越來越脆弱的趨勢(shì)，整體為中度脆弱。主要是環(huán)境保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程還不夠適應(yīng)，在今后的城市發(fā)展建設(shè)中要注重統(tǒng)籌兼顧的原則。

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