王亞維,曾曉林

(1.遵義市國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)中心,貴州 遵義 563000;2.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 114地質(zhì)大隊(duì),貴州 遵義 563000;3.貴州省地礦局 第二工程勘察院有限公司,貴州 遵義 563000)

0 引 言

隨著人口、經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)以及氣候的變化,越來越多的地方出現(xiàn)了水資源匱乏、水環(huán)境惡化等一系列水資源問題,對(duì)國(guó)家和部分地區(qū)的水資源安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅[1-5]。為實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用,保持社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,對(duì)水資源問題的研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

目前,在水資源開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)方面的研究主要集中在水量、水質(zhì)以及水生態(tài)系統(tǒng)等方面。如吳澤宇[6]基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,對(duì)某地區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)域的水量水質(zhì)進(jìn)行了綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。王麗萍等[7]應(yīng)用模糊-隨機(jī)模型,對(duì)水資源污染進(jìn)行綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),以此量化出富營(yíng)養(yǎng)化水體的污染風(fēng)險(xiǎn)水平。秦寧等[8]探討了多環(huán)芳烴在水生態(tài)系統(tǒng)中存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)上,水資源利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)處在一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)當(dāng)中,影響因素眾多,僅用簡(jiǎn)單的幾個(gè)指標(biāo)難以反映出水資源利用風(fēng)險(xiǎn)的真實(shí)狀態(tài)。

因此,本文綜合考慮供水、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境4個(gè)方面的水資源問題,對(duì)主要控制因素進(jìn)行層次劃分,確立研究區(qū)地下水開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并基于突變理論,對(duì)所選取的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一轉(zhuǎn)化處理,最后對(duì)貴州省水資源利用風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

1 水資源利用綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

水資源利用風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)受多種因素的影響,針對(duì)研究區(qū)的用水特點(diǎn),選擇合理的評(píng)價(jià)指標(biāo),是保證評(píng)價(jià)體系準(zhǔn)確性最為重要的環(huán)節(jié)。本文綜合考慮國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范,結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域研究成果,最后確定從研究區(qū)供水、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境4個(gè)方面來評(píng)價(jià)水資源風(fēng)險(xiǎn)狀況,選取13項(xiàng)代表性影響因素作為指標(biāo)層,構(gòu)建水資源利用綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,見圖1。

圖1 水資源利用綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

2 評(píng)價(jià)方法

1969年,勒內(nèi)·托姆率先提出了突變理論的概念。突變理論是研究事物突變現(xiàn)象的一種數(shù)學(xué)表達(dá),是對(duì)不連續(xù)變化的突變現(xiàn)象進(jìn)行表示,從而更好地控制事物發(fā)生突變,使事態(tài)向更好的方向發(fā)展[9-10]。其詳細(xì)評(píng)價(jià)步驟如下[11]。

2.1 突變模型

突變理論主要針對(duì)勢(shì)函數(shù)進(jìn)行研究,根據(jù)勢(shì)函數(shù)對(duì)臨界點(diǎn)進(jìn)行分類,由此得出各類臨界點(diǎn)附近非連續(xù)變化狀態(tài)的特征分布。勢(shì)函數(shù)中,表示系統(tǒng)行為狀態(tài)的稱為狀態(tài)變量;影響行為狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)因素稱控制變量。本研究主要運(yùn)用4種突變模型,具體表達(dá)式見表1。

表1 突變模型類型及其表達(dá)式

表1中,f(x)表示狀態(tài)變量的勢(shì)函數(shù);x為狀態(tài)變量;a、b、c、d為控制變量,表示影響行為狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)因素。

2.2 突變模型歸一化處理

歸一化是一種簡(jiǎn)化計(jì)算的方法?？汕蟪鐾蛔兡：`屬度函數(shù)值,其變量的取值范圍在0～1之間。需要注意的是,隸屬度函數(shù)中變量均有主次之分,一般情況下將主控變量標(biāo)定在前。一般通過歸一法簡(jiǎn)化所得絕對(duì)值小于1,其歸一公式如下:

折疊突變型歸一方程:

尖點(diǎn)突變型歸一方程:

燕尾突變型歸一方程:

蝴蝶突變型歸一方程:

2.3 評(píng)價(jià)原則

根據(jù)問題的具體特征性質(zhì),評(píng)價(jià)過程可采用3種不同計(jì)算準(zhǔn)則,見表2。

表2 突變模型評(píng)價(jià)原則

3 實(shí)例分析

3.1 研究區(qū)概況

貴州省地處我國(guó)西南部,為西南地區(qū)重要交通樞紐。其位于云貴高原,平均海拔1 100m左右,整體地勢(shì)西北高、東南低,地形起伏大。區(qū)內(nèi)屬亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均溫度約16.2℃,年平均降水量約1 200mm。區(qū)域內(nèi)碳酸鹽巖分布范圍廣,占國(guó)土面積的60%以上,巖溶發(fā)育特征明顯,巖溶發(fā)育類型復(fù)雜多樣。雖然區(qū)內(nèi)降水豐富,但地表水與地下水相互補(bǔ)給、轉(zhuǎn)化、循環(huán)交替較為頻繁,強(qiáng)烈的巖溶作用使地表水漏失嚴(yán)重,區(qū)域水資源供需矛盾仍然突出。

3.2 數(shù)據(jù)來源

本文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于2008-2015年公開數(shù)據(jù)《貴州省水資源公報(bào)》[12]和《貴州省統(tǒng)計(jì)年鑒》[13],部分?jǐn)?shù)據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換得出。見表3。

表3 2008-2015年貴州省水資源利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)影響指標(biāo)數(shù)據(jù)

3.3 基于突變模型的水資源利用綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

綜合考慮研究區(qū)水資源量變化、地下水開采狀況、生產(chǎn)生活用水狀況、水質(zhì)的變化情況、生態(tài)用水、植被覆蓋狀況以及人口密度、人均用水量等因素,得到地下水資源開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系表。見表4。

表4 貴州省水資源利用綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.3.2 指標(biāo)的轉(zhuǎn)換

水資源利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中選取的指標(biāo)有正負(fù)向之分,即積極影響和消極影響之分。鑒于此,需要考慮各指標(biāo)的含義及其對(duì)整個(gè)指標(biāo)體系的貢獻(xiàn),在突變模型求解綜合評(píng)價(jià)結(jié)果前,必須進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理,將所得指標(biāo)通過歸一化轉(zhuǎn)化為0～1的統(tǒng)一隸屬度函數(shù)。指標(biāo)轉(zhuǎn)換公式如下:

對(duì)越大越優(yōu)的指標(biāo):

對(duì)越小越優(yōu)的指標(biāo):

對(duì)適中指標(biāo):

式中:a1、a2為函數(shù)的上、下界,可由實(shí)際情況估算而來。當(dāng)實(shí)際情況不明確時(shí),函數(shù)的上、下界可通過各指標(biāo)最大、最小值10%的增減值計(jì)算[14]。

據(jù)此得出研究區(qū)2008-2015年水資源利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值轉(zhuǎn)換結(jié)果,見表5。

表5 貴州省2008-2015年水資源利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)轉(zhuǎn)換值

3.3.3 突變級(jí)數(shù)的計(jì)算

利用各突變級(jí)數(shù)轉(zhuǎn)化公式,且根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,通過逐級(jí)計(jì)算評(píng)價(jià),得到各指標(biāo)突變級(jí)數(shù)大小,見表6。

表6 貴州省2008-2015年水資源利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)突變級(jí)數(shù)及綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

本文借鑒青春炳、潘華盛等[15-16]學(xué)者的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),對(duì)貴州省水資源利用風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)進(jìn)行劃分,劃分標(biāo)準(zhǔn)見表7。

表7 水資源安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)突變級(jí)數(shù)計(jì)算結(jié)果,可以得到貴州省2008-2015年水資源利用風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)值及變化趨勢(shì),見圖2、圖3。

圖2 水資源利用準(zhǔn)則層年際風(fēng)險(xiǎn)值

圖3 貴州省2008-2015年水資源利用風(fēng)險(xiǎn)值變化趨勢(shì)

分析表明,貴州省2008-2015年水資源利用狀態(tài)綜合風(fēng)險(xiǎn)值在0.777 8～0.950 8之間。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),研究區(qū)內(nèi)水資源利用綜合風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)屬于中險(xiǎn)～特險(xiǎn),且年份風(fēng)險(xiǎn)值由高到低排序?yàn)?009>2010>2008>2011>2013>2012>2015>2014。具體分析如下:

2008-2010年,水資源利用狀態(tài)綜合風(fēng)險(xiǎn)值均大于0.9,總體處于較高水平,其中供水安全和經(jīng)濟(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)值明顯高于其它年份。通過查閱水資源公報(bào)等相關(guān)資料可知,這幾年間降雨量大幅減少,區(qū)域內(nèi)多地發(fā)生洪澇、干旱災(zāi)害,水資源量蒸發(fā)嚴(yán)重。特別是2010年,區(qū)內(nèi)遭遇百年一遇的干旱,致使多地?zé)o水可飲,嚴(yán)重影響了人們的生產(chǎn)、生活。

2011-2015年間,水資源利用狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)出現(xiàn)了明顯的下降,其中變化較為明顯的是經(jīng)濟(jì)安全準(zhǔn)則下的“萬(wàn)元GDP用水量”指標(biāo),與2010年相比,至2015年下降51.14%。此外,2010-2015年間生態(tài)環(huán)境安全準(zhǔn)則下的“水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率”提升近5倍之多,這主要?dú)w功于近年來貴州在發(fā)展思路上的轉(zhuǎn)變。需要引起重視的是,水資源社會(huì)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一直處于較高水平,其原因主要是人均用水量居高不下所致。

4 結(jié) 論

1)本文從水資源的供水、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境4個(gè)方面考慮,分析選取了影響水資源利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的13項(xiàng)特征評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)建了水資源利用綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;并基于突變理論,建立了能夠客觀反映多因素決策特征的水資源利用綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。

2)結(jié)果表明,貴州省2008-2015年水資源利用綜合風(fēng)險(xiǎn)值在0.777 8～0.950 8之間,水資源利用風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)屬于中險(xiǎn)～特險(xiǎn),風(fēng)險(xiǎn)值由高到低排序?yàn)?009>2010>2008>2011>2013>2012>2015>2014。由綜合風(fēng)險(xiǎn)值趨勢(shì)線可知,風(fēng)險(xiǎn)值總體呈逐年下降的趨勢(shì),表明貴州省近幾年水資源利用狀態(tài)正朝著好的方向發(fā)展。該評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符,表明采用突變?cè)u(píng)價(jià)法對(duì)水資源安全綜合評(píng)價(jià)是合理、有效的。