流域水资源脆弱性评价与预测研究

【摘要】：随着人类对自然资源的需求越来越大,资源约束趋紧、生态环境破坏、生态系统退化等问题也越来越严重。其中,水资源问题也引起了越来越多国内外学者的关注。水资源脆弱性作为研究区水安全状况的度量,可以量化表现出水资源的脆弱性程度。流域水资源脆弱性的评价和预测研究则是在水资源脆弱性的基础上,结合流域自有的特征,对研究区当前和未来的水资源脆弱性状况进行评价和预测,从而反映出流域水资源在多种影响因素下的受损程度,并预估不同情景下研究区未来的水安全状况。本文首先根据现有研究和流域水资源的特征,对流域水资源脆弱性进行了定义,并确定了流域水资源脆弱性的研究框架。其次,在流域水资源脆弱性定义的基础上,通过频数分析和因素分类(NHC)分级构建流域水资源脆弱性评价指标体系,设置了水量、水质、洪涝灾害、旱灾4个一级指标,自然因素、人为因素、承载因素3个二级指标,并采用熵权法和线性加权法构建了流域水资源脆弱性评价模型。再次,本文集成了粗糙集理论和BP神经网络两种方法,采用改进了的盲目删除法对指标体系进行降维,通过BP神经网络拟合评价指标与脆弱度之间的映射关系,构建流域水资源脆弱性预测模型。最后,本文以淮河流域为例进行实证分析,从时间和空间两个维度上对2000年~2014年淮河流域整体及流域内的四个省份的水资源脆弱性进行评价。结果表明在时间上,15年间除2009年脆弱性有所恶化,淮河流域整体水资源脆弱度数值呈下降的趋势,即流域水资源脆弱性逐渐好转,且流域内河南、安徽、江苏、山东四省的水资源脆弱性在15年间也均有所缓解;在空间上,淮河流域水资源自西向东越来越脆弱,江苏省的水资源脆弱性始终最严重,河南省则相对较轻。同时,本文根据《淮河流域水资源综合规划(2012~2030年)》的相关内容和要求,并结合淮河流域水资源脆弱性现状的评价结果,选择了农田灌溉亩均用水量、水功能区水质达标率、堤防保护人口数量比、有效灌溉面积比4个指标为变量,并设置了3种情景,讨论在不同力度的管理下淮河流域未来的水资源脆弱性状况。结果表明随着流域水资源管理力度的增强,淮河流域水资源脆弱性的好转越来越明显,且流域水资源脆弱性的好转程度大于指标变化的幅度。同时,随着时间的推移,在指标变化幅度相同的情况下,更大的管理力度给流域水资源脆弱性带来的改善幅度也会越来越大。