【某区域水资源适应性利用能力探究（论文）8500字】

PAGE某区域水资源适应性利用能力研究TOC\o"1-2"\h\u43221引言 1317102变化环境下水资源适应性利用理论体系 288192.1水资源适应性利用概念及内涵 261582.2水资源适应性利用评价指标体系及计算方法 3233902.3变化环境对水资源适应性利用的影响 6175303实例分析 8209113.1研究区概况及数据来源 8274903.2出山店水库供水区水资源适应性利用能力评价 9188203.3变化环境下出山店水库供水区水资源适应性利用能力预测 1281593.4出山店水库供水区水资源适应性利用建议 14131124结论 1415331参考文献（References）: 15摘要：为探索变化环境下的水资源适应性利用途径，基于水资源适应性利用理论，分析变化环境下的水资源适应性利用作用机制，并以出山店水库供水区为例，采用“单指标量化-多指标综合-多准则集成”(SMI-P)评价方法，对2014-2017年出山店水库供水区—浉河区和平桥区的水资源适应性利用能力进行评价，并预测2025年两地区的水资源适应性利用能力，以为出山店水库供水区水资源适应性利用能力提升提出建议。结果表明：2014-2017年浉河区及平桥区的水资源适应性利用能力不断提高，均处于基本适应或适应水平。其中浉河区适应不足的指标有水资源开发利用率、人均污水排放量；平桥区适应不足的指标有产水模数、人均用水量、万元GDP用水量、供水普及率。2025年浉河区及平桥区水资源适应性利用能力均达到适应水平，接近非常适应水平，两地区水资源适应性利用能力有一定提升，但仍有上升空间；对于各准则层，两区水资源子系统适应度相对较低，需要重视供用水环节，浉河区应重视污水排放控制与治理，平桥区应着力于提高经济社会发展水平。关键词：水资源适应性利用；变化环境；SMI-P法；出山店水库1引言气候变化影响天然水循环过程，对降水、蒸发、径流、土壤湿度等造成直接影响；人类活动通过土地利用、水利工程建设等也在不断影响着水资源特征参数的改变。在不断增强的全球气候变化和人类活动的影响下，水资源的开发利用应适应这些因环境因素叠加一起而带来的水资源、经济社会和生态环境系统的变化，通过适应性的调整手段来协调水资源、经济社会和生态环境的关系。目前，国内外学者对水资源适应性利用领域的研究主要集中在水资源适应性利用的管理及决策方面。佟金萍[1]等为解决流域的水资源管理系统不确定性等问题提供了更为优越的适应性管理模式；刘燕[2]分析了水资源开发利用适应性的基本内涵及其特征，并对渭河流域关中地区水资源开发利用进行定量评价；Kundzewicz[3]等提出了不确定性条件下的水资源适应性管理框架；左其亭[4-7]正式提出了水资源适应性利用概念及内涵，对理论原理、框架进行全面剖析，介绍水资源适应性利用理论的应用规则与关键问题，并给出南水北调中线工程实例进行说明，随后，提出基于遥感的新疆水资源适应性利用配置-调控模型研究框架，为水资源适应性利用理论方法及应用研究提供参考。在变化环境下的水资源适应性利用研究方面，夏军[8]等研究了针对不同情景，密云水库水资源适应性方案对策；邓振镛[9]等研究了气候变化对流域多年平均径流的影响，并提出了相应的水资源适应性管理对策及方案；AdaniAzhoni[10]等研究了气候变化下的水资源适应能力；SubhasisGiri[11]等开发了一个水文模型框架以研究变化环境下新泽西南部流域的气候脆弱性指数，并分析三种适应性策略的作用；潘争伟[12]等运用基于联系数—模糊风险矩阵的水资源系统适应性分析方法对变化环境下流域水资源系统适应性进行定量分析。总体而言，目前水资源适应性利用的概念、内涵等定性研究已比较完善，关于变化环境下，涉及水资源、经济社会、生态环境全方位的水资源适应性利用途径研究较少。基于此，本文以出山店水库为例，通过对2014-2017年出山店水库供水区—浉河区和平桥区的水资源适应性利用能力进行评价，并预测2025年两地区的水资源适应性利用能力，探讨变化环境下的水资源适应性利用途径，以期为当地未来水资源管理提供借鉴。2变化环境下水资源适应性利用理论体系2.1水资源适应性利用概念及内涵左其亭[4]给出水资源适应性利用的定义：“水资源适应性利用是指在水资源开发利用的过程中遵循自然规律和社会发展规律，适应人类活动、气候变化、陆面变化等环境变化带来的影响，保障水系统良性循环，所选取的水资源利用方式”。即水资源适应性利用是以人水系统为研究对象，为实现人水和谐以及水资源可持续利用，综合考虑各种因素，例如水文变化、生态环境、经济发展，顺应自然与社会发展规律，通过一系列调控手段，实现适应环境变化的和谐平衡转移，最终使其朝向人水和谐方向发展。水资源适应性利用以两大规律、四大原则、三大任务、四大功能[5]四方面为理论指导，其内涵可解释为：水资源适应性利用是“适应性”在水资源领域的拓展与应用，其面向的是变化环境对“水资源-经济社会-生态环境”大系统的影响，其突出了人类活动与气候变化等变化环境对“水资源-经济社会-生态环境”大系统的作用，将水资源适应性利用赋予动态特征。水资源适应性利用充分考虑水系统循环的两大方式—自然水循环和社会水循环两者之间的影响与作用，使其向良性水循环发展。由于水系统、经济社会系统和生态环境系统三者之间存在相互影响，在开发利用水资源时，要充分考虑经济社会的可持续发展趋势和生态环境的绿色发展要求，使得三者之间能够形成变化环境下的良性发展，基于这些现状与要求，明确水资源适应性利用的目的是通过人为管控缓解人类活动与自然环境变化对水资源的不利影响，旨在实现人水和谐，改善人水关系，保障水资源的良性循环。2.2水资源适应性利用评价指标体系及计算方法2.2.1评价指标体系水资源适应性利用能力评估指标体系的构建需要遵循其理论指导，能够客观反映研究区水资源系统、经济社会系统、生态环境系统之间的两两相互作用关系。本文在综合考虑水资源禀赋条件、经济社会、生态环境状况的基础上，以水资源适应性利用能力为目标层，构建了涵盖水资源、经济社会、生态环境三个准则层的水资源适应性利用能力评估指标体系，见表1。在实际应用时，要考虑研究区的具体情况，充分考虑当地特点进行选取、替换，构建适合研究区本身特点的评价指标体系。表1水资源适应性利用能力评估指标体系Table1Evaluationindexsystemofadaptiveutilizationofwaterresources目标层准则层指标序号指标正负性水资源适应性利用能力水资源年降水量(mm)A1+产水模数(万m3/km2)A2+人均水资源量(m3/人)A3+水资源开发利用率(%)A4+人均用水量(m3/人)A5-万元GDP用水量(m3/万元)A6-万元工业增加值用水量(m3/万元)A7-农田亩均灌溉用水量(m3/亩)A8-经济社会人均GDP(万元/人)B1+单方水粮食生产量(kg/m3)B2+城镇居民人均可支配收入(元/人)B3+农村居民人均纯收入(元/人)B4+城镇化率(%)B5+人口密度(人/km2)B6-人口自然增长率(%)B7-用水普及率(%)B8+供水普及率(%)B9+洪涝灾面积(千公顷)B10-生态环境建成区绿化覆盖率(%)C1+生态环境用水率(%)C2+人均COD排放量(t/万人)C3-人均氨氮排放量(t/万人)C4-人均污水排放量(m3/人)C5-注：“+”、“-”分别代表指标正向性和指标负向性。2.2.2水资源适应性利用能力评价方法目前对水资源适应性利用能力的评价方法包括综合协进化模型法[13]、耦合协调度模型[14]、基于联系数—模糊风险矩阵的水资源系统适应性分析方法[12]等。“单指标量化-多指标综合-多准则集成”方法[15](SMI-P)在人水和谐领域运用广泛，是一种合理、全面的评价方法，因此本文采用SMI-P法对水资源适应性利用能力进行评价。SMI-P法的原理和步骤主要包括三个方面，下面进行具体介绍：①单指标量化：求出各个指标的适应度（记作FN，FN∈[0,1]）。单指标适应度定量描述可分别对正向指标、逆向指标和双向指标，通过分段线性隶属函数进行量化，将各指标映射到[0,1]范围内。其中，正向指标和负向指标的适应度计算公式如下：FNkFNk其中，FNk为第k个指标的适应度，xk、②多指标综合：将单一指标的隶属度通过加权计算，计算每个准则层的隶属度。计算公式如下：Ft=k=1式中，Ft为第t个准则层的适应度，wk权重，k=1n③多准则集成：通过上述计算得到各个准则层的适应度，再通过加权平均的方法集成为目标层水资源适应性利用能力的适应度：F=t=1式中，F为水资源适应性利用的适应度。ωt为第t个准则层的权重，本文认为水资源系统、经济社会系统和生态环境系统对水资源适应性利用能力的量化评估同等重要，故取3个准则层的权重为ω根据SMI-P法计算出水资源适应性利用能力，将其适应能力水平进行划分，等级划分参照阈值等级见表2。表2水资源适应性利用能力等级划分表Table2.Classificationtableofadaptiveutilizationofwaterresourcesability等级完全不适应不适应适应不足基本适应适应非常适应完全适应判别值0(0,0.2)[0.2,0.4)[0.4,0.6)[0.6,0.8)[0.8,1)12.2.3权重确定方法目前指标权重确定的方法主要包括两类，一种是主观赋权法，包括层次分析法、主观加权法、多元分析法、模糊统计法、专家调查法等，另一种是客观赋权法，主要包括均方差法、主成份分析法、熵权法、代表计算法等。其中主观赋值法主观性较强，因此本文采用客观赋权法进行权重的确定，选取熵权法确定指标权重。熵权法的基本思路是根据指标变异性的大小来确定客观权重。一般来说，若某个指标的信息熵越小，表明指标值的变异程度越大，在综合评价中所能起到的作用也越大，其权重也就越大。熵权法的具体步骤如下：数据标准化：YijYij式中：Yij表示数据标准化后的值，xij为第i年第j项指标的实际数值指标值，求各指标的信息熵：Ej其中Hij=Yiji=1确定各指标权重：Wj式中Wj2.3变化环境对水资源适应性利用的影响水资源适应性利用是面向变化环境的概念。变化环境主要包括气候变化和人类活动两个因素，变化环境对水资源适应性利用的影响实质上就是气候变化、人类活动对“水资源-经济社会-生态环境大系统”的影响。气候变化对“水资源-经济社会-生态环境”大系统产生的影响，主要是通过气温、降水量、湿度等的改变，对水资源循环、经济社会发展、生态环境的自适应力发起挑战。自然气候变化会引起径流量变化，从而引发水资源供需关系的变化，对经济社会、生态环境产生直接或间接的影响。人类活动对“水资源-经济社会-生态环境”大系统产生的影响从三方面考虑，一是人类活动对经济社会形态的改造，主要包括通过城市建设、工业废水排放、下垫面改变、水利工程的建设等改变生产生活方式；二是人类活动对水资源供需结构的改变，包括人类的取用水、供水调水等引起水质和水量的变化；三是人类活动对自然生态环境的作用，包括对生物多样性、土地类型等的改变。水资源系统、经济社会系统和生态环境系统之间也存在相互影响，水资源质量、数量、时空分布改变会影响经济社会供用水安全，对生态用水也会产生巨大的影响。而当经济社会、生态环境受到影响发生改变时，就会造成人类活动、自然环境的再改变，从而影响水资源系统。因此，当水资源、经济社会、生态环境系统发生变化，产生矛盾，不再相互协调时，需要水资源适应性利用，在尊重规律、科学调控下，使人水关系向健康、适应、相互促进的方向发展，直到达到人水和谐状态。变化环境下水资源适应性利用原理如图1为示。图1变化环境下水资源适应性利用原理示意图Figure1Schematicdiagramfortheprincipleofadaptiveutilizationofwaterresourcesunderchangingenvironment3实例分析3.1研究区概况及数据来源出山店水库位于淮河干流，信阳市浉河区游河乡出山店村。水库控制流域面积2900km2，总库容12.51亿m³。主坝长3690.57m，最大坝高34.5m。设计灌溉面积50万亩，水电装机2900kw，工程投资约98.696亿元，是一座以防洪、灌溉、供水为主，结合发电、水产养殖、旅游、航运等综合开发利用的国家大型水库。出山店水库供水区为浉河区和平桥区，浉河区是信阳市的主城区，也是信阳市的经济、文化、交通、商贸和金融中心，国土面积1512平方公里，截至2019年总人口67.11万人。平桥区是信阳市中心城区，全区总面积1889km2，截至2019年总人口87.26万。出山店水库及研究区范围见图2所示。本文所用数据来源于2015-2018年《河南省统计年鉴》、2015-2018年《信阳市统计年鉴》、《信阳市水资源综合规划》、2014-2017年《信阳市水资源公报》。图2出山店水库位置及其供水区范围示意图Figure2LocationofChushandianReservoiranditswatersupplyarea3.2出山店水库供水区水资源适应性利用能力评价综合考虑出山店水库供水区的水资源、经济社会、生态环境各方面特点，结合水库相关指标，以科学性、全面性、合理性及可操作性为原则，确定了23个指标，见表1。其中经济社会准则层下供水普及率及洪涝灾面积是研究区特色指标，突出水库效益。3.2.1各指标适应度量化结果及分析通过SMI-P法定量计算各指标的适应度，结果如图3、4所示。从图3可以看出，2014-2017年浉河区A1、A4、A7、B1、B3、B4、B5、B9及C1呈逐年递增的趋势，大多数指标均从不适应、适应不足过度到基本适应、适应阶段，但其中A4仍处于不适应阶段，这表明浉河区水资源开发利用现状与当地水资源-经济社会-生态环境发展不相适应，亟需调整水资源开发利用方式。2014-2017年C5始终处于适应不足阶段，浉河区应重点关注污废水排放控制。同样处于适应不足阶段的还有2017年的B10，该指标在年份上规律性不明显，这与洪涝灾害的偶然性一致。其余指标均处于基本适应及以上。从图4可以看出，平桥区处于适应不足阶段的指标有A2、A5、A6、B9，这说明调整供用水是平桥区改善适应性的关键一环。B6及C2在2014-2015年间均处于不适应阶段，但在2016-2017明显改善，说明当地对生态的重视程度增加，并取得了显著成效。与浉河区类似的是洪涝灾害面积指标，其随机性较大。图32014-2017年浉河区各指标适应度Figure3FitnessofvariousindicatorsinShihedistricduring2014-2017图42014-2017年平桥区各指标适应度Figure4FitnessofindicatorsinPingqiaodistrictfrom2014to20173.2.2准则层适应度量化结果及分析根据权重加权求出准则层适应度，其量化结果如表3所示。从表中可以看出，2014-2017年研究区各系统适应度均在0.4以上，即均处于基本适应及以上阶段。2014-2017年浉河区三个系统适应度均在不断提高，其中生态环境子系统的适应度增长率较大，虽然起点较差，但2017年适应度已达到0.632，为适应水平；水资源子系统适应度虽经历曲折，但整体向上发展；经济社会子系统的适应度较高，且在稳步的增长状态，增长趋势稳定但趋于平缓。与浉河区相反，平桥区的生态环境系统适应度较高，说明平桥区的生态环境保护措施使得生态环境系统不断向良性发展；水资源子系统适应度增长趋势平缓，其适应能力较浉河区稍差；2014年平桥区经济社会子系统适应度仅有0.337，属于适应不足阶段，但其增长速度较快，不断向适应发展，其他三年均处于基本适应阶段。表3准则层适应度量化结果Table3Fitnessquantificationresultsofcriterionlayer年份地区水资源经济社会生态环境2014浉河0.5760.5910.442平桥0.4840.3370.5142015浉河0.6830.6950.427平桥0.4900.4440.4872016浉河0.6000.7040.523平桥0.4400.5120.6602017浉河0.7060.7170.632平桥0.5100.5740.7383.2.3水资源适应性利用能力量化结果及分析2014-2017年浉河区及平桥区水资源适应性利用能力适应度如图5所示，浉河区与平桥区水资源适应性利用能力适应度均在[0.4,0.6)、[0.6,0.8)区间内，其中浉河区除2014年处于基本适应阶段，其余三年均处于适应阶段，而平桥区除2017年处于适应阶段，其余三年均处于基本适应阶段。从图中可以看出，两地区水资源适应性利用能力均逐年提高，说明该地区水资源适应性利用能力不断向良性发展。整体来看，浉河区水资源适应性利用能力要优于平桥区。图52014-2017年浉河区、平桥区水资源适应性利用能力适应度Figure5AdaptabilityofwaterresourceadaptabilityutilizationabilityinShihedistrictandPingqiaodistrictduring2014-20173.3变化环境下出山店水库供水区水资源适应性利用能力预测水资源适应性利用面向未来，旨在对变化环境下的“水资源-经济社会-生态环境”大系统进行调控，从而改善人水关系，使其向人水和谐的方向演进。因此，我们需要对水资源适应性利用能力进行简单预测，以明确按照现状趋势下的未来发展情况，从而对现状进行调整。从3.2节水资源适应性利用能力评价结果来看，虽然两地区水资源适应性利用能力处于基本适应或适应阶段，但由于当前对经济社会、生态环境高质量发展的不断要求，目前的水资源适应性利用能力还有较大提升空间。在本研究中，预测变化环境下2025年两地区水资源适应性利用能力适应度，为未来两地发展提供参考与建议。由于变化环境是一个逐渐改变的过程，各指标取值应根据目前发展趋势、考虑水库作用确定，使其能够较合理的体现未来的真实情况。其中，由于2014-2017并无水库作用，因此供水普及率、洪涝灾面积指标按照《信阳水系水资源论证报告》中数据均有较大变化。A1、A2、A3、A4、A5、A7、A8、B9、C2预测值根据《信阳水系水资源论证报告》中的2030年预测结果，采用插值法补充，其余指标根据线性趋势方程并结合实际选取，以体现变化环境。3.3.1各指标适应度预测结果及分析图8为2025年浉河区、平桥区各指标适应度。从图中看出，依现状发展的趋势及考虑未来水库运行影响，A5及A8两指标接近于0，处于完全不适应阶段，B2适应度也达不到适应阶段，说明随着人口增长和经济社会发展，工业、农业及生活取用水量不断增加，如果不遏制水资源浪费的现象，提倡节约用水，提高用水效率，在2025年水资源将严重制约水资源-经济社会-生态环境发展。需要关注的还有C5这一指标，2025年浉河区C5适应度为0.161，处于不适应阶段，说明该地区按照当下污水治理方式，在2025年将会造成负面影响，因此需要政府部门加强污水管理，关注污水治理，鼓励污水治理技术创新，提高污水处理效率。图62025年浉河区、平桥区各指标适应度Figure6FitnessofeachindicatorinShihedistrictandPingqiaodistrictin20253.3.2准则层及目标层水资源适应性能力预测表4为2025年两区准则层及目标层适应度的预测结果。总体来看，2025年浉河区与平桥区水资源适应性利用能力均得到了不小的提升，但仍有上升空间。两地区水资源适应性利用能力适应度均处于[0.6,0.8)区间，处于适应阶段，甚至接近非常适应阶段，说明按照当前发展的趋势及水库效益下，两地区的水资源适应性利用能力将不断提高，不断向更高适应阶段发展。从各区准则层来看，两区水资源系统适应度相较其他两系统较差，但也在0.6以上，说明水资源方面适应性仍有很大的上升空间，要着重关注取用水环节。2025年浉河区经济社会和平桥区生态环境系统适应度均处于[0.8,1)区间内，达到非常适应水平，两地区应加强经验交流，相互借鉴，提高各自不足之处。表42025年两区准则层及目标层适应度预测结果Table4Fitnesspredictionresultsofcriterionlayerandtargetlayerinthetworegionsin2025年份地区水资源经济社会生态环境水资源适应性利用能力2025浉河0.6940.8450.7190.753平桥0.6110.7310.8310.7243.4出山店水库供水区水资源适应性利用建议针对以上研究成果，对出山店水库供水区浉河区、平桥区提高水资源适应性利用能力提出如下建议：（1）重视供用水环节，严格控制用水总量。加强企业水资源管理体系，提高用水效率，提倡清洁生产，推进节水技术创新，实行节水奖励机制；减少农业耗水，增强农民用水节水教育；增强市民节水积极性，在全社会营造绿色、高效、环保的氛围。（2）重视污水防治，严格控制纳污总量。提高水质达标率，加强化肥农药使用管理，控制面源污染，增大对环境保护的资金投入，提高区域的水质和生态环境质量。（3）加强水库库区建设与管理。充分利用水库优势，保障供水安全、提高供水普及率并注重洪涝灾害防治，将水库效益最大化。4结论为探讨变化环境下的水资源适应性利用研究途径，基于水资源适应性利用理论，以出山店水库供水区为例，运用SMI-P法对2014-2017年浉河区及平桥区水资源适应性利用能力进行定量评价，并对两地区2025年水资源适应性利用能力进行预测，最后根据研究结果提出相关建议。结果表明：（1）2014-2017年浉河区及平桥区水资源适应性利用能力不断提高，均处于基本适应或适应水平，其中浉河区适应不足的有水资源开发利用率、人均污水排放量；平桥区适应不足的有产水模数、人均用水量、万元GDP用水量、供水普及率；两区洪涝灾害面积均在年份上不具有规律性，这与洪涝灾害的偶然性一致。（2）2025年浉河区及平桥区水资源适应性利用能力适应度均处于适应阶段，接近非常适应水平，说明两地区水资源适应性利用能力均取得了不小的提升，但仍有上升空间；从各区准则层来看，两区水资源系统适应度相较其他两系统较差，需要重视供用水环节；另外，浉河区应重视污水排放与治理，平桥区应提高经济社会发展水平。参考文献（References）:佟金萍,王慧敏.流域水资源适应性管理研究[J].软科学,2006,20(2):59-61．刘燕.水资源开发利用适应性评价研究[J].人民黄河,2008,30(7):59-61.KundzewiczZ.W,KrysanovaV,BenestadR.E,et.al.Uncertaintyinclimatechangeimpactsonwaterresources[J].EnvironmentalScience&Policy,2018,(79),1-8.左其亭.水资源适应性利用理论及其在治水实践中的应用前景[J].南水北调与水利科技,2017,15(1):18-24.左其亭.水资源适应性利用理论的应用规则与关键问题[J].