1研究方法

水资源系统是一个包括了资源、环境、人口和社会经济等复杂的巨大系统,具有很大的不确定性。本文以湖南省14个地州市为研究对象,从影响水资源的可靠性、恢复性、易损性的水资源系统和人类的抗旱减灾能力等因素出发,利用风险理论对评价区域的农业干旱水资源的风险进行评价[2,3]。

1.1干旱风险指数法

水资源风险泛指在特定的时空环境条件下,水资源系统中所发生的非期望的不确定事件,如潜在的对人的财产、健康、生命安全以及生态环境等构成不利影响或危害的不确定事件。一般而言,干旱的水资源风险管理主要结合可靠性(r1)、恢复性(r2)、易损性(v)来制定和实施有效的干旱风险管理措施[2]。对湖南省而言,各地州市的抗旱减灾能力(c)的大小直接影响了水资源的可靠性、恢复性、易损性。因为,在区域水资源风险形成过程与干旱风险管理中,可靠性、恢复性、易损性、抗旱减灾能力是紧密结合在一起的,缺一不可。干旱风险的大小是四者综合作用的结果。水资源干旱风险指数(DRI)的数学公式表示为:水资源干旱风险指数(DRI)=可靠性(r1)+恢复性(r2)+易损性(v)+抗旱减灾能力(c)

1.2灰色关联聚类分析法[5]

影响农业干旱供水系统水资源风险的因素很多,既有自然的因素,也有社会经济因素。这些因素之间相互关系非常复杂,有的因素起主要作用,有些因素的作用不明显,有些因素之间关系非常密切。假如用全部的影响因素对水资源风险进行评价,结果反而不一定精确。因此,为了防止各因素间的重复选取,用灰色关联聚类分析法将指标分类,去掉干扰因素,从而使评价指标得以简化。

1.3层次分析法

层次分析法(AHP)是计算复杂系统各指标权重最为有效的一种方法之一。层次分析法确定权重可分为以下几个步骤:①建立目标层对各指标层和各指标层对子指标的梯阶层次结构;②构造两两比较判断矩阵;③各层次单排序指标权重计算;④各层次判断矩阵一致性检验;⑤计算组合权重系数。

2农业干旱缺水风险评价指标体系的建立

干旱的水资源风险管理主要结合可靠性、恢复性、易损性来制定和实施有效的干旱风险管理措施[3]。可靠性是指供水系统可供水量能满足农作物需水量的程度,可靠性指数越大水资源风险越小;恢复性是指农业干旱发生时,水资源系统从缺水状态恢复到正常状态的可能性。恢复性指数越低说明干旱缺水越严重,水资源风险越大;易损性反映了农业干旱供水系统缺水所造成的损失程度。在一定的供水期间,农业干旱越严重,干旱损失就越大,供水系统的易损性越也越大,水资源风险越大。事实上,干旱期区域抗旱减灾能力的大小对农业干旱水资源风险指数有着重要的影响。因此,在本评价中,指标的选取充分地考虑人类的抗旱减灾能力对水资源风险的影响。

2.1指标的初选

(1)可靠性。影响可靠性的因素主要有:X1水资源总量、X2降水量、X3地下水资源总量、X4单位耕地面积水库塘坝容量、X5亩均水资源量、X6供水能力、X7农业用水定额、X8农业用水比重等。(2)恢复性。X9水资源开发利用程度、X10汛期降水年内分配度、X11旱水田比重、X12有效灌溉面积、X13受旱率、X14耕地灌溉率、X15缺水率、X16干旱指数、X17森林覆盖率。(3)易损性。用反映旱情和旱灾损失大小的指标来表征水系统的易损性。这些指标主要有X18受旱面积、X19单位面积农业生产总值、X20单位面积粮食产量、X21播种面积、X22人饮水困难数量、X23大牲畜饮水困难数量、X24粮食作物损失、X25经济作物受旱面积等。(4)抗旱能力。各地州市的X26抗旱浇地能力、X27排灌机械、X28抗旱服务组织、X29抗旱从业人员占投入抗旱人数的比重、X30投入抗旱设施装机容量、X31抗旱设备固定资产、X32投入抗旱资金、X33农民人均收入。

2.2指标体系的建立

用灰色聚类法分别将可靠性、恢复性、易损性、抗旱减灾能力的指标聚类。具体如下:(1)计算。用FORTRAN语言编程,通过计算机运行分别得到可靠性、恢复性、易损性的各子系统因素的关联矩阵。(2)指标聚类及指标体系的建立。取临界值。在可靠性影响因素矩阵中,X1、X2、X3、X8为一类;X6、X7为一类,X4、X5各自为一类。选X1、X4、X5、X6等4个影响因素作为可靠性指标的参评因素。其权重分别为:0.237、0.208、0.148、0.406。在恢复性影响因素矩阵中,X10、X11、X13、X14、X16、X17为一类,X12、X15为一类,X9自为一类。选取X9、X10、X12等3个影响因素作为恢复性指标的参评因素。其权重分别为:0.413、0.260、0.327。在易损性影响因素矩阵中,X19、X21为一类,X22、X23、X24、X25与为一类,X18、X20各自为一类。选取X18、X19、X20、X22等4个影响因素作为易损性指标的参评因素。其权重分别为:0.566、0.235、0.136、0.063。在抗旱减灾能力影响因素矩阵中,X26、X27、X28、X29、X31为一类,X30、X32、X33各自为一类。选取X26、X30、X32、X33等4个影响因素作为抗旱减灾能力指标的参评因素。其权重分别为:0.498、0.068、0.313、0.121。可靠性、恢复性、易损性、抗旱减灾能力的权重采用等权处理。

3农业干旱水资源风险评价

3.1评价模型的建立

DIR为水资源干旱风险指数,其值越大,风险越大;γ1、γ2分别为可靠性、恢复性,其值越大,风险越小;ν为易损性,其值越大,风险越大;Ai为各指标的量化值;Wi为对应指标的权重。

3.2农业干旱水资源风险指数的计算结果

根据以上各式分别计算出湖南省14个地州市的可靠性、恢复性、易损性、抗旱减灾能力及水资源风险指数。

3.3湖南省农业干旱水资源风险区划

由于农业干旱水资源风险的形成和发展是可靠性、恢复性、易损性、抗旱减灾能力相互作用的结果,因此水资源风险的等级划分不是采用单一的标准,而是全面地考虑了可靠性、恢复性、易损性、抗旱减灾能力和水资源风险指数。根据此标准,得到湖南省14个地州市的农业干旱水资源风险等级:从行政区来看,张家界、湘西自治州、益阳、娄底由于受到抗旱减灾能力的限制,农业干旱水资源风险高;长沙、邵阳、岳阳、郴州水资源可靠性高,抗旱能力强,农业干旱水资源风险低;株洲、湘潭、衡阳、常德、永州、怀化农业干旱水资源风险居中。从地域分布来看,湘西北、湘中衡阳盆地、湘北洞庭湖尾闾区农业干旱水资源风险高;湘东南、湘东北、湘西北水资源风险低。这与湖南省的实际旱情[8]基本吻合。值得指出的是,由于每个区域导致水资源风险的原因各不同,因此要根据各个区域的各指标的贡献率的不同,因地制宜地通过技术手段、经济手段、管理体制相结合的方法,才能有效降低农业干旱水资源风险,并保持水资源的可持续利用。

4结论

水资源风险评价一直是水资源安全评价的一项重要内容。到目前为止,农业干旱水资源风险的研究尚无较完整的可行研究方法。本文从水资源风险管理出发,结合区域的抗旱减灾能力,利用灰色聚类原理建立了湖南农业干旱水资源风险评价指标体系,并对其进行了评价。评价结果与实际基本一致。因此,认为引用干旱风险管理指数来评价农业干旱水资源风险,是较科学的可行的方法;运用灰色聚类法剔除部分指标的干扰,简化指标体系,是评价结果是评价结果更合乎实际。因此,建立农业干旱水资源风险模型的关键在于建立科学完整的评价指标体系。在指标体系建立过程中,本文充分考虑了区域抗旱减灾能力对农业干旱水资源风险的影响。但是不同区域的农业生产结构不同,如何来体现不同偏好的区域抗旱能力有待进一步研究。