農業水資源風險評析

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1研究方法

水資源系統是一個包括了資源、環境、人口和社會經濟等復雜的巨大系統,具有很大的不確定性。本文以湖南省14個地州市為研究對象,從影響水資源的可靠性、恢復性、易損性的水資源系統和人類的抗旱減災能力等因素出發,利用風險理論對評價區域的農業干旱水資源的風險進行評價[2,3]。

1.1干旱風險指數法

水資源風險泛指在特定的時空環境條件下,水資源系統中所發生的非期望的不確定事件,如潛在的對人的財產、健康、生命安全以及生態環境等構成不利影響或危害的不確定事件。一般而言,干旱的水資源風險管理主要結合可靠性(r1)、恢復性(r2)、易損性(v)來制定和實施有效的干旱風險管理措施[2]。對湖南省而言,各地州市的抗旱減災能力(c)的大小直接影響了水資源的可靠性、恢復性、易損性。因為,在區域水資源風險形成過程與干旱風險管理中,可靠性、恢復性、易損性、抗旱減災能力是緊密結合在一起的,缺一不可。干旱風險的大小是四者綜合作用的結果。水資源干旱風險指數(DRI)的數學公式表示為:水資源干旱風險指數(DRI)=可靠性(r1)+恢復性(r2)+易損性(v)+抗旱減災能力(c)

1.2灰色關聯聚類分析法[5]

影響農業干旱供水系統水資源風險的因素很多,既有自然的因素,也有社會經濟因素。這些因素之間相互關系非常復雜,有的因素起主要作用,有些因素的作用不明顯,有些因素之間關系非常密切。假如用全部的影響因素對水資源風險進行評價,結果反而不一定精確。因此,為了防止各因素間的重復選取,用灰色關聯聚類分析法將指標分類,去掉干擾因素,從而使評價指標得以簡化。

1.3層次分析法

層次分析法(AHP)是計算復雜系統各指標權重最為有效的一種方法之一。層次分析法確定權重可分為以下幾個步驟:①建立目標層對各指標層和各指標層對子指標的梯階層次結構;②構造兩兩比較判斷矩陣;③各層次單排序指標權重計算;④各層次判斷矩陣一致性檢驗;⑤計算組合權重系數。

2農業干旱缺水風險評價指標體系的建立

干旱的水資源風險管理主要結合可靠性、恢復性、易損性來制定和實施有效的干旱風險管理措施[3]。可靠性是指供水系統可供水量能滿足農作物需水量的程度,可靠性指數越大水資源風險越小;恢復性是指農業干旱發生時,水資源系統從缺水狀態恢復到正常狀態的可能性。恢復性指數越低說明干旱缺水越嚴重,水資源風險越大;易損性反映了農業干旱供水系統缺水所造成的損失程度。在一定的供水期間,農業干旱越嚴重,干旱損失就越大,供水系統的易損性越也越大,水資源風險越大。事實上,干旱期區域抗旱減災能力的大小對農業干旱水資源風險指數有著重要的影響。因此,在本評價中,指標的選取充分地考慮人類的抗旱減災能力對水資源風險的影響。

2.1指標的初選

(1)可靠性。影響可靠性的因素主要有:X1水資源總量、X2降水量、X3地下水資源總量、X4單位耕地面積水庫塘壩容量、X5畝均水資源量、X6供水能力、X7農業用水定額、X8農業用水比重等。(2)恢復性。X9水資源開發利用程度、X10汛期降水年內分配度、X11旱水田比重、X12有效灌溉面積、X13受旱率、X14耕地灌溉率、X15缺水率、X16干旱指數、X17森林覆蓋率。(3)易損性。用反映旱情和旱災損失大小的指標來表征水系統的易損性。這些指標主要有X18受旱面積、X19單位面積農業生產總值、X20單位面積糧食產量、X21播種面積、X22人飲水困難數量、X23大牲畜飲水困難數量、X24糧食作物損失、X25經濟作物受旱面積等。(4)抗旱能力。各地州市的X26抗旱澆地能力、X27排灌機械、X28抗旱服務組織、X29抗旱從業人員占投入抗旱人數的比重、X30投入抗旱設施裝機容量、X31抗旱設備固定資產、X32投入抗旱資金、X33農民人均收入。

2.2指標體系的建立

用灰色聚類法分別將可靠性、恢復性、易損性、抗旱減災能力的指標聚類。具體如下:(1)計算。用FORTRAN語言編程,通過計算機運行分別得到可靠性、恢復性、易損性的各子系統因素的關聯矩陣。(2)指標聚類及指標體系的建立。取臨界值。在可靠性影響因素矩陣中,X1、X2、X3、X8為一類;X6、X7為一類,X4、X5各自為一類。選X1、X4、X5、X6等4個影響因素作為可靠性指標的參評因素。其權重分別為:0.237、0.208、0.148、0.406。在恢復性影響因素矩陣中,X10、X11、X13、X14、X16、X17為一類,X12、X15為一類,X9自為一類。選取X9、X10、X12等3個影響因素作為恢復性指標的參評因素。其權重分別為:0.413、0.260、0.327。在易損性影響因素矩陣中,X19、X21為一類,X22、X23、X24、X25與為一類,X18、X20各自為一類。選取X18、X19、X20、X22等4個影響因素作為易損性指標的參評因素。其權重分別為:0.566、0.235、0.136、0.063。在抗旱減災能力影響因素矩陣中,X26、X27、X28、X29、X31為一類,X30、X32、X33各自為一類。選取X26、X30、X32、X33等4個影響因素作為抗旱減災能力指標的參評因素。其權重分別為:0.498、0.068、0.313、0.121。可靠性、恢復性、易損性、抗旱減災能力的權重采用等權處理。

3農業干旱水資源風險評價

3.1評價模型的建立

DIR為水資源干旱風險指數,其值越大,風險越大;γ1、γ2分別為可靠性、恢復性,其值越大,風險越小;ν為易損性,其值越大,風險越大;Ai為各指標的量化值;Wi為對應指標的權重。

3.2農業干旱水資源風險指數的計算結果

根據以上各式分別計算出湖南省14個地州市的可靠性、恢復性、易損性、抗旱減災能力及水資源風險指數。

3.3湖南省農業干旱水資源風險區劃

由于農業干旱水資源風險的形成和發展是可靠性、恢復性、易損性、抗旱減災能力相互作用的結果,因此水資源風險的等級劃分不是采用單一的標準,而是全面地考慮了可靠性、恢復性、易損性、抗旱減災能力和水資源風險指數。根據此標準,得到湖南省14個地州市的農業干旱水資源風險等級:從行政區來看,張家界、湘西自治州、益陽、婁底由于受到抗旱減災能力的限制,農業干旱水資源風險高;長沙、邵陽、岳陽、郴州水資源可靠性高,抗旱能力強,農業干旱水資源風險低;株洲、湘潭、衡陽、常德、永州、懷化農業干旱水資源風險居中。從地域分布來看,湘西北、湘中衡陽盆地、湘北洞庭湖尾閭區農業干旱水資源風險高;湘東南、湘東北、湘西北水資源風險低。這與湖南省的實際旱情[8]基本吻合。值得指出的是,由于每個區域導致水資源風險的原因各不同,因此要根據各個區域的各指標的貢獻率的不同,因地制宜地通過技術手段、經濟手段、管理體制相結合的方法,才能有效降低農業干旱水資源風險,并保持水資源的可持續利用。

4結論

水資源風險評價一直是水資源安全評價的一項重要內容。到目前為止,農業干旱水資源風險的研究尚無較完整的可行研究方法。本文從水資源風險管理出發,結合區域的抗旱減災能力,利用灰色聚類原理建立了湖南農業干旱水資源風險評價指標體系,并對其進行了評價。評價結果與實際基本一致。因此,認為引用干旱風險管理指數來評價農業干旱水資源風險,是較科學的可行的方法;運用灰色聚類法剔除部分指標的干擾,簡化指標體系,是評價結果是評價結果更合乎實際。因此,建立農業干旱水資源風險模型的關鍵在于建立科學完整的評價指標體系。在指標體系建立過程中,本文充分考慮了區域抗旱減災能力對農業干旱水資源風險的影響。但是不同區域的農業生產結構不同,如何來體現不同偏好的區域抗旱能力有待進一步研究。