漾弓江流域水资源脆弱性评价分析,水资源论文.docx

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1、漾弓江流域水资源脆弱性评价分析,水资源论文在全球变化和人类活动的影响下，水资源作为人类基础性和战略性的自然资源遭到了史无前例的挑战，水资源短缺、水环境恶化、水灾祸频发、水土流失等水资源问题给人民的生产和生活带来宏大的威胁，水资源问题成为制约社会经济可持续发展的一个关键因素。 针对水资源问题，国内外学者围绕水资源管理开展了大量的研究工作，如水资源承载力、水资源开发利用、水资源合理配置、水资源评价等。 水资源系统脆弱性研究是解决水资源问题的一个重要方向，近年来遭到国内外学者的广泛关注，开展水资源脆弱性研究对探求水资源安全的关键性要素和经过具有非常重要的意义。 1 研究区域和方式方法 1. 1 研究

2、区域 漾弓江流域位于云南省西北部丽江市，漾弓江属长江流域金沙江上游支流，本文研究区域为漾弓江木家桥水文站以上含丽江盆地在内的流域，居东经 100 8 13 100 21 10 ，北纬 26 46 36 27 6 5 ，行政区划上包括丽江市古城区 4 个街道办事处、1 个镇 ( 金山镇) 和玉龙县两个镇 ( 白沙镇和黄山镇) ，流域面积 542km2，是丽江市政治、经济和文化核心区 ( 见图 1) 。 流域四面环山，海拔变幅 2363 5596m，最高峰为玉龙雪山。根据丽江气象站多年气象资料( 1951 2020 ) 统 计， 流 域 内 多 年 平 均 气 温12. 8 ，最高气温 19. 4

3、 ，最低气温 7. 8 ，多年平均降雨量 957. 5mm。受地形影响，流域内立体气候明显，气温随海拔呈梯度变化。基于 2018 年卫星影像解译，流域内主要的土地利用类型为森林、灌 丛、农 田、荒 地，其 中 森 林 覆 盖 率 为31. 4% 。森林植被主要分布在 2500 3200m 的地带，华而不实在 2500 2800m 主要分布有半湿润常绿阔叶林、云南松林，在 2800 3200m 为针阔混交林，主要乔木有铁杉、云南松、华山松等。流域内主要的土壤类型有红壤、黄棕壤、棕壤和暗棕壤。 水资源是丽江世界文化遗产地的灵魂，也是丽江社会经济发展的基础。丽江坝区水资源分配不均，黑白水区人均水资源

4、量达 32878m3，而木家桥水文站以上漾弓江流域人均水资源仅为 838m3，属于重度缺水地区。随着丽江社会经济的发展，丽江市水环境面临水污染加剧、水质下降、水资源衰减等严峻的问题，范弢和庄立会对丽江市城市地下水环境脆弱性进行评价，结果显示丽江盆地水资源脆弱性较高。针对丽江坝区水资源问题，丽江市人民 2018 年 8 月通过了 (丽江坝区水资源综合规划，原则同意规划内容。故本文以丽江坝区漾弓江流域为研究点，构建指标体系评估流域现在状况 ( 2008) 、最近 ( 2020) 和中期 ( 2030) 水资源的脆弱性，为 (丽江坝区水资源综合规划的施行提供参考。 1. 2 研究方式方法 水资源脆弱

5、性评价方式方法主要有定性评价和定量评价两类，定性评价主要通过系统分析找出影响水资源脆弱性的主要因素，提出降低水资源脆弱性的措施; 定量分析通过量化脆弱程度评价水资源脆弱性，评价方式方法主要有指标法和函数法，指标法因构建灵敏、易于操作、结果易于解释等优点被广泛应用; 函数法虽具有明确的物理机制，但因函数构建难度大、对数学水平要求高，且结果不易解释等缺点，应用范围相对较小。根据已有的研究，本文选择应用指标法来评价丽江水资源脆弱性，首先建立水资源脆弱性指标体系，采用层次分析法计算指标权重，再加权评估水资源脆弱性。 1. 2. 1 指标体系的建立不同学者因对水资源脆弱性的理解不同，及研究区域和获取资料

6、的不同，建立了不同的指标体系评价水资源脆弱性。如一些学者从自然脆弱性、人为脆弱性、承载脆弱性或综合脆弱性等方面建立指标体系评价不同区域的水资源脆弱性; 有的学者从水资源条件、水资源开发利用效率、生态环境状况、水资源合理配置状况 4 方面构建指标体系评价区域水资源脆弱性; 有的学者从水资源敏感性和适应性构建指标体系; 有的学者从水循环领域、社会经济领域和生态环境领域构建评价指标;有的学者基于压力状态响应模型 ( PSR)或驱动 压力 状态 影响 响应 ( DPSIR) 模型建立指标体系。 因 DPSIR 模型能够有机地结合水资源脆弱性各个方面的优点，故本文选择 DPSIR 模型构建指标体系，根据

7、研究区域特点，遵循科学性、全面性、可操作性原则构建了 17 个指标评价丽江漾弓江流域水资源脆弱性 ( 表 1) 。华而不实驱动力因子选择人口密度 ( D1) 、人均 ( D2) 、万元 需水量 ( D3) 3 个指标表征社会经济发展对水资源发展变化的推动作用; 压力因子选择多年平均降水量 ( P1) 、产水模数 ( P2) 、干旱指数 ( P3) 、输水管道渗漏率 ( P4) 和灌溉水利用系数 ( P5)5 个指标表征流域水资源在自然条件、气候变化和基础设施方面遭到的压力; 状态因子选择人均水资源量 ( S1) 、 类下面水质标准河段所占比例( S2) 、水功能一级区水质达标率 ( S3) 3

8、 个指标表征水资源和水环境状况; 影响因子选择森林覆盖率 ( I1) 、有效灌溉面积占耕地面积比例 ( I2) 和用水缺水率 ( I3) 3 个指标表征水资源对生态系统和社会经济产生的影响; 适应因子选择污水处理率( R1) 、中水回用率 ( R2) 和节水器具的推广使用率 ( R3) 3 个指标表征针对水资源脆弱性采取的措施。 评价数据主要来源于 (丽江坝区水资源综合规划报告和 (丽江市水生态系统保卫与修复规划 报 告 ，评 价 时 段 包 括 流 域 规 划 现 状 年( 2008) 、最近 ( 2020) 和中期 ( 2030) ，在最近和中期的压力指标中，多年平均降雨量、产水模数和干旱

9、指数指标考虑了气候变化的影响，根据区域气候形式 ( CCLM) 中 ECHAM5 模型 B1 排放情景预测的丽江降雨量和气温变化趋势，及对丽江漾弓江流域河川径流气候变化敏感性分析结果，预测了最近和中期流域的多年平均降雨量、产水形式和干旱指数。 1. 2. 2 指标评价标准及计算采用 5 等级 100 分制，参考已有的研究成果和指标的分布规律确定指标评价标准和分级临界值，如多年平均降雨量指标 ( P1) 根据云南省 36 个雨量站多年平均降雨量确定其变化范围，采用不等间距划分等级，产水模数指标 ( P2)根据云南省 16 个地州 2008 年产水模数进行等级划分。因指标对脆弱性有正向 ( 脆弱性

10、随指标值增加而增大) 和负向 ( 脆弱性随指标值增大而减少)影响，正向指标按升序方式、负向指标按降序方式划分级别，17 个指标的分级标准见表 1。【表1】 根据表1 能够对17 个指标进行标准化处理，17个指标中 D1、D2、D3、P3、P4、S2、I3 为正向指标，其余10 个指标为负向指标，标准化时首先根据指标数值判定等级，然后根据不同的公式计算。 正向指标计算公式:【1-2】 式中，ri为第 i 个指标的标准化后的评分; xi为标准化前的第 i 个指标数值; xijmin为第 i 个指标对应的第 j 级别所对应区间的最小值; xijmax为第 i 个指标对应的第 j 级别所对应区间的最大

11、值; Rimin为第 j 级别评分标准的最小值; Rjmax为第 j 级别评分标准的最大值; i = 1，2， ，17; j = ， ，。1. 2. 3 指标权重确定权重确定方式方法有层次分析法 ( AHP) 、熵权法、主成分赋权法、因子分析法等，不同的研究方式方法各有优缺点，本文选用层次分析法来确定指标权重。 首先建立 目的层 ( 水资源脆弱性) 准则层 ( DPSIR) 指标层 ( 17 个指标) 构造模型，其次确定权重。准则层层面采用均权法赋予 驱动 压力 状态 影响 响应 一样权重以比照 3个时段各指标之间变化，指标层层面分别构建判定矩阵，采用 Saaty 标度法请专家对各层指标的两两

12、相对重要性进行评分，然后计算层次单排序，检验判定矩阵一致性，最后采用加权法得到指标层各评价因子相对于水资源脆弱性的权重，详细计算方式方法见以下为参考文献。 1. 2. 4 水资源脆弱性计算及分级标准本文用水资源脆弱性指数 ( WVI) 量化水资源脆弱性，根据权重 和指标标准化后评分值 r 加权求和的方式方法，计算水资源脆弱性指数，计算公式为：【3】 式中: WVIi为第 i 个评价时段的水资源脆弱性指标; rij为第 i 个评价时段第 j 个指标的标准化后评分值; j为第 j 个指标的权重; i =1，2，3; j =1，2，3， ，17。 水资源脆弱性分级标准采用已有的研究结果，将脆弱性分为

13、 5 级，即不脆弱、弱脆弱、中脆弱、强脆弱和极脆弱，详细划分标准见表 2。【表2】 2 评价结果分析 2. 1 指标权重 根据层次分析，DPSIR 模型下的指标权重确定见表 3。由表 3 可知，17 个指标权重在 0. 02 0. 12 范围内，华而不实万元 需水量、污水处理率和人均水资源量权重最大，分别为 0. 119、0. 108 和 0. 100 ，讲明随着流域经济发展而增加的水资源需水量是驱动流域水资源脆弱性的重要原因; 随着城镇化的发展污水处理设施等的运营是决定水资源脆弱性的重要响应措施; 而人均水资源量从量上描绘叙述了流域水资源状况，是表征流域水资源脆弱性的一个重要指标。【表3】

14、2. 2 水资源脆弱性评价结果及分析 根据各个指标权重及指标标准化评价值计算得到丽 江 漾 弓 江 流 域 现 状 水 资 源 脆 弱 性 指 数( WVI2008) 、最近水资源脆弱性指数 ( WVI2020) 和远期水资源脆弱性指数 ( WVI2030) 分别为 67. 2、51. 3 和 46. 3，根据分级标准，流域现在状况水资源脆弱性为极脆弱，最近为强脆弱，中期为弱脆弱，总体上来看，流域水资源脆弱性呈减少趋势。 从驱动 压力 状态 影响 响应来看 ( 图2) ，漾弓江流域现在状况年水资源脆弱性在 5 方面均有具体表现出，华而不实驱动因子相对较强，其次依次为响应、影响、状态和压力因子;

15、 最近和远期 5 个因子的脆弱性均有所减弱，华而不实影响因子表现最突出，表示清楚随着水资源系统驱动、压力和响应因子的改善，影响因子随之明显改善，但水资源状态因子仍然显示相对较强的脆弱性。从17 个指标来看，漾弓江流域现在状况水资源脆弱性主要具体表现出在 D3 ( 万元 需水量) 、P5 ( 灌溉水利用系数) 、S1 ( 人均水资源量) 、I2 ( 有效灌溉面积占耕地面积比例) 、I3 ( 用水缺水率) 、R1 ( 污水处理率) 和 R3 ( 节水器具的推广使用率) ; 最近水资源脆弱性主要具体表现出在 D2 ( 人均 ) 、D3 ( 万元 需水量) 、S1 ( 人均水资源量) 、I3 ( 用水

16、缺水率) 和 R1 ( 污水处理率) ; 远期水资源脆弱性主要具体表现出在 D2 ( 人均 ) 、S1 ( 人均水资源量) 和 I3( 用水缺水率) 。随着社会经济的发展和城镇化的进程，在最近和远期流域水资源脆弱性突出表如今人均水资源量和用水缺水率两方面。流域最近和中期水资源脆弱性驱动因子减弱突出表如今 D3 指标 ( 万元 需水量) ; 压力因子减弱突出表如今 P4 指标 ( 输水管道渗漏率) 和P5 指标 ( 灌溉水利用系数) ; 状态因子减弱突出表如今 S3 指标 ( 水功能一级区水质达标率) ; 影响因子减弱突出表如今 I1 指标 ( 森林覆盖率) 和I2 指标 ( 有效灌溉面积占耕地

17、面积比例) ; 响应因子减弱突出表如今 R2 指标 ( 污水处理回用率) 和R3 指标 ( 节水器具的推广使用率) 。 3 结论与建议 水资源脆弱性评价结果表示清楚流域现在状况水资源处于极脆弱的程度，按 (丽江坝区水资源综合规划报告中落实流域增加供水、节水、水资源保卫与水生态修复等方案，流域水资源最近 ( 2020) 处于强脆弱程度，到中期 ( 2020) 水资源脆弱性可到达中等脆弱程度，讲明 (丽江水资源综合规划的施行将在一定程度上有效降低流域水资源脆弱性。同时到中期流域水资源仍处于中等脆弱程度讲明丽江市漾弓江流域水资源利用和管理面临着宏大的压力和挑战。 为确保流域水资源脆弱性得以减弱，首先

18、要贯彻落实 (丽江坝区水资源综合规划，其次要进一步加强流域水资源综合管理。基于 DPSIR 模型分析，建议加强下面几个方面的建设: ( 1) 加强组织管理，建立多部门介入的水资源综合管理机制，落实、监督、评估 (丽江坝区水资源综合规划报告中提出的各项水资源管理措施; 多方筹措资金，保障流域蓄水、引水、提水、跨流域调水和中水回用等规划工程的建设与维护，缓解流域水资源供需矛盾。 ( 2) 提高水资源利用效率。在水资源总量有限、人均水资源量短缺、人均 增长的情形下，提高水资源利用率是解决水资源短缺的一个关键措施。应推广落实先进的灌溉制度和灌水技术提高农业灌溉用水的利用率; 提高污水处理率和中水回用率

19、提高城镇生活、生产用水效率。 ( 3) 进一步加强节水宣传，强化节水措施，建设节水型社会。节水是解决水资源短缺的另一个重要手段，节水需从宣传教育、管理机制和技术改进等方面加强，通过宣传教育让节约用水成为日常生活的习惯，通过管理机制规范和加强各行各业节水措施，同时加强输水渠道和输水管网等基础设施的改建，推广先进的用水工艺和节水器具，建设友好的节水型社会。 ( 4) 进一步推进产业构造调整。漾弓江流域经济类型以农业为主导，农业是水资源系统中的用水大户; 随着丽江旅游业的发展，城镇景观用水、第三产业需水量不断增加，用水矛盾不断激化，需要进一步调整产业构造。 ( 5) 加强水资源保卫，改善生态环境。加

20、强湿地恢复与保卫，建立水资源保卫体系和水生态保卫工程。 ( 6) 贯彻落实最严格水资源管理制度，实现用水总量控制、用水效率控制和排污总量控制。 以下为参考文献: 1 黄伟雄 跨流域调水与华北水资源的合理配置 我们国家南水北调途径的讨论 J 资源科学，2002，24 ( 3) : 8 13 2 夏军，朱一中 水资源安全的度量: 水资源承载力的研究与挑战 J 自然资源学报，2002，17 ( 3) : 262 269 3 秦大庸，罗翔宇，陈晓军，等 西北干旱区水资源开发利用潜力分析 J 自然资源学报，2004，19 ( 2) : 143 150 4 刘绿柳 水资源脆弱性及其定量评价 J 水土保持通报，2002，22 ( 2) : 41 44 5 邹君，傅双同，毛德华 中国南方湿润区水资源脆弱度评价及其管理 J 水土保持通报，2008，28 ( 2) : 76 80 6 夏军，翁建武，陈俊旭，等 多尺度水资源脆弱性评价研究J 应用基础与工程科学学报，2020，20 ( 增刊) : 1 14