基于模糊集對分析的新疆水資源脆弱性評價

黃彥號, 陳伏龍, 何朝飛, 劉 爽, 呂廷波, 孫懷衛

(1.石河子大學 水利建筑工程學院, 新疆 石河子 832003; 2.寒旱區生態水利工程兵團重點實驗室,新疆 石河子 832003; 3.華中科技大學 土木與水利工程學院, 湖北 武漢 430074 )

1 研究背景

水資源作為寶貴的基礎性自然資源,對于人類生存和社會發展起到不可或缺的支撐作用[1-2]。但近些年隨著經濟社會的進步及工業的快速發展,水資源供需矛盾和水體環境污染等問題日益嚴重[3],導致眾多地區水資源脆弱性程度不斷加劇,嚴重制約著經濟、社會和生態的協調發展。水資源脆弱性是當前亟待解決的問題之一,也是當今世界水資源領域的研究熱點[4]。位于我國西北邊陲的新疆維吾爾自治區(下文簡稱新疆)水資源短缺且水情差異顯著,而水污染及用水需求量日益凸顯,探究該地區水資源系統的脆弱性狀況對于當地發展和“一帶一路”建設至關重要。

20世紀60年代,生態學領域的脆弱性概念被法國學者Albinet和Margat首次運用到地下水資源的研究當中[5],隨著水資源問題的突出和研究的深入,水資源脆弱性的研究范疇逐漸擴大到整個水資源系統,涵蓋了地表水和地下水。Hamouda等[6]在2009年分析了東尼羅河流域整個水資源系統的脆弱性情況,對該流域的合理開發與利用有重大意義。我國對于水資源脆弱性的研究起步相對較晚,但發展進程很快。穆瑾等[7]通過層次分析法評價了貴陽市的水資源脆弱性程度,結果顯示其在空間分布上差異明顯,且在2000—2015年間減弱和增強趨勢并存;陳俊旭等[8]將災害事件可能性(risk, R)、暴露度(exposure, E)、敏感性(sensitivity, S)和抗壓性(adaptability, C)要素進行耦合,構建了物理機制較強的RESC模型研究我國東部季風區,發現其水資源脆弱性程度在空間上呈現出由華北平原向南北兩側減少的分布規律;楊法暄等[9]基于DPSIR(driving forces-pressure-state-impact-responses)模型選取了11個評價指標,利用模糊綜合評價法從時空角度評價了西安市的水資源脆弱性狀況,研究表明2007—2017年西安市水資源脆弱性呈現出先減小后增大的趨勢。

以上研究方法均科學有效地評價了區域水資源脆弱性,但亦有不足之處。層次分析法的缺點是判斷矩陣一致性檢驗的難度會隨著涉及指標因素的增多而加大,且過程中主觀性成分較多;RESC模型目前仍囿于未完全明晰各評價要素的耦合關系,模型機理與不確定性需進一步探究;模糊綜合評價法在對權重矢量和隸屬度函數確定過程中的主觀因素較強,且計算過程相對復雜。相比而言,模糊集對分析法能夠從同、異、反三個角度直觀地反映出目標對象與評價等級的對立與統一關系,可將水資源系統中脆弱性狀況的不確定性因素作定量化處理,準確剖析出評價對象指標層、準則層和目標層的等級狀態,使評價結果更具全面性、客觀性和準確性。王文圣等[10]在集對分析的基礎上提出的模糊集對分析法為調水效益綜合評價[11]、水資源承載力評價[12]、水資源脆弱性評價[13]、水資源安全評價[14-15]等開拓了新思路并得到廣泛應用。

本研究利用模糊集對分析模型從時空維度上對新疆各地區水資源脆弱性進行動態分析與評價,采用五元引力減法集對勢對目標層的發展態勢進行診斷和識別,有利于全面了解近年來新疆水資源脆弱性的空間分布格局及發展趨勢,對后續新疆水資源合理開發、保護及可持續利用具有重要的理論支撐意義和參考價值。

2 研究區概況與數據來源

2.1 研究區概況

我國新疆幅員遼闊,面積為166.49×104km2,約為我國領土面積的1/6。新疆地區從空間上可劃分為東疆、南疆和北疆,東疆包括天山東南部的吐魯番市和哈密市,南疆包括天山南部的克孜勒蘇柯爾克孜自治州、阿克蘇地區、巴音郭楞蒙古自治州、和田地區和喀什地區,北疆包括天山北部的克拉瑪依市、伊犁州、博爾塔拉蒙古自治州、塔城地區、阿勒泰地區、昌吉回族自治州、石河子市和烏魯木齊市,各地(州、市)具體行政區劃見圖1。(本文中新疆地圖是基于自然資源部地圖技術審查中心標準地圖服務網站的標準地圖(審圖號:GS(2021)5447號)繪制,底圖無修改。)

圖1 新疆行政區劃圖

“三山夾兩盆”的特殊地貌導致新疆水資源空間分配不均,呈現出北多南少、西多東少的分布特征,且降雨稀少,年平均降水深約150 mm,僅為全國平均降水深的23%[16]。2019年全疆的年降水量為2 871×108m3,地下水資源量和地表水資源量分別為508.5×108和829.7×108m3,而用水總量達到554.43×108m3,其中農業灌溉用水占到90%以上。近些年隨著當地工業和農業等經濟的快速增長,水資源過度開采、水體污染、水生態環境不斷惡化等問題變得尤為突出。

2.2 數據來源

研究所用數據來源于2014—2019年的《新疆水資源公報》《新疆統計年鑒》以及各地(州、市)的水資源公報和統計年鑒。

3 研究方法

3.1 建立水資源脆弱性評價指標體系

水資源脆弱性評價結果與評價指標的選取緊密相關,而研究區域、研究目的及數據獲得的差異也導致到目前為止沒有形成具有明確標準的評價指標體系,但從作用于水資源脆弱性程度的因素來看可分為自然、人為和承載力3個方面。

自然脆弱性為系統內非人為的自然因素維持水資源滿足人類需求的敏感程度,體現在降水量、土壤、水資源量等;人為脆弱性為水資源系統結構受人為因素主動改變的程度,體現在水利設施對水資源的開發和利用等;承載力脆弱性為水資源系統外人類行為及各類負荷對其造成的壓力程度,與人口規模、工農業發展、經濟水平等相關[17]。

從新疆水資源實際情況出發,根據科學性、全面性、易獲得性、可操作性以及定性和定量相結合的原則,借鑒相關研究的現有指標體系[13,18],綜合經濟、社會、生態和水文等各方面因素,在信息龐雜的指標中選出11個具有代表性的指標,構建可反映自然、人為和承載力脆弱性的評價指標體系,見表1。

表1 新疆水資源脆弱性評價指標體系

產水系數(X1)可體現降水轉為水資源的效率,產水模數(X2)則反映了地區的水資源儲量,二者均屬于自然脆弱性指標。水資源開發利用率(X3)、供水模數(X4)及地下水供水量比例(X5)體現了人為活動對水資源的開發和系統結構的影響,屬于人為脆弱性指標。生態環境用水率(X6)、人均GDP(X7)、人均生活用水量(X8)、單位面積灌溉用水量(X9)、萬元工業增加值用水量(X10)、人均水資源量(X11)涉及到工農業經濟產值和人口規模對水資源系統產生的需求與負荷,屬于承載力脆弱性指標。

在上述各評價指標中,X1、X2、X6和X11為效益型指標(即正向指標),其指標值越大表明水資源脆弱性程度越低,水資源狀態越好,水資源系統面臨的壓力越小;X3、X4、X5、X7、X8、X9和X10為成本型指標(即反向指標),其指標值越大表明水資源脆弱性程度越高,水資源系統面臨的壓力越大。

3.2 劃分指標等級

評價指標等級邊界值的確定直接影響到水資源脆弱性評價的準確性,參考新疆地區水資源研究現有的評價標準[19-20],并借鑒專家的相關意見,將脆弱性等級劃分為5級,見表2。

表2 水資源脆弱性評價指標等級劃分標準

Ⅰ～Ⅴ級分別代表不脆弱、輕度脆弱、一般脆弱、比較脆弱和嚴重脆弱。不脆弱(Ⅰ級)地區水資源狀況良好,具有較大的開發潛力;一般脆弱(Ⅲ級)地區水資源脆弱性程度為中等,可基本維持經濟社會的發展;嚴重脆弱(Ⅴ級)地區的水資源狀況出現危機,在一定程度上制約著經濟社會的可持續協調發展。輕度脆弱(Ⅱ級)和比較脆弱(Ⅳ級)分別為Ⅰ、Ⅲ級和Ⅲ、Ⅴ級的過渡。

3.3 計算指標權重

各指標對于水資源脆弱性評價的影響程度并不相同,需要合理的方法賦予其指標權重。為了規避主觀因素對賦權造成的影響,選用熵權法計算指標權重。熵權法是一種根據原始數據反映系統無序程度的客觀賦權方法,其在原始數值標準化處理的基礎上,根據公式求得各指標熵權[9]。

3.4 構建基于五元聯系度的模糊集對分析模型

3.4.1 模型基本原理 模糊集對分析是針對系統內不確定性關系的研究方法,從不確定性系統內兩個關聯集合的同一性、差異性和對立性出發,通過建立聯系度對其同、異、反關系進行描述和分析[21]。假設有聯系的集合X和Y構成集對H(X,Y),且均有N項特性,則描述集對關系的聯系度為:

μX～Y=a+bI+cJ

(1)

式中:同一度分量a=S/N,表示集對性質的相同程度;差異度分量b=F/N,表示集對性質的差異性程度;對立度分量c=P/N,表示集對性質的相反程度;a、b、c∈[-1,1];S、F、P分別為同一性、差異性和對立性集對的個數,滿足S+F+P=N,因此a+b+c=1[22];I和J分別為差異不確定系數和對立系數,I∈(-1,1),J恒為-1,但兩者時常僅起標記作用[23]。

在水資源脆弱性評價應用中為將聯系度描述得更為精確,可將差異度分量b分多個層次,如輕度差異b1、中度差異b2、重度差異b3,從而構成五元聯系度[14]公式:

μX～Yk=a+b1I1+b2I2+b3I3+cJ

(2)

式中:集合X由n項指標值Xj構成,集合Yk由各指標對應的等級標準Yjk(k=1,2,…,5)構成,μX～Yk為評價指標Xj與k級的聯系度,I1、I2和I3均為差異不確定系數。為簡化計算且減小信息重復性,在計算評價指標Xj與k級標準的五元聯系度時僅確定涵蓋信息量最全面的μX～Y1即可,則a、b1、b2、b3、c分別代表評價指標Xj隸屬于Ⅰ～Ⅴ級標準的可能程度[24]。

3.4.2 計算模糊聯系度

(1)計算單指標聯系度。模糊集對聯系度是將指標等級邊界值模糊性充分考慮在內并反映兩個關聯集合某指定屬性同、異、反關系程度的函數表達式[25]。S1、S2、S3、S4為指標等級劃分的門限值,具有模糊性和不確定性等特點,采用文獻[10]中的模糊五元聯系度計算公式可規避將指標直接帶入標準范圍內出現的誤差。

對于正向指標(效益型指標),單指標聯系度μX～Y1為:

(3)

對于反向指標(成本型指標),單指標聯系度μX～Y1為:

(4)

(2)計算準則層聯系度。將子系統內各指標的聯系度與在準則層內的權重值相乘,再求和便可得到準則層聯系度[25]:

(5)

式中:ωj為各指標在準則層內的權重值;n*為子系統內指標個數,μX～B為準則層聯系度。

(3)計算目標層聯系度。目標層綜合聯系度計算通常包括指標層到目標層的逐級遞推以及由指標層直接計算兩種方式,由于前者過程相對繁瑣,本文將由指標層直接計算[10]:

(6)

式中:wj為單指標權重值;n為評價對象目標層的指標個數;μX～A為目標層聯系度。

3.4.3 確定評價等級 差異不確定系數的取值通常會受到主觀因素的干擾,因此對各聯系度分量采取屬性識別法和置信度準則法[26]來確定其隸屬度等級。

(7)

k=min{k|hk>λ;k=1,2,…,k}

(8)

式中:fk為各聯系度分量;λ為置信度,取值范圍一般為[0.5,0.7],由于λ取值過大會導致評價結果偏于保守,因此為了提高評價結果的敏感度,本文選取λ=0.5;hk為屬性測度,當hk>λ≥hk-1時,脆弱性等級為k級。

3.4.4 發展態勢診斷識別 集對的同一度相對于對立度的發展趨勢為集對勢,亦稱聯系勢,是一種定量描述集對系統在特定問題情況下發展態勢的聯系數伴隨函數[27-28]。近些年在學者們的不斷完善下,彌補了除法集對勢和廣義集對勢的缺陷,并引入了阻尼系數和萬有引力思想,結合五元減法集對勢構建了五元引力減法集對勢[29],其勢值公式如下:

(9)

根據“均分原則”可將勢值劃分為反勢、偏反勢、均勢、偏同勢和同勢,其取值范圍分別為[-1.0,-0.6)、[-0.6,-0.2)、[-0.2,0.2]、(0.2,0.6]、(0.6,1.0]。在研究中可依據集對勢值的取值范圍進行水資源脆弱性評價,勢值越高則水資源脆弱性越低。因而需密切關注反勢地區,做好調控和改善措施。對于偏反勢地區也要采取預警措施,防止水資源脆弱性狀況進一步惡化。

但實際應用中某些特殊情況會使計算結果失準,原因在于公式(9)并沒有將b1、b2、b33個差異度分量對整體態勢的作用分開考慮,僅對其做求和處理并視為一個整體[30]。因此需對該式進行合理地優化,將差異度分量各子項對集對系統態勢的影響體現出來,如公式(10)所示[29]。

(10)

4 結果與分析

4.1 評價指標權重分布

表3為2014—2019年及多年平均水資源脆弱性評價指標權重分布(采用熵權法計算)。

表3 2014—2019年及多年平均水資源脆弱性評價指標權重

由表3可知,地下水供水量比例(X5)的多年平均權重最大,說明地下水的開發對脆弱性狀況影響強烈;供水模數(X4)的多年平均權重最小,說明其對脆弱性狀況影響較小。但歷年指標權重是非恒定的,年度間水資源脆弱性評價的可比性通過參考指標等級界值,根據相應指標權重與模糊集對分析模型確定的聯系度計算等級來衡量。

4.2 脆弱性等級評價

4.2.1 脆弱性等級空間分布 根據模糊集對分析模型及公式(5)、(6)得出指標層、準則層和目標層的五元聯系度,利用置信度準則進而求出各級的屬性測度和評價等級。

表4為克拉瑪依市2014—2019年多年平均單指標五元聯系度及評價等級,圖2為新疆各地區(州、市)水資源分別在自然、人為、承載力脆弱性3個準則層的多年平均等級分布,圖3為新疆各地區(州、市)水資源脆弱性多年平均狀況下的目標層等級分布。

表4 克拉瑪依市2014—2019年多年平均單指標五元聯系度及評價等級

圖2 新疆各地區(州、市)2014—2019年多年平均水資源脆弱性準則層等級分布

圖3 新疆各地區(州、市)2014—2019年多年平均水資源脆弱性目標層等級分布

指標層評價以多年平均狀況下產水模數最低而人均GDP最高的克拉瑪依市為例進行詳細說明。由表4得知,人均生活用水量(X8)和萬元工業增加值用水量(X10)為Ⅰ級,產水系數(X1)、產水模數(X2)、水資源開發利用率(X3)、人均GDP(X7)和人均水資源量(X11)為Ⅴ級。指標等級情況反映了克拉瑪依市水資源匱乏且開發與需求程度較強,但生活用水節約且工業用水效率較高。

如圖2所示,自然脆弱性方面,除伊犁州為Ⅲ級和博爾塔拉蒙古自治州(下文簡稱博州)、阿勒泰地區為Ⅳ級外,其他地區均為Ⅴ級。從計算過程分析其原因,是因為該子系統僅有2項評價指標,且具體表現為產水模數(X2)總體上偏向于嚴重脆弱,產水系數(X1)偏向于比較脆弱,而產水模數(X2)的準則層權重為0.576,大于產水系數(X1)的準則層權重0.424,其對水資源自然脆弱性的影響更顯著。該情況反映出新疆除伊犁州外水資源普遍短缺匱乏,且蒸發較強,降雨轉為水資源的效率較低。人為脆弱性方面,東疆地區為Ⅳ級,脆弱性最高;北疆地區次之,等級分布為Ⅰ～Ⅳ級;南疆地區脆弱性相對較低,等級分布為Ⅰ～Ⅱ級。東疆地區蒸發強,致使地表水資源短缺的形勢愈加嚴峻,因此地下水的開采利用是當地農業、生活等用水的重要來源,這是加劇人為脆弱性的主要原因。承載力脆弱性方面,全疆呈現“中間高、南北低”的形態,烏魯木齊市的脆弱性最嚴重,達到Ⅳ級,主要因為該市人口密度大,經濟發達,對水資源系統造成的壓力與負擔較大;和田地區脆弱性最低,為Ⅰ級,主要因為該地區經濟水平相對落后,對水資源的需求較小,且人均水資源量相對充沛。

由圖3可以看出,各地區(州、市)水資源脆弱性目標層多年平均等級分布為Ⅱ～Ⅳ級。東疆哈密市和吐魯番市為Ⅳ級,水資源狀況屬于比較脆弱。南疆等級分布為Ⅱ～Ⅲ級,其中,巴音郭楞蒙古自治州(下文簡稱巴州)、阿克蘇地區、克孜勒蘇柯爾克孜自治州(下文簡稱克州)和喀什地區為Ⅲ級,屬于一般脆弱,面積占比為76.05%;和田地區為Ⅱ級,屬于輕度脆弱,面積占比為23.95%。北疆等級分布為Ⅱ-Ⅳ級,其中,烏魯木齊市和石河子市為Ⅳ級,屬于比較脆弱,面積占比為3.96%;塔城地區、克拉瑪依市、昌吉回族自治州(下文簡稱昌吉州)、博州為Ⅲ級,屬于一般脆弱,面積占比為51.35%;阿勒泰地區和伊犁州為Ⅱ級,屬于輕度脆弱,面積占比為44.69%。

北疆水資源脆弱性目標層雖出現Ⅳ級地區,但面積占比僅為3.96%,而北疆Ⅱ級地區面積占比較南疆高出20.74%,水資源脆弱性總體上低于南疆。綜上所述,東疆水資源狀況最脆弱,南疆地區次之,北疆地區最優,但是烏魯木齊市和石河子市水資源系統健康狀況不佳,有待改善和調控。

4.2.2 脆弱性等級時間變化 圖4為2014—2019年新疆各地區(州、市)水資源脆弱性目標層等級分布狀況,將其在時間維度上進行對比分析,探究各地區(州、市)水資源狀況的發展趨勢并計算出水資源脆弱性在研究時段內的變化趨勢系數用于對比分析,如圖5所示。

圖4 2014—2019年新疆各地區(州、市)水資源脆弱性目標層等級分布

圖5 2014—2019年新疆各地區(州、市)水資源脆弱性目標層等級變化趨勢

從圖4、5可以看出,2014—2016年各地區(州、市)脆弱性等級為Ⅱ～Ⅴ級,2017—2019年為Ⅱ～Ⅳ級。2014—2019年烏魯木齊市、博州、伊犁州、塔城地區及阿勒泰地區趨勢系數均為0,說明這些地區(州、市)水資源脆弱性狀況相對穩定,其中烏魯木齊市恒為Ⅳ級,博州和塔城地區恒為Ⅲ級,伊犁州和阿勒泰地區恒為Ⅱ級,面積共占全疆的18.88%。阿克蘇地區、克州和喀什地區趨勢系數大于0,表明這些地區(州)水資源脆弱性在2014—2019年間呈升高趨勢,面積共占全疆的19.03%,其中克州趨勢系數最高,為0.229,其水資源狀況惡化趨勢最為顯著,單位面積灌溉用水量和萬元工業增加值用水量較多、水資源利用效率較低或是致使脆弱性狀況加劇的重要原因,故而該州迫切需要優化工業用水結構、推廣節水灌溉技術來減緩脆弱性惡化趨勢?？死斠朗?、吐魯番市、哈密市、昌吉州、巴州、和田地區及石河子市的趨勢系數均小于0,表明這些地區(州、市)水資源脆弱性狀況呈緩解和改善趨勢,面積共占全疆的62.09%,其中克拉瑪依市降低幅度最為顯著,在研究時段內該市水資源脆弱性從Ⅳ級降至Ⅱ級。

據以上研究表明,2014—2019年新疆水資源狀況總體上呈改善趨勢,符合實際發展現狀。這是因為近幾年新疆重視河流湖泊的整治以及水利工程項目的建設,推進了農村飲用水工作的落實進度,且多地加大了水環境及生態環境用水率的保障力度,降低了水災害的發生頻率,也提高了人民生活用水效率,因而水資源脆弱性狀況得到了一定程度的改善。

4.3 脆弱性發展態勢診斷識別

通過公式(10)計算得到2017—2019年新疆各地區(州、市)水資源脆弱性的五元引力減法集對勢值和發展所屬態勢,如表5所示。

表5 2017—2019年新疆各地區(州、市)水資源脆弱性五元引力減法集對勢計算結果

由表5可見,2018年僅喀什地區為反勢,勢值為-0.643,該地區水資源系統脆弱程度已經影響到經濟社會的可持續發展,是調控的主要對象。2017—2019年烏魯木齊市、哈密市和昌吉州發展態勢恒為偏反勢,表明該市(州)水資源狀況一直存在向脆弱性發展的態勢,所以要采取預警措施,防止該部分地區從偏反勢向反勢過渡從而導致水資源狀況進一步惡化。阿勒泰地區在2018和2019年的水資源態勢均為偏同勢,說明該地區水資源狀況基本上可以達到經濟社會發展和生態用水的要求。

將態勢與評價等級進行比較,Ⅰ～Ⅴ級分別對應“同勢”、“偏同勢”、“均勢”、“偏反勢”和“反勢”。不難發現,大部分地區的評價等級可以對應所屬的發展態勢,2017、2018、2019年分別只有5、6、6個地區(州、市)的發展態勢與對應的等級有所區別,但相差甚微。因此引力減法集對勢結果與等級評價體現的水資源脆弱性狀況基本一致,可以準確反映地區水資源脆弱性的發展態勢,同時亦表明水資源脆弱性愈嚴重的地區發展態勢愈不利。

為驗證模糊集對分析法的可行性,利用綜合指數法[31]計算各地區(州、市)的水資源脆弱性等級。該方法首先是求得評價對象各指標的標準化數值與權重的乘積之和即綜合指數值,再將其與等級標準閾值進行關聯從而得到評價等級,這里采用等間距法進行等級標準的劃分。研究發現僅有4個地區的等級相差1級,占地區(州、市)總數量的26.7%,其余等級均相同,造成這一微小差別的原因是脆弱性指數法閾值范圍的確定存在主觀因素的影響。但兩種方法計算結果大致相同,說明模糊集對分析方法具有可靠性和科學性,可付諸實際應用。

5 討 論

基于自然、人為、承載力脆弱性3個角度構建指標體系進行水資源脆弱性評估的研究中,原彩萍等[13]、職璐爽等[32]采用降水量代表自然脆弱性指標,降水量反映降水的充沛程度,是水資源儲量補給的重要來源。但新疆地區海拔高、空氣稀薄且太陽高度角大,致使光熱資源充足,從而對降水的蒸發強度加大,因此降水量的多少不足以反映新疆水資源自然方面的脆弱性狀況。與之相比,產水系數體現了降水轉化為水資源的效率,可間接反映出植被覆蓋程度、土壤、地形等與蓄水有關的因素情況,故本研究采用產水系數代表自然脆弱性指標。

在水資源脆弱性的變化趨勢方面,新疆總體上呈下降趨勢,表明水資源脆弱性狀況向良好、健康的方向發展,這點與范玲等[33]利用壓力-狀態-響應模型研究的同一時段內新疆水資源脆弱性發展狀況相吻合。水資源系統健康狀況在空間分布上呈現東疆<南疆<北疆的形態,與張志君等[20]對新疆水資源安全的評價結果相同,但具體到各地區(州、市)時出現差異,如本文南疆的和田地區水資源脆弱性狀況相對較小,這是因為本文將人均GDP、人均生活用水量及供水模數作為成本型指標,這些指標值愈小,對水資源系統造成的壓力愈小。

準則層與目標層關系緊密,可為目標層評價結果提供原因參考。如南疆和東疆水資源的自然脆弱性狀況同樣嚴峻,但南疆的最終目標層等級低于東疆,主要因為東疆水資源系統的人為脆弱性明顯強于南疆,因此東疆地區要加大地下水開采的監督力度,促進生產生活用水與水資源保護的統籌協調。

由于指標數據不足,本研究時段僅有6 a,因而脆弱性等級時間變化趨勢存在偶然性。在后續的研究中將延長水資源脆弱性評價的研究時段,并不斷完善評價指標體系,使得脆弱性狀況在時間變化趨勢上的研究結果更具說服性和科學性。

6 結 論

從新疆水資源實際狀況出發,建立包括自然、人為和承載力3個子系統的水資源脆弱性評價指標體系,通過熵權法和模糊集對分析法判斷新疆各地區(州、市)指標層、準則層和目標層的評價等級,采用五元引力減法集對勢對目標層的發展態勢進行診斷和識別,可得出以下結論:

(1)地下水供水量比例在多年平均狀況下為權重值最大的影響因子,為此可提出相對應的調控措施,推動新疆智慧水利的發展,實時監測地下水水位變化,加強地下水開采的監管力度以限制地下水的過度開采,在全疆推廣和普及滴灌、噴灌等現代化節水灌溉設施,提高用水效率,對地表水和地下水進行綜合治理與統籌協調,提高植被覆蓋率進而涵養地下水源。

(2)新疆水資源脆弱性空間分布不均,東疆地區面臨著較大的水資源壓力,哈密市和吐魯番市為需要密切關注和加強調控的主要對象;南疆地區次之,要對2018年出現反勢態勢的喀什地區進行調控和改善;北疆地區水資源脆弱性程度相對較低,其中伊犁州和阿勒泰地區水資源狀況最優,但烏魯木齊市和昌吉州的發展態勢在研究時段內恒為偏反勢。

(3)2014—2019年全疆的水資源脆弱性狀況總體上呈現不斷改善的態勢。62.09%的地區趨勢系數小于0,水資源脆弱性呈降低趨勢,其中克拉瑪依市降低趨勢最為顯著;18.88%的地區趨勢系數為0,水資源狀況相對穩定;19.03%的地區趨勢系數大于0,水資源脆弱性呈升高趨勢,其中克州升高趨勢最為顯著。

(4)模糊集對分析模型與脆弱性指數法的等級評價結果大致相同,與引力減法集對勢態勢分析反映的情況基本一致,適用于區域水資源的脆弱性評價分析,可為新疆水資源的可持續利用和用水結構的優化管理提供技術支持和理論參考。