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氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源的影響研究

2016-03-15 06:57:14白桂華陳國(guó)軍
黑龍江水利科技 2016年12期
關(guān)鍵詞:賦值氣候變化水資源

白桂華,陳國(guó)軍

(1.建平縣江河流域保護(hù)管理局,遼寧 朝陽(yáng) 122400;2.建平縣老官地鎮(zhèn)水利站,遼寧 朝陽(yáng) 122400)

氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源的影響研究

白桂華1,陳國(guó)軍2

(1.建平縣江河流域保護(hù)管理局,遼寧 朝陽(yáng) 122400;2.建平縣老官地鎮(zhèn)水利站,遼寧 朝陽(yáng) 122400)

近年來,持續(xù)的氣候變化以及人類活動(dòng)引起業(yè)內(nèi)相關(guān)人士高度關(guān)注。特別是關(guān)于氣候變化以及人類活動(dòng)對(duì)水資源的相關(guān)影響研究,已成為諸多科學(xué)家研究和關(guān)注的焦點(diǎn)問題。而二者的相關(guān)性以及在相互影響中哪一因素占主導(dǎo)地位,具體影響率有多大,這是文章研究的基本問題和研究的思路所在。通過這一問題,引入功能驅(qū)動(dòng)理論以及差異驅(qū)動(dòng)理論,采用主觀賦權(quán)法以及客觀賦權(quán)法,分別就人類活動(dòng)和氣候變化對(duì)水資源的相關(guān)影響進(jìn)行分析計(jì)算。

氣候變化;人類活動(dòng);水資源;影響

0 前 言

一般而言,在對(duì)社會(huì)生態(tài)環(huán)境以及氣候變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)及相關(guān)性分析中,諸多學(xué)者會(huì)采用敏感分析法及要素對(duì)比分析法進(jìn)行理論研究,同時(shí)也有部分學(xué)者采用回歸分析法與主成分分析法,就氣候變化及人類活動(dòng)對(duì)地表徑流的相關(guān)影響進(jìn)行分析。但是,上述方法都只能在一定程度上反應(yīng)氣候變化與人類活動(dòng)和水資源之間的相關(guān)性,無法準(zhǔn)確、客觀計(jì)算分析二者對(duì)水資源影響的具體權(quán)重系數(shù)。因此,文章從數(shù)學(xué)模型的基本角度出發(fā),結(jié)合“功能驅(qū)動(dòng)”和“差異驅(qū)動(dòng)”理論,分別采用主觀賦值法與客觀賦值法,就我國(guó)某流域作為重點(diǎn)研究區(qū)進(jìn)行理論分析與實(shí)證研究,不僅全面深入分析了氣候變化、人類活動(dòng)對(duì)水資源之間的相關(guān)性,而且在此基礎(chǔ)上,通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,科學(xué)計(jì)算出氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)水資源影響的具體權(quán)重系數(shù),從而為該地區(qū)生態(tài)環(huán)境污染治理提供了科學(xué)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)[1]。

1 研究案例簡(jiǎn)介

研究區(qū)為大凌河流域。從氣候特征及降水情況來看,本研究區(qū)屬于寒溫帶夏雨炎熱型氣候,降水相對(duì)不足,主要集中于6-8月份;從水資源的總體賦存情況來看,該地區(qū)全年水資源可達(dá)17.2億m3,再加上該地區(qū)屬于國(guó)家調(diào)水補(bǔ)給重點(diǎn)區(qū)。因此,每年通過引流補(bǔ)充水源約0.301億m3,但由于人口逐年增多,人類活動(dòng)頻繁,對(duì)大自然無限索取,因此使社會(huì)需求量與環(huán)境資源實(shí)際承載量嚴(yán)重失衡,同時(shí)歷年來氣候變化頻繁,河流水源嚴(yán)重不足[2]。針對(duì)這一情況,文章將 基于“功能驅(qū)動(dòng)”和“差異驅(qū)動(dòng)”的主、客觀賦值法,立足于當(dāng)?shù)貙?shí)際,就氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源影響的相關(guān)性及具體權(quán)重系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析及實(shí)證研究。

2 氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源影響研究的數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源影響研究的數(shù)據(jù)來源

文章在理論與實(shí)證研究中,主要將本研究區(qū)內(nèi)的牲畜數(shù)量及人口總量和人類基本活動(dòng)情況、當(dāng)?shù)谿DP總值,作為主要的賦值因子和具體評(píng)價(jià)分析指標(biāo),然后分別選取該河流域中上游以及中游和下游地區(qū)三個(gè)不同氣象監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氣溫和實(shí)際降水量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與記錄結(jié)果,作為此次研究分析的指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1,文章著重選取2006年6月至2016年6月10年間的全部數(shù)據(jù)指標(biāo),作為此次模型分析的賦值依據(jù),以此探討分析當(dāng)?shù)貧夂蜃兓瘲l件下與人類活動(dòng)雙重影響下,該研究區(qū)內(nèi)水資源實(shí)際變化情況和具體影響的權(quán)重系數(shù)[3]。

2.2 氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源影響研究的方法選擇

在區(qū)域水資源管理中,重要環(huán)節(jié)之一就是科學(xué)確定氣候變化及人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域水資源的影響程度[4]。因此,如何對(duì)這一影響結(jié)果進(jìn)行科學(xué)量化,文章認(rèn)為采用合理的評(píng)價(jià)分析指標(biāo),通過賦值法進(jìn)行定性及定量分析研究,可取得預(yù)期的研究效果。故文章就氣候變化和人類活動(dòng),對(duì)水資源造成的相關(guān)影響進(jìn)行研究時(shí),主要基于功能驅(qū)動(dòng)的主觀賦值法及差異驅(qū)動(dòng)的客觀賦值法進(jìn)行定量分析研究,最終將二者的研究結(jié)果綜合集成,確定區(qū)域氣候變化及人類社會(huì)活動(dòng),對(duì)水資源造成的具體影響。提及賦值法,這一經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià)分析方法最早出現(xiàn)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域,但隨著其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展,相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)不斷凸顯,因此綜合賦值法在現(xiàn)代區(qū)域水資源研究評(píng)價(jià)過程中也得到了更加廣泛的應(yīng)用與實(shí)踐。

3 基于“功能驅(qū)動(dòng)”和“差異驅(qū)動(dòng)”的主、客觀賦值實(shí)證研究

基于功能驅(qū)動(dòng)的主觀賦值法主要應(yīng)用原理,是將研究對(duì)象作為一個(gè)統(tǒng)一整體,然后按照影響指標(biāo)的重要性程度,科學(xué)確定其實(shí)際權(quán)重系數(shù)。故從技術(shù)本質(zhì)上而言,主觀賦值法是一種經(jīng)濟(jì)學(xué)決策工具及經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的思維方式。這一技術(shù)方式在我國(guó)水資源及土地資源合理利用和環(huán)境安全性評(píng)價(jià)中應(yīng)用十分廣泛[5]。因此,采用這一技術(shù)方式就區(qū)域氣候變化和人類社會(huì)活動(dòng),對(duì)水資源造成的相關(guān)影響進(jìn)行研究分析時(shí),要嚴(yán)格按照一定的技術(shù)流程進(jìn)行科學(xué)操作實(shí)踐:

1)對(duì)序關(guān)系進(jìn)行科學(xué)確定。如果在實(shí)際分析研究過程中,第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)Xi對(duì)于某評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的重要性大于或等于第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)Xi的重要性,則就不同學(xué)者對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)集排序的實(shí)際意見進(jìn)行征求,然后表示為Xi>Xj,具體排序關(guān)系式及確定的序關(guān)系式如下式①和②所示:

X5>X7>X9>X1>X3>X2>X8>X6>X4

(1)

X1>X2>X3>X4>X5>X6>X7>X8>X9

(2)

2)給出相鄰指標(biāo)Xk(k=2,3,...5)與X*k-1之間相對(duì)重要程度的比較判斷;

3)按照判斷程度值的不同,通過計(jì)算分析,確定該區(qū)域氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源的影響權(quán)重系數(shù);通過對(duì)當(dāng)?shù)爻W【用襁M(jìn)行調(diào)查分析,選擇20 份具有代表性的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行指標(biāo)分析,最終通過參數(shù)分析,得到該研究區(qū)內(nèi)氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源的相關(guān)影響情況,具體影響權(quán)重系數(shù)的計(jì)算則按照以下公式進(jìn)行分析:

(3)

ωk-1=rkωk

(4)

4)結(jié)合功能驅(qū)動(dòng)原理的主觀賦值法技術(shù)優(yōu)勢(shì),按照專家或相關(guān)評(píng)價(jià)決策者的具體經(jīng)驗(yàn),就該區(qū)域氣候變化和人類社會(huì)活動(dòng)對(duì)水資源的實(shí)際影響進(jìn)行分析研究,并對(duì)研究評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行排序[6]。盡管這一評(píng)價(jià)方法可得到該研究區(qū)不同影響因素對(duì)水資源造成的具體影響,但在此過程中,需通過專家評(píng)價(jià),因此具有一定的主觀性。受人為因素影響,會(huì)使評(píng)價(jià)結(jié)果缺乏客觀性。因此,在上述分析評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上,還要引入差異驅(qū)動(dòng)原理的客觀賦值法進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。這一分析方法主要基于數(shù)學(xué)理論為依據(jù),因此通過各指標(biāo)在總體數(shù)據(jù)指標(biāo)中的變異程度及提供的具體信息量大小,科學(xué)確定該研究區(qū)氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源造成的具體影響。

5)標(biāo)準(zhǔn)化處理該研究區(qū)內(nèi)的原始數(shù)據(jù)矩陣。文章在實(shí)證分析過程中,假設(shè)某原始矩陣數(shù)列一共包含原始樣本數(shù)據(jù)49個(gè),而對(duì)9個(gè)不同的參數(shù)變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后,最終會(huì)得到9行49列的矩陣R;在此矩陣中,第i行及第j列的樣本元素可表示為rij。

6)然后利用下列關(guān)系式:

(5)

7)通過以下關(guān)系式對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的熵權(quán)進(jìn)行科學(xué)定義:

(6)

8)分別對(duì)“功能驅(qū)動(dòng)”和“差異驅(qū)動(dòng)”的主、客觀賦值結(jié)果進(jìn)行綜合賦值處理。由于在上述分析評(píng)價(jià)過程中,基于“功能驅(qū)動(dòng)”的客觀賦值法,主要按照研究區(qū)各指標(biāo)情況的實(shí)際信息量,就當(dāng)?shù)貧夂蜃兓叭祟惢顒?dòng)對(duì)水資源的具體影響進(jìn)行分析;而主觀賦值法主要通過將該研究區(qū)內(nèi)的全部研究指標(biāo)作為一個(gè)統(tǒng)一的整體進(jìn)行分析。因此,二者在各自處理過程中,所得到的該區(qū)域氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源的影響權(quán)重系數(shù)缺乏一定的準(zhǔn)確性與客觀性。故最終對(duì)二者各自的分析結(jié)果進(jìn)行綜合賦值分析,能夠大大提升數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性與客觀性。具體綜合分析計(jì)算公式如下:

ωj=pjk1+qjk2

(7)

在上述公式中,基于差異驅(qū)動(dòng)和功能驅(qū)動(dòng)生成的指標(biāo)權(quán)重系數(shù)分別為Pj和qj,待定系數(shù)分別為k1與k2。

4 研究結(jié)果

本研究區(qū)基于“功能驅(qū)動(dòng)”和“差異驅(qū)動(dòng)”的主、客觀綜合賦值實(shí)證研究結(jié)果見表2。

表2 氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水資源影響的綜合賦值評(píng)價(jià)結(jié)果

綜上可知,對(duì)于我國(guó)的干旱半干旱地區(qū)而言,影響生態(tài)環(huán)境變化的主要自然資源就是水資源。因此,對(duì)其進(jìn)行深入研究,不僅能夠全面了解人類基本活動(dòng)與自然環(huán)境的關(guān)系,而且也在一定程度上為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境改善,提供了科學(xué)的對(duì)策。從近年來的氣候變化總體情況可以看出,極端惡劣天氣在不斷增多[7]。而在此過程中,人類社會(huì)活動(dòng)也越來越頻繁,水資源作為人類賴以生存的基本物質(zhì)條件,也在氣候變化及人類活動(dòng)中發(fā)生了明顯的變化。水資源的分布區(qū)域不均及資源總量嚴(yán)重不足,這一客觀的社會(huì)現(xiàn)狀,引起業(yè)內(nèi)專業(yè)人士的高度關(guān)注,同時(shí)也成為相關(guān)部門重點(diǎn)治理的社會(huì)性問題[8]。

從上述分析結(jié)果可知,該研究區(qū)內(nèi)人類社會(huì)活動(dòng)和當(dāng)?shù)貧夂蜃兓瘜?duì)水資源影響的綜合權(quán)重系數(shù)分別為12.59%以及(2.47+26.32+3.48+21.34+3.76+17.57)=74.94%。因此,從上述最終的綜合評(píng)價(jià)分析結(jié)果來看,該研究區(qū)人為因素和氣候變化因素,對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源的影響較為嚴(yán)重。故應(yīng)合理管理人類違背自然規(guī)律的開采活動(dòng),并合理保護(hù)生態(tài)環(huán)境,減少環(huán)污染,否則將會(huì)遭受自然嚴(yán)懲。

5 結(jié) 語(yǔ)

總之,在差異驅(qū)動(dòng)和功能驅(qū)動(dòng)計(jì)算基礎(chǔ)上,文章又科學(xué)采用綜合集成賦權(quán)法對(duì)二者具體的關(guān)聯(lián)性及實(shí)際影響的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行了分析。研究分析結(jié)果表明,人類活動(dòng)及氣候變化對(duì)水資源的影響率分別為12.59%和74.94%,這一事實(shí)表明,氣候變化因素與人類活動(dòng)因素,對(duì)水資源造成的影響中,前者權(quán)重系數(shù)要明顯高于后者權(quán)重系數(shù)。在此影響過程中,氣候?qū)λY源的影響主要體現(xiàn)在流域內(nèi)部,因此文章結(jié)合實(shí)際研究區(qū)對(duì)二者的相關(guān)性和影響權(quán)重進(jìn)行詳細(xì)分析,為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)提供了科學(xué)的參考依據(jù)。

[1]嚴(yán)登華,何巖,王浩,等.生態(tài)水文過程對(duì)水環(huán)境影響研究述評(píng)[J].水科學(xué)進(jìn)展,2005(05):747-752.

[2]高素麗.遼河流域河道生態(tài)工程建設(shè)方案[J].水土保持應(yīng)用技術(shù),2011(06):35-38.

[3]李學(xué)森.凌河流域水資源現(xiàn)狀及保護(hù)措施[J].水土保持應(yīng)用技術(shù),2015(03):36-37.

[4]劉莉.水文生態(tài)安全法律保障研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2014.

[5]榮潔.城市小流域水量水質(zhì)模型及水環(huán)境容量計(jì)算的研究與應(yīng)用[D].南京:南京大學(xué),2014.

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1007-7596(2016)12-0047-03

2016-11-28

白桂華(1975-),女,遼寧朝陽(yáng)人,工程師,研究方向?yàn)樗Y源管理;陳國(guó)軍(1963-),男,遼寧建平人,工程師,主要從事農(nóng)田水利工作。

P

B

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