黄河中游区佳芦河流域生态脆弱性评价＊

张 鑫 杜朝阳 蔡焕杰

(西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌 712100)

黄河中游区佳芦河流域生态脆弱性评价＊

张 鑫 杜朝阳 蔡焕杰

(西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌 712100)

生态脆弱性评价可为生态脆弱流域生态经济系统的恢复与重建提供重要的依据。在分析影响该流域生态脆弱性因素的基础上,从成因和表现结果两个方面选择构建了佳芦河流域生态脆弱性指标体系,将人口素质等人文信息指标纳入生态脆弱性指标体系,并利用AHP确定了各指标的权重。采用基于三角白化权函数灰色聚类评价方法对佳芦河流域生态脆弱性进行了综合性评价,结果表明:佳芦河流域生态脆弱性对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ灰类的聚类系数分别为0.636、0.389、0.472,聚类系数隶属于灰类Ⅰ,该流域生态脆弱性为高度脆弱。

AHP;灰色聚类;流域;生态脆弱性

20世纪80年代以来,随着生态学的发展,脆弱生态环境领域的研究愈加活跃[1-3]。研究生态脆弱性的方法主要包括:模糊综合评判法[4-6]、EFI(Ecological Frangibility Index)法[7]、层次分析(AHP)法[8]、主成分分析法[9]、基于RS与GIS的评价方法[10]、物元模型分析法[11]等。生态脆弱性是自然系统和人文系统共同作用的结果。但是目前针对人文系统的脆弱性研究还不够深入,如脆弱性的因果结构、贫困与人文脆弱性的关系等也还需要深入探讨[12]。生态脆弱性研究具有很强的地域性和综合性,本文在构建流域包含人文因素的生态脆弱性评价指标体系的基础上,采用AHP方法确定各指标的权重,并利用基于三角白化权函数的灰色聚类方法对生态脆弱性进行评价,探讨流域生态脆弱性评价的新思路。

1 生态脆弱性指标体系

佳芦河流域地处黄河流域中游,毛乌素沙漠南缘,陕北黄土高原北端,发源于陕西榆林市榆阳区双山乡断桥村,由西北向东南,至佳县佳芦镇木厂湾村注入黄河,地理坐标为东经109°59′10″-110°30′00″,北纬37°59′18″-38°28′25″,流域面积1 134 km2,水土流失面积高达1 125 km2。流域多年平均气温10℃,多年平均降雨量395mm,多年平均流量2.85m3/s,年输沙量1 410万t输沙量中大于0.05 mm的粗沙占57.2%。流域自然植被很少,主要为人工林草,生态环境脆弱。佳芦河流域人口密度为131人/km2,其中农业人口占90%。2005年流域共完成国内生产总值4.72亿元,人均GDP3 185元。由于佳芦河流域自然地理环境条件和强烈的人类活动干扰,才导致脆弱生态环境的形成。

依据目的性、代表性、整体性、科学性和可操作性的原则,结合佳芦河流域的现状,构建佳芦河流域生态脆弱性的评价指标体系。以自然环境因素为主,综合考虑人类活动因素,兼顾指标的可操作性和可比性,最终选取了14项指标作为该流域本次生态脆弱性评价指标体系,对该流域生态脆弱性进行分析和综合评价(见表1)。

由于国内外均无统一的生态脆弱性及其相关指标的评价标准,本文根据全国、陕西省、榆林市等各类指标的取值范围,参照该流域规划以及咨询专家意见后形成如下评价指标标准取值范围,并进行灰类划分,分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,其类别级数越小,表示脆弱性的程度越大:Ⅰ表示高度脆弱、Ⅱ表示中度脆弱、Ⅲ表示低度脆弱(见表2)。

2 评价方法

本文根据生态脆弱性评价指标体系,运用层次分析法(Analytic Hierarchy Process)来确定指标体系中各指标的权重,然后采用由刘思峰等人提出的三角白化权函数进行评价各层指标之间综合效果和和整体水平[13]。具体步骤如下:

表1 佳芦河流域生态脆弱性评价指标

表2 佳芦河流域生态脆弱性评价标准

第一步,用AHP方法确定评价指标权重。

第二步,设有n个对象,m个评估指标,s个不同的灰类,对象i关于指标j的样本观测值为xij(i=1,2,3,…,n;j=1,2,…,m),根据xij的值对相应的对象i进行评估。

将各个指标的取值范围也相应地划分为s个灰类,例如将j指标的取值分为[a1,as+1]划分为s个区间[a1,a2],…,[ak-1,ak],…,[as-1,as+1][as,as+2]。其中,阈值ak一般可根据实际情况的要求或定性研究结果确定。

第三步,令λk=(ak+ak+1)/2属于第k个灰类的白化权函数值为1,连接(λk,1)与第k-1个灰类的起点ak-1和第k+1个灰类的终点ak+2,得到j指标关于k灰类的三角白化权函数fkj(.),j=1,2,…,s。对于f1j(.)和fsj(.),可分别将j指标取数域向左、右延至a0,as+2。

对于指标j的一个观测值x可由公式

根据灰类的分级和各指标值及其取域延拓值按照式(1)计算各指标属于灰类k(k=1,2,…s)的灰色隶属度(x)。

第四步,计算对象i(i=1,2,…,n)关于灰类k(k=1,2,…s)的综合聚类系数:

表3 佳芦河流域生态脆弱性评价各指标权重

表4 各指标灰色隶属度值

第五步,由1判断对象i属于灰类当有多个对象同属于k＊灰类时,还可以进一步根据综合聚类系数的大小确定同属于k＊灰类的各个对象的优劣或位次。

3 结果分析

利用AHP法计算得到各指标的权重(见表3)。

据佳芦河流域各指标2005年的数据和公式(1)计算可得各指标灰色隶属度值(见表4)。

由表4知,在C层指标中C1、C3、C4、C5、C6、C8、C10、C14均属于Ⅰ(高度脆弱)灰类;C7属于Ⅱ(中度脆弱)灰类;C2、C9、C11、C12、C13属于 Ⅲ(低度脆弱)灰类。对于B层指标:B2、B3均属Ⅰ灰类,处于高度脆弱状态;B1、B4属于Ⅲ(低度脆弱)灰类。对于A层指标:A1属于Ⅰ(高度脆弱)灰类;A2属于Ⅲ(低度脆弱)灰类。

根据各指标的权重和公式(2)计算可得指标的综合聚类系数(见表5)。

表5 指标的综合聚类系数

4 结论与讨论

(1)通过分析影响佳芦河流域生态脆弱性的因素,从成因和表现结果两个方面构建了佳芦河流域生态脆弱性指标体系,将人口素质等人文信息纳入生态脆弱性指标体系,并利用AHP方法确定了各指标的权重。

(2)采用基于三角白化权函数的灰色聚类评价方法对佳芦河流域生态脆弱性进行了综合性评价。结果表明:佳芦河流域生态脆弱性对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ灰类的聚类系数分别为0.636、0.389、0.472,显然对于灰类Ⅰ的聚类系数最大,因此,可以判定该流域生态脆弱性为高度脆弱。评价结果与该流域生态环境现状相吻合。

(3)尽管本文利用三角白化权函数将每个指标转折点延拓至区间灰数,有效减小转折点数值确定偏差对评价结果的影响。但是如何根据实际的需要给出转折点的准确的、客观的值,仍然需要进一步研究。

(编辑:王爱萍)

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AbstractAn important basis is provided ecological vulnerability assessment for ecologically fragilewatershed ecosystem economic systems restoration and reconstruction.Based on an analysisof the impact factorson the ecological vulnerability in the basin,an ecological fragility index system is built to consider the causes and the resultsofmanifestations in Jialu RiverBasin,and the qualityof the population and other cultural infor mation is contained in the index system of ecological fragility,andAHPwas used to deter mine theweightof each index.The AHP-grey clustering method is utilized to evaluate the ecological fragility in Jialu River Basin.The results showed that:the ecological fragility of theⅠ,Ⅱ,Ⅲgrey class clustering coefficientswere 0.636,0.389,and 0.472 in Jialu River Basin;apparently the grey typeⅠclustering coefficientwas the largest.Therefore,the highly vulnerable of the ecological fragility in this area can be determined in this basin.

Key wordsAHP;grey clustering;basin;ecological vulnerability

Assessment of Ecological Vulnerability in Jialu River Basin in Yellow RiverM idstream Area

ZHANG Xin DU Chao-yang CA I Huan-jie
(College ofWater Resources and Architectural Engineering,NorthwestA&F University,Yangling Shaanxi 712100,China)

X171.4

A

1002-2104(2010)03专-0155-04

2010-01-04

张鑫,博士,副教授,主要研究方向为水文水资源。

＊国家高技术研究发展计划(“863”计划)(No.14110209);国家重大科技支撑项目(No.10712);西北农林科技大学博士科研启动基金(No.01140504);西北农林科技大学科研专项(No.08080230)。