基于gis的水资源短缺风险综合评价模型研究

基于gis的水资源短缺风险综合评价模型研究

水资源损失风险分析主要用于确定水资源损失风险的相对大小。基于信息系统的水资源损失风险评估是指根据研究区域水资源缺乏的特点和区域社会经济条件，根据计算水资源损失造成的经济损失，全面评价和直观表达研究区域内的水资源缺乏风险。在水资源短缺风险分析的基础上基于地理信息系统对京津地区水资源短缺风险进行评价研究,一方面是对水资源短缺风险管理理论的补充,另一方面以期更加直观地显示水资源风险分析成果,从而为区域水资源规划和管理提供决策依据。1考虑水资源短缺评估的文保和水文学水资源短缺评估涉及到区域水文风险因子(如降水频率、下垫面状况、产流特征、来水频率和来水量)、水资源短缺特征(如区域缺水量、发生时间、重现期等)和区域社会经济发展状况(如人口、工农业产值、宏观经济结构和需水结构等)。其中土地利用类型分布、水资源短缺历时、范围以及防御措施应作为估算损失的重要因子,而这些因子均具有较强区域差异性,表现为空间数据,而地理信息系统作为空间数据管理与分析的重要技术方法,对水资源短缺评估有着较大的支持与辅助作用。水文数据空间分布相当复杂,GIS应用于水文学和水资源管理之前,水文数据的管理总是难尽人意。目前,GIS对水文数据管理包括实时数据的综合、矢量与标量数据的综合、遥感数据处理以及水文模拟基础的GIS数据管理等。近年来,全球变化及环境影响评估成为一大热点,水资源和与水资源有关的环境管理是其重要组成部分。GIS的应用主要是水资源决策中的应用、水资源管理规划中的多目标分析以及可视化技术等。基于GIS的水资源规划管理被认为是一种灵活的规划工具,能够克服传统的大尺度战略规划的缺点。可以确定,在区域水资源短缺风险评价中,采用GIS对计算结果进行表达以及辅助决策都是非常有意义的。2水资源缺乏风险评价指标模型2.1水资源短缺风险评价水资源短缺的形成与发展受约于多种自然与社会经济因素,并因水资源短缺类型的不同而不同。根据其作用机理与变化速度,可将影响水资源短缺风险评估的因子归结分为以下二类:1)水资源短缺风险的性能指标,主要是描述水资源短缺的状况,只针对水资源系统而不包括社会经济系统,是水资源短缺风险区划的基础。选取水资源风险率、易损性、可恢复性、事故周期、风险度作为水资源系统水资源短缺风险的评价指标。对于这些指标可利用各种专题要素图进行描述,着重于其空间特征的分析。2)区域社会经济状况损失情况,主要是描述受灾区社会经济发展水平,反映区域承灾能力和损失率。一般可利用各种统计资料进行描述,并具有极大的区域差异性,在时间过程上具有波动性。这方面的评价指标可以采用风险损失的期望值和期望损失率来表达。所谓期望损失率是规划水平年的缺水经济损失与预测GDP的比值,它为不同计算单元之间的比较提供了有效的方法。2.2水资源短缺风险模型水资源短缺风险区划分析的方法有很多种,指标模型是其中一种,着重从水资源短缺形成的背景与机理,通过对影响水资源短缺形成的各种因子的分析,赋予每种指标一定权重,借助指标模型进行综合,以求得综合分区,因此属于一种确定性模型。水资源短缺风险由水文风险因子、水资源短缺性能指标和社会经济损失情况等因子来确定。各因子间组合关系可以是线性的,也可以是非线性。考虑到水资源短缺风险的空间特征和地理信息系统的能力,可以将各种因子在统一的空间框架中,借助于空间叠加分析功能,综合各影响因子,从而可得到综合影响因子图。在常规的计算中多采用均匀格网作为空间框架,从而达到对每一格网点(象元点)进行分析,其空间综合则转化为多维矩阵的地图代数运算。3京津地区水资源风险分析的计算单元对于在我国具有重要地位的京津首都圈(包括北京、天津二市的全部地区)而言,水资源短缺已成为制约其经济社会可持续发展的首要问题。京津地区水资源风险分析的计算单元见表1。以该地区为研究对象,在文献研究的基础上,基于地理信息系统对其水资源短缺风险进行进一步的评价。3.1京津地区水资源缺乏风险评价3.1.1京津地区水资源短缺风险的模糊综合评价根据对2010年京津地区的水资源需求预测,在现有工程的基础上(不包括南水北调工程)采用1956～2000年的来水系列资料按月为时段进行长系列供需平衡操作。2010年京津地区水资源短缺风险各性能指标的计算结果值见表2,同时采用文献的方法对京津地区各计算单元的水资源短缺风险进行模糊综合评价,得到评价结果见表2。为便于在GIS地图上分级显示,对各风险性能指标进行分级(表3)。3.1.2区域承灾能力及水资源由于水文风险因子已经包含在水资源短缺风险的性能指标里,所以借助地理信息系统显示水资源短缺风险只考虑水资源短缺性能指标和社会经济易损性指标。一般认为社会经济条件可以定性反映区域的灾损程度,即易损性的高低。社会经济发达的地区,人口、城镇密集,产业活动频繁,承灾体的数量多,密度大,价值高,遭受水资源短缺时经济损失就大。值得注意的是,社会经济条件较好的地区,区域承灾能力相对较强,相对损失率较低,但区域绝对损失和损失密度都不会因此而降低。同样等级的水资源短缺,发生在经济发达、人口密布的地区可能造成的损失往往要比发生在荒芜人烟、经济落后的地区大得多。根据京津地区特点,选取流域内计算单元水资源短缺经济损失期望值和期望经济损失率作为特征指标(表4),并通过各水资源分区的标识码建立与统计数据的关联,从而将统计数据空间化,然后根据表5的分级标准得到各指标的相应空间分布规律。3.2含义及权重组合根据各因子影响度的分析,采用水资源短缺风险评价的模糊综合评价值、水资源短缺经济损失期望值和经济损失率3个指标,计算京津地区水资源短缺综合评价值时,为了充分反映各指标的贡献,所有指标都以公式(1)进行标准化处理而得到各指标指数:Xj=Ej−EjminEjmax−Ejmin(1)Xj=Ej-EjminEjmax-Ejmin(1)式中:Xj为各计算单元第j指标指数;Ej为各计算单元第j指标数值;Ejmin为所有计算单元中第j指标最小值;Ejmax为所有计算单元中第j指标最大值。将各因子进行标准化后,按一定的权重组合进行叠加分析,得到综合区评价值,进而可利用GIS软件作出京津地区各计算单元的水资源短缺风险综合评价。如果以2010水平年在现状供水条件下的一次供需平衡结果为依据,京津地区的水资源短缺风险综合评价结果为:天津淀东清南平原、天津蓟运河山区、北京潮白河山区处于高风险水平;北京北四河平原、北京淀西清北平原、北京大清河北支山区、北京永定河山区处于较高风险水平;北京蓟运河山区处于较低风险水平;其它计算单元如北京北运河山区、天津北四河平原处于低风险水平。4建立水资源短缺风险评价体系利用GIS技术