疏勒河流域昌马灌区水资源脆弱性分析

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doi:10.3724/SP.J.1201.2012.02104

摘要：依据疏勒河流域昌马灌区水资源现状，运用层次分析法，建立了水资源脆弱性评价指标体系和脆弱度判定标准，分析了灌区水资源的自然脆弱性、人为脆弱性和承载脆弱性等敏感指标，结合2008年资料对灌区脆弱性进行了评价。结果表明：昌马灌区的自然脆弱性、人为脆弱性、承载脆弱性和综合脆弱性指标值分别为1.17、4.11、4.48和4.05，综合属微脆弱态势，但自然脆弱性较强，较符合灌区现状。

关键词：昌马灌区；水资源；脆弱性分析；评价指标；层次分析法；疏勒河流域

中图分类号：TV213.4 文献标识码：A 文章编号：

1672-1683（2012）02-0104-03

Analysis of Water Resources Vulnerability in the Changma Irrigation Area of Shule River Basin

ZHANG Ming-yue1, 2, PENG Ding-zhi1, QIAN Ju2

(1.College of Water Sciences,Beijing Normal University,Beijing 100875,China;

2.College of Earth and Environmental Science,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China)

Abstract:The Shule River is one of the three longest inland rivers in the Hexi Corridor of China,and the Changma irrigation area is one of the main irrigation areas in the Shule river basin.The Analytic Hierarchy Process (AHP) was applied to build the evaluation index system and criterion of water resources vulnerability according to the current water resources situation in the Changma irrigation area,which was used to assess the water resources vulnerability in the area based on the data in 2008.The sensitive indices in the evaluation index system included the natural vulnerability,anthropogenic vulnerability,and burdening vulnerability,which were analyzed in this study.The result showed that the natural vulnerability,anthropogenic vulnerability,burdening vulnerability,and composite vulnerability are 1.17,4.11,4.48,and 4.05,respectively.The composite vulnerability was relatively weak whereas the natural vulnerability was strong,which was consistent with the actual conditions of the irrigation area.

Key words:Changma irrigation area;water resources；vulnerability analysis;evaluation index system;Analytic Hierarchy Process;Shule river basin

1 研究背景

疏勒河是我国河西走廊三大内陆河之一，流域内辖昌马、双塔、花海三大灌区。昌马灌区多年平均气温6.9 ℃，年均降水量63.2 mm，年均蒸发量2 989.6 mm。降水量由南而北、由东到西呈递减趋势。灌区内灌溉方式以大水漫灌、串灌为主，实际灌溉定额均在10 500 m3/hm2以上，水资源利用率较低。近年来，灌区内农业生产、城镇生活、生态环境等用水需求增加和水资源开发利用程度增大，灌区水资源系统脆弱性表现尤为突出。因此，深入研究昌马灌区水资源的基本特性，促进水资源可持续开发利用，对灌区的经济社会

和生态环境协调可持续发展具有十分重要的意义。

水资源脆弱性研究源于20世纪60年代，至今已有30多种计算脆弱性的指数模型。我国水资源脆弱性研究主要是从定性到定量的方向发展［1-4］。刘绿柳等［1］、唐国平等［2］给出了宏观水资源脆弱性评价的概念。邹君等［3］对地表水资源的脆弱性进行了研究，给出了其概念、内涵及评价方法，并对几个具体地区进行了评价。张笑天等［4］对漳河水库灌区水资源脆弱性进行了定量评价，得出了与实际情况基本吻合的结论。近年来，随着经济社会的不断快速发展，开展水资源脆弱性研究，为地区经济协调可持续发展提供科学决策显得日益迫切。

2 灌区水资源脆弱性指标体系构建

水资源脆弱性评价指标涉及内容多、范围广，这里从自然作用、人为影响和承载能力3个方面，考虑指标的科学性、完备性、独立性、可操作性和可比性，参考已有相关研究成果［1-8］及昌马灌区的实际状况，将评价指标分目标层、准则层和指标层3个层次，选取14项指标（如表1）构建昌马灌区水资源脆弱性指标体系。结合2008年统计年鉴资料［9-10］，采用等间距分级法［4］确定分级临界值，各指标结果如表1所示。

3 昌马灌区水资源脆弱性分析

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）［11-13］是将决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础上进行定性和定量分析的决策方法。其主要步骤为：首先，分析系统中各元素（指标）之间的关系，建立综合评价系统的递阶层次结构；然后，对同一层次的各元素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较的判断矩阵。按照一定的比例标度（如1,2,3,…,9）对各评价指标赋予权重；最后，计算单一准则下元素的相对权重，并进行一致性检验。建立层次间的判断矩阵，即：

A=a11 a12 … a1n

a21 a22 … a2n

… … … …

an1 an2 … anm（1）

式中：aij―判断矩阵中的系数（i,j=1,2,3，…,n），表示对于上一层某元素，下一层中两两元素相对重要性的量化值或其倒数。相对重要性的量化值取值如表2所示。

对于昌马灌区水资源脆弱性目标层，准则层3个元素（自然脆弱性、人为脆弱性、承载脆弱性）的判断矩阵为：

A=1 1/5 1/35 1 33 1/3 1

然后，运用方根法求判断矩阵归一化特征向量和特征值，即求判断矩阵各行元素的几何平均值、权重系数和最大特征根。

各行元素的几何平均值为：

bi=nΠnj=1aij（2）

权重系数为：

wi=bi/ni=1bi（3）

最大特征根为：

λmax=1nni=1nj=1aijwjwi（4）

其次，进行一致性检验，检验所求权重系数是否合理，计算公式如下：

CR=CI/RI（5）

式中：CR-随机一致性比率；CI-一般一致性指标，CI=λmax-nn-1；RI-平均随机一致性指标，一般地，RI取值如表3所示［5］。

若CR

最后，计算水资源的综合脆弱性，其计算公式为：

G=cviki（6）

式中：cwi―综合权重系数，是各指标对应层次间权重之积；ki―各指标的评分。将水资源脆弱性分为强脆弱、较强脆弱、中等脆弱、微脆弱和不脆弱5个等级［4］，分别对应的G值范围如表5所示。

从自然作用方面，计算出昌马灌区水资源自然脆弱性G=1.17，处于较强脆弱状态，说明灌区内水资源自然现状较差。其中，多年平均降雨深、多年平均径流深、人均水资源量、单位耕地面积水资源量及干旱指数指标相应的水资源综合脆弱性分别对应为0.487 4、0.074 4、0.140 4、0.255 6与0.211 0，多年平均径流深、人均水资源量及干旱指数指标对应水资源脆弱性较小，对灌区水资源自然脆弱性的影响较明显。灌区内蒸发等损失量较大，平均径流深较小。灌区内人均水资源量较小，属于水资源紧缺地区，区域水资源自然脆弱性较强，与实际情况较为符合。从人为影响方面，计算出灌区人为脆弱性G=4.11，处于微脆弱态势。在现有水资源量不足、分配不均的情况下，水利工程的调蓄能力较强，对水资源配置起到关键作用。水利工程调蓄能力、森林覆盖率、用水效率、水费与成本比及水资源调配合理性指标相应的综合脆弱性分别为2.500 0、0.049 8、0.133 5、0.234 3、1.193 0，其中森林覆盖率指标相应的水资源自然脆弱性最小，灌区森林植被覆盖率较低，加之人为过度放牧等破坏，水资源人为脆弱性随之增大。从承载能力方面，计算出承载脆弱性G=4.48，处于不脆弱态势。最后，计算出灌区的综合脆弱性为4.05，处于微脆弱态势。自然脆弱性、人为脆弱性与承载脆弱性对应计算结果分别为0.12、2.77、1.16，自然脆弱性对应水资源脆弱度最小，对灌区水资源脆弱性影响最大，较符合灌区水资源现状。层次分析法是用来确定指标权重的一种多准则决策方法，应用较广。通过运用该方法对昌马灌区水资源脆弱性各指标权重计算可看出：前期层次结构建立和判断矩阵构建尤为重要，层次结构和判断矩阵合理与否，直接影响到后面的决策过程。

4 结论

昌马灌区地处西北干旱区，属典型内陆干旱性气候，多年平均蒸发量大，人均水资源量低于全国平均水平，水资源时空分布不均。灌区水资源用水效率较高，水利工程调蓄能力较强。以2008年为现状年，运用AHP法对灌区水资源脆弱性进行了综合评价，结果表明，灌区水资源综合脆弱性处于微脆弱态势，自然脆弱性、人为脆弱性与承载脆弱性分别为0.12、2.77、1.16，自然脆弱性最小，对灌区水资源脆弱性影响最大，较符合灌区水资源现状。

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