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区域水资源承载力评价的风险矩阵方法

更新时间:2009-03-28

区域水资源承载力是受水资源、经济社会和生态环境三大系统相互作用影响的一个复杂指标[1],是测度区域水资源安全状况的重要指标[2-3]。随着我国经济和城市化的不断发展,生活条件的显著改善,水资源短缺、水质恶化等问题[1-2,4]伴随而来。《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》中提出“建立资源环境承载能力监测预警机制,对水土资源、环境容量和海洋资源超载区域实行限制性措施”,可见,关于水资源承载力的研究[4-9]对水资源优化配置、区域经济社会可持续发展和生态文明建设具有重要意义。

水资源承载力评价是水资源承载力基础研究的重要内容之一。其评价方法主要有经验估算法[10]、综合评价法[11]、系统动力学法[12]和多目标分析法[13]等。水资源承载力评价的研究主体是水资源系统,客体是经济社会系统和生态环境系统,评价要素主要包括水量、水质等。李云玲等[14]采用“短板法”全面考虑水量、水质等要素进行评价,得到水资源承载能力综合评价结果。目前,水资源承载力评价中如何综合考虑各要素评价结果得到水资源承载

在《冷水水表检定规程》中[1],指出正常使用条件下,水表的检定周期为2年。但在实际应用中,检定工作可能没有如期进行,一般是企业或用户感到计量不准确后,才把水表送至技术机构进行检定。检定周期超限后,难以保证水表的计量精度,就会出现计量误差现象。

力的综合评价结果是一个难题。为此,本文在文献[14]等的要素评价基础上,提出了用风险矩阵方法综合考虑水资源承载力评价中各要素的评价结果,构建了区域水资源承载力评价的风险矩阵方法(Risk Matrix Method for evaluating regional Water resources Carrying Capacity,RMM-WCC),并在安徽省淮河流域水资源承载力评价中开展实证研究。

通过学习艺术教育的授课方式,由起初的主题式教学,激发学生去切身体验感受绘画主题与生活的结合;也慢慢的加入不同的教学方式。艺术教育对于教学方法的研究很完备,从而我们在课程中运用了渗透式的教学方式,即在绘画的同时渗透到孩子们所学习到的其他的学科门类,例如我们在绘画以“海底世界”为主题的课程时,结合孩子们所学的数学图形,让孩子们自行想象添加几何图形的元素绘画;我们作为引导者,最后再进行技巧的教学,使得孩子们本身的生动画面更加丰富完整。

1 区域水资源承载力评价的风险矩阵方法的建立

由图2可知:合肥淮河流域、滁州淮河流域、亳州市、淮北市的水资源承载能力处于严重超载状态,阜阳市、宿州市、淮南市和六安淮河流域的水资源承载能力处于超载状态,蚌埠市的水资源承载能力处于临界状态;全区域水质要素承载状态不佳,除蚌埠市的水资源承载能力为临界状态以外,其他地区的水资源承载能力为超载及以上等级。主要原因是污染物排放量均大于限制排放量或纳污能力。

我把上课瞌睡的学生请到身边,告诉他:“我又看到你上课睡觉了,怎么了?哪里不舒服吗?”他低下头,支支吾吾地说:“英语课实在听不懂,听着听着就睡着了。”对学生而言,除了智力因素,初中的苦与累多是小学时不刻苦学习播下的种子,他们正在用青春的美好时光赔付童年时的放纵蹉跎。作为老师,再生气也于事无补。相反,理解他学习上的困难,找到他身上的闪光点,诚心帮助他们,多多关注和鼓励,也许会让他们直面学习的困境,找到自己的出路。这个过程中,师生之情也会更加牢固。

1.1 风险矩阵方法

淮河流域地处中国南北气候过渡带,淮河以北属暖温带半湿润季风气候区,淮河以南属北亚热带湿润季风气候区,气候温和,四季分明[18]。流域内由亚热带向暖温带过渡,冷暖气团活动频繁,降水量空间分布变化大。淮河干流安徽段位于淮河中游,全长431 km,占干流总长的43.1%。安徽省淮河流域包括淮北市、亳州市、宿州市、蚌埠市、阜阳市、淮南市、合肥淮河流域、滁州淮河流域和六安淮河流域,总面积7.1万km2,人口4 362万人,分别占全省的50.7%和65.5%。流域内可利用土地资源丰富,耕地面积约占全省的67.1%,河流、湖泊众多,农业发展潜力大,是我国重要的粮食生产基地[19]

1.2 水量要素区域水资源承载力评价

风险矩阵方法是由风险的2个要素“风险发生的影响程度等级”和“风险发生的概率等级”确定另一个要素“风险重要性等级”的方法,其实质是根据风险发生的概率与风险影响之间相互作用的各种情况,确定风险评价等级结果,在风险的定量分析中具有广泛的应用前景[15]

 

表1 水量要素评价标准

  

支撑力评价指标压力评价指标评价标准严重超载超载临界状态不超载用水总量控制指标W0现状用水总量WW≥1.2W0W0≤W<1.2W00.9W0≤W

根据表1中水量要素各单指标的评价标准,水量要素评价结果依据“短板法”得出,也就是取各单指标评价结果中的最不利的评价结果,即选取评价指标中最差的评价结果作为评价结果(如若一个指标的评价结果为超载、另一个指标的评价结果为严重超载,则评价结果判定为“严重超载”;若一个指标为超载、另一个指标为临界超载,则评价结果判定为“超载”,下同)[14]

1.3 水质要素区域水资源承载力评价

根据水质要素评价标准,对研究区域进行水质要素评价,划定严重超载、超载、临界状态、不超载[14]4个级别的标准,选取2020年主要入河污染物限制排污量(COD、氨氮)P0与主要污染物现状入河量(COD、氨氮)P、纳污能力(COD、氨氮)P1与主要污染物现状入河量(COD、氨氮)P 两对指标进行区域承载力评价,评价标准见表2[14]

回顾文献可以发现,如何促进区域产业结构升级以及减弱人口老龄化的不利影响是我国目前面临的两大难题。大部分学者基于已有的经济区域划分,将老龄化指标直接作为解释变量构建计量模型。本文将人口老龄化指标引入至新古典经济增长模型中,借助产业结构与经济产出之间的关系得到具有人口老龄化约束的产业结构升级优化模型,通过因子聚类分析所创建的新划分区域,分析各区域产业结构发展的着重点并提出相应建议。

 

表2 水质要素评价标准

  

支撑力评价指标压力评价指标评价标准严重超载超载临界状态不超载3〛2020年主要入河污染物限制排污量(COD、氨氮)P0主要污染物现状入河量(COD、氨氮)PP≥3P01.2P0≤P<3P01.1P0≤P<1.2P0P<1.1P0纳污能力(COD、氨氮)P1主要污染物现状入河量(COD、氨氮)PP≥3P11.2P1≤P<3P11.1P1≤P<1.2P1P<1.1P1

由图3可知:淮北市的水资源承载能力等级为严重超载,合肥淮河流域、阜阳市、亳州市、宿州市、滁州淮河流域的为超载,淮南市和六安淮河流域的为临界状态,蚌埠市的为不超载。

1.4 基于风险矩阵方法的水量和水质双要素综合评价

据现状年用水总量、地下水开采量等指标进行水量要素评价,评价结果分为4个等级:严重超载、超载、临界状态、不超载[14]。选取评价口径的现状用水总量W与用水总量控制指标W0、评价口径的现状供水总量S与可供水量S0、平原区地下水开采量G与平原区地下水控制开采量G0这3对指标进行区域水资源承载力评价,评价标准见表1[14]

综合利用现代计算机技术、现代控制技术、现代通信技术和现代图形显示技术,将各部分子系统集成,实现了分散控制,集中管理。

表3表明:水资源承载过程中,水量承载是主要方面,水质承载相当于是对水量承载增加的一个约束。因此,在水资源承载力评价中,水量承载的重要性高于水质承载的重要性,为对水资源承载负荷超过或接近承载能力的地区实行预警提醒和限制性措施,合成等级不能优于水量承载等级;当水量承载等级与水质承载等级相同时,取合成等级与水量和水质承载的相同等级;当水量承载等级为不超载时,若水量承载等级与水质承载等级相差一级,取合成等级与水量承载等级相同,若水质承载等级高于水量承载等级两级时,取合成等级介于水量承载等级与水质承载等级间;当水量承载等级为临界状态时,考虑到在水资源承载力评价中水量承载的重要性高于水质承载的重要性,故当水质承载为不超载或临界状态等级时,考虑到这时2要素的承载等级都不差,故取合成等级与水量承载等级相同;当水质承载为超载或严重超载等级时,考虑到这时的水质承载等级已较差,故取合成等级为水量承载等级的高一级(超载);当水量承载等级为超载或严重超载时,合成等级不能优于水量承载等级,当水质承载等级为严重超载时,考虑到这时水量和水质的承载状况都已差,取合成等级为严重超载。

 

表3 基于风险矩阵方法的双要素综合评价等级

  

水质承载状况评价等级水量承载状况评价等级不超载临界状态超载严重超载不超载不超载临界状态超载严重超载临界状态不超载临界状态超载严重超载超载临界状态超载超载严重超载严重超载超载超载严重超载严重超载

根据水资源的水量承载状况评价等级与水质承载状况评价等级之间相互作用的具体情况,利用基于风险矩阵的综合评价方法进行综合,判定双要素综合条件下的水资源承载状况等级(严重超载、超载、临界状态、不超载),结果见表3。

2 实例分析

2.1 区域概况

风险矩阵方法由美国空军电子系统中心在20世纪90年代中后期提出,并在美国军方武器系统研制项目风险管理中得到广泛的推广应用,是目前项目管理过程中识别项目风险重要性的一种结构性方法,可对项目的潜在风险进行评估。该方法操作简便,且定性分析与定量分析相结合,可以充分考虑实际问题提供的信息,已被广泛应用于项目风险评估[15]、安全风险等级评定[16-17]等研究领域。

2.2 水量要素区域水资源承载力等级评价

根据1.2小节的水量要素评价方法,得到安徽省淮河流域的水量要素评价结果,如图1所示。

虽然RBM模型有许多优势,但是现有的流行数值分析软件并没有RBM模型,使得应用RBM变得异常困难。使用基于有限元原理的Abaqus-6.11来进行对不同几何形状的直根的拔出模拟[1]。首先是用Abaqus找到一种可行的模拟根土相互作用的模型;其次将对不同树根模型进行拔出分析,得到几何模型的变化如何影响树根的拔出强度。

由图1可知:大多数地区的水资源承载能力等级处于不超载状态,阜阳市、亳州市的处于临界状态,淮北市、宿州市的处于超载状态;淮南地区的处于不超载状态,淮北地区的或处于临界状态,或处于超载状态,这与淮河流域降水量南多北少的自然特征相一致。淮北市和宿州市因平原区地下水超载导致该两市的水资源承载能力等级为超载,阜阳市和亳州市的用水量大,接近用水控制指标,导致这两市的水资源承载能力等级处于临界状态。其余地市水资源条件优越,承载压力小,水量要素承载良好。

  

图1 水量要素安徽省淮河流域水资源承载力等级评价结果

2.3 水质要素区域水资源承载力等级评价

根据1.3小节的水质要素评价方法,得到安徽省淮河流域的水质要素评价等级结果,如图2所示。

  

图2 水质要素安徽省淮河流域水资源承载力等级评价结果

构建RMM-WCC的思路就是采用水量、水质要素水资源承载支撑力和压力评价的实物量指标进行单因素评价和双要素综合评价,比较各要素水资源承载支撑力和压力评价的实物量指标值的大小,根据判断结果直接判断研究区域的水资源承载状况;然后,采用风险矩阵方法综合2要素承载状态得到最终承载结果。该评价主要包括水量要素区域水资源承载力评价、水质要素区域水资源承载力评价和水量水质要素区域水资源承载力综合评价3方面内容。

2.4 基于风险矩阵方法的双要素综合等级评价

根据1.4小节基于风险矩阵方法的水量、水质双要素综合等级评价方法,采用风险矩阵方法的合成规则(表3)综合上述的水量、水质要素评价结果,得到安徽省淮河流域水资源承载力综合评价结果,如图3所示。

  

图3 风险矩阵方法的双要素综合评价等级结果

根据表2中的评价标准进行评价,得到水质要素各单指标的评价标准等级结果,按照“短板法”[14]得出水质要素的评价结果,即取各单指标评价结果中最不利的水质评价结果作为结果。

由图1—3可知:安徽省淮河流域的水资源承载状况偏差,合肥淮河流域、滁州淮河流域的水资源承载能力超载主要与水质要素的承载能力超载有关,建议控制污染物排放,提高治污能力;淮北地区的水资源承载能力超载的主要原因是用水量接近或超过控制值、水质要素的承载状态较差,建议采取节水、控污等相关措施。

短板法的双要素综合评价等级结果如图4所示。

2)商场的公共区域空调设备开启根据运营时间确定,运营时间内会一直开启,同时商场内部温度变化较大,通过现场温度探测实现调控难度较大,效果不佳;

  

图4 短板法的双要素综合评价等级结果

将风险矩阵方法的双要素评价结果(图3)与短板法[14]的双要素评价结果(图4)进行对比发现,风险矩阵方法的双要素综合评价等级结果比短板法的结果更为全面、合理;短板法的结果是直接取表3中水量承载状况评价等级和水质承载状况评价等级中的最差等级,没有利用水资源的水量承载状况评价等级与水质承载状况评价等级之间的相互作用的信息,短板法是在合成规则取极端情形(最差评价等级结果)下的一种特殊风险矩阵方法。RMM-WCC考虑到水量要素在区域经济发展、生态环境保障等方面的作用要高于水质要素,采用风险矩阵方法综合水量和水质要素评价等级结果,可避免出现类似水量承载良好而水质超载就判定区域水资源承载力超载这样的情况,使得评价结果更全面、更符合实际情况。例如,对于合肥淮河流域,该区域水量要素承载良好,而水质要素为严重超载,短板法的双要素评价等级结果为严重超载,而实际情况是合肥淮河流域的现状用水量不到用水控制值的90%,也不到可供水量的90%,平原区地下水开采量不到控制值的90%,距超载都有一定的弹性区间,在水量方面,水资源能完全满足经济社会发展需要。合肥淮河流域的污染物排放量超标,水质情况较差。合肥淮河流域的水资源承载力状况在水量要素的有力保障下,不能因水质要素的严重超载而得出该区域水资源承载力综合状况严重超载这一论断,因此风险矩阵方法下的超载结果显得更为合理、客观。

3 结语

1)区域水资源承载力的评价涉及到水量要素和水质要素,如何综合这些单要素评价结果是目前区域水资源承载力评价的一个难题。本文从水资源承载支撑力和压力系统选取相对应的指标,用短板法综合单要素各指标的评价等级结果,提出用风险矩阵方法综合水量、水质要素的单要素评价等级结果,构建了基于风险矩阵方法的区域水资源承载力评价模型(RMM-WCC)。

2)RMM-WCC对安徽省淮河流域的水资源承载力评价结果表明,该区域除蚌埠市的水资源承载力不超载、淮南市和六安淮河流域的水资源承载力为临界状态以外,其余地区的水资源承载力处于超载或严重超载状态,水资源承载形势严峻,建议采取提高用水效率、优化产业结构、减小污染物入河量等相关措施以提高该区域的水资源承载力。

3)区域水资源承载力研究涉及多个系统,是一个复杂的课题,本文在相关研究的基础上引入风险矩阵方法做了初步探索。RMM-WCC的评价方法简单实用,可以充分利用实际区域不同要素下水资源承载状况评价等级之间相互作用的具体信息,在水土资源、生态环境和海洋资源等资源环境承载力评价中具有推广应用前景。

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金菊良,董涛,郦建强,郭旭宁,李辉,何君
《华北水利水电大学学报(自然科学版)》2018年第02期文献

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