塔里木河流域“四源一干”环境承载力对比分析

2017-03-08艾克热木阿布拉

黑龙江水利科技 2017年12期

艾克热木·阿布拉,徐俏

(1.塔里木河流域干流管理局，新疆库尔勒 841000；2.新疆师范大学地理科学与旅游学院，乌鲁木齐 830054)

0 引言

近60a来，受全球气候变化和人类活动的影响，塔里木河流域目前面临着春旱、夏洪、等一系列生态环境问题，严重影响了塔里木河流域经济可持续发展。流域的环境承载力决定着其经济社会发展的速度和规模，它对于流域的可持续发展、生态环境建设和资源的合理配置有至关重要的影响和意义。目前，关于环境承载力评价有许多方法，如指标体系法、多标模型最优化法、单口标最优化法、模糊综合评价法、人工神经网络法等。本研究建立了适合塔里木河流域环境承载力评价指标体系，以2010年数据资料，通过流域水资源系统、土地资源系统、生态环境系统和社会经济系统4个方面全面分析塔里木河流域“四源一干”环境承载能力，并比较不同源流环境承载能力和等级，探究各源流环境承载力差异性，旨在为流域生态环境综合治理和生态恢复提供理论依据[1]。

1 研究区概况与方法

1.1 研究区概况

塔里木河是我国最大的内陆河，地处新疆南部塔克拉玛干沙漠边缘，流域降水量少，属于极端干旱区，是环塔里木盆地的阿克苏河、渭干河、喀什噶尔河、塔里木河、和田河、开都河孔雀河等九大水系144条河流的总称，多年平均径流量约4.10×1010m3，流域总面积1.027×106km2，降水量少，属于极端干旱区。流域分为源流区和干流区，因九大向心聚流水系中，只有阿克苏河、和田河、叶尔羌河和开都河孔雀河四条源流与干流有地表水联系，呈现“四源一干”的局面，见图1。塔里木河流域各源流存在一系列生态环境问题，主要表现为：山区水土流失严重，平原区地下水位下降、河道断流、沙尘暴增加、荒漠化程度加剧等。

1.2 研究方法

1.2.1 指标的选取

塔里木河流域生态系统是一个由水资源、土地资源、生态环境、社会经济系统共同组成的相互影响的复杂系统，影响流域生态系统环境承载力涉及的因素很多[2]。选择塔里木河流域环境承载力包括水资源系统、土地资源系统、生态环境系统和社会经济系统4个方面。

1.2.2 模糊综合评价模型构建

1)确定评价因子集：

设定评价因素集U= {U1，U2…，Un} ，其中i= 1，2，…，n，n为塔里木河流域环境承载力一级评估指标U的个数；Ui= {Ui1，Ui2…，Uij，Uiq}，其中j= 1，2，…，q，q为塔里木河流域环境承载力二级评估指标Ui的个数。

图1 塔里木河流域概况图

2)确定评价因子权重集：

在综合评价中，各个评价因子的重要程度是不相同的。用模糊集合W 来表示这个重要程度。塔里木河流域环境承载力一级评估指标的权重为:Wi =[W1，W2，…，Wn]，Wi为相应Ui中相应因素的权重，且Wi∈[0，1]，i = 1，2，…，n；并且Σni= 1，Wi= 1。环境承载力二级评估指标的权重为:Wi =[Wil，Wi2，…，Win]，Wij为相应Uij中相应因素的权重，且Wij∈[0，1]，i = 1，2，…，n；并且Σni= 1，Wij= 1。

3)确定评估因子评价集V：

设定塔里木河流域环境承载力评语集为V ={ V1，V2，…，Vm} ，其中Vm为评估结果，k = 1，2，…，m，m 为评估等级的个数。各级因子的评价等级个数相等，即V 对Ui，Cj，Wk，……均适应。对于塔里木河流域生态环境承载力的评价，将最终评价结果分为完全可载、可载、适载、超载、严重超载5个等级，见表1。

表1 塔里木河流域环境承载力评价等级

4)环境承载力的综合评价：

将塔里木河流域环境承载力评价因素集合U这一论上的一个模糊集合A经过模糊关系R转化为评语集合V上的一个模糊集合C，即为模糊综合评价的数学模型。C =W ☉ R式中C为模糊综合评价的结果，是m维的模糊行向量；W指模糊评价因素权重集合，是n维的模糊行向量；R指从U到V的一个模糊关系，是一个n×m的矩阵；☉是一种模糊向量运算，运算规则类似于矩阵的乘法，将行与列的元素分别相乘再相加作为运算结果。进一步对环境承载力综合评价得到的向量C归一化处理，得出具有综合评价结果[3]。

2 结果与分析

2.1 和田河流域各系统环境承载力评价分析

和田流域各系统承载力各指标分析结果见图2。

图2 和田流域各系统承载力各指标分析结果

根据图2显示，和田河流域的水资源系统承载力处于完全可载的概率是8.4%，处于可承载状态的概率是22.3%，处于适载状态的概率是20.9%，处于超载状态的概率是38.0%，处于严重超载的概率是10.5%。根据最大隶属度原则，和田河流域水资源系统承载力处于超载状态。土地资源系统的承载力隶属度最大值出现在处于可承载力范围。生态环境系统处于完全可载的概率是0.0%，处于可载状态的概率是0.3%，处于适载状态的概率是18.2%，处于超载状态的概率是43.3%，处于严重超载的概率是38.1%。社会经济系统的承载力隶属度最大值出现在处于严重超载范围，其概率是29.2%，对比和田河流域四大系统环境承载能力可以看出，承载力由高到低排序为：土地资源系统承载力>水资源系统承载力>生态环境系统承载力>社会经济系统承载力。

2.2 叶尔羌河流域各系统承载力评价分析

叶尔羌河流域各系统承载力各指标分析结果见图3。

图3 叶尔羌河流域各系统承载力各指标分析结果

根据图3显示，叶尔羌河流域的水资源系统承载力处于完全可载的概率是13.8%，处于可载状态的概率是33.9%，处于适载状态的概率是37.9%，处于超载状态的概率是1.2%，处于严重超载的概率是13.3%。根据最大隶属度原则，叶尔羌河流域水资源系统承载力处于适承载状态。土地资源系统的承载力隶属度最大值出现在处于完全承载力范围，其概率是33.8%，生态环境系统处于完全可载的概率是0.0%，处于可载状态的概率是0.3%，处于适载状态的概率是28%，处于超载状态的概率是12.7%，处于严重超载的概率是59%。社会经济系统的承载力隶属度最大值出现在处于可承载力范围，其概率是31.3%。对比叶尔羌河流域四大系统环境承载能力可以看出，承载力由高到低排序为：土地资源系统承载力>社会经济系统承载力>水资源系统承载力>生态环境系统承载力[4]。

2.3 阿克苏流域各系统承载力评价分析

阿克苏河流域环境承载力各指标分析结果见图4。

图4 阿克苏河流域环境承载力各指标分析结果

根据图4显示，阿克苏河流域的水资源系统承载力处于完全可载的概率是0.0%，处于可载状态的概率是33.0%，处于适载状态的概率是18.9%，处于超载状态的概率是5.9%，处于严重超载的概率是42.3%。根据最大隶属度原则，阿克苏河流域水资源系统承载力处于严重超载状态。土地资源系统的承载力隶属度最大值出现在处于超载范围，其概率是45.8%。生态环境系统处于完全可载的概率是0.0%，处于可载状态的概率是0.0%，处于适载状态的概率是37.8%，处于超载状态的概率是34.0%，处于严重超载的概率是28.1%。社会经济系统的承载力隶属度最大值出现在处于超载范围，其概率是47.7%。对比阿克苏河流域四大系统环境承载能力可以看出，承载力由高到低排序为：生态环境系统承载力>土地资源系统承载力>社会经济系统承载力>水资源系统承载力[5-7]。

2.4 开-孔河流域环境承载力各指标评价分析

开-孔河流域环境承载力各指标分析结果见图5。

图5 开-孔河流域环境承载力各指标分析结果

根据图5显示，开-孔河流域的水资源系统承载力处于完全可载的概率是28.4%，处于可载状态的概率是32.1%，处于适载状态的概率是33.5%，处于超载状态的概率是6.2%，处于严重超载的概率是0.0%。根据最大隶属度原则，开-孔河流域水资源系统承载力处于适载状态[8]。土地资源系统的承载力隶属度最大值出现在处于可承载力范围，其概率是44.1%。生态环境系统处于完全可载的概率是0.0%，处于可载状态的概率是45.6%，处于适载状态的概率是24.5%，处于超载状态的概率是29.8%，处于严重超载的概率是0.0%。社会经济系统的承载力隶属度最大值出现在处于适承载范围，其概率是34.8%，说明，开-孔河流域社会经济系统处于适承载状态。对比开-孔河流域四大系统环境承载能力可以看出，承载力由高到低排序为：土地资源系统承载力>生态环境系统承载力>水资源系统承载力>社会经济系统承载力。

2.5 干流流域环境承载力各评价分析

干流流域环境承载力各指标分析结果见图6。

图6 干流流域环境承载力各指标分析结果

根据图6显示，干流流域的水资源系统承载力处于完全可载的概率是40.2%，处于可载状态的概率是21.1%，处于适载状态的概率是17.6%，处于超载状态的概率是0.0%，处于严重超载的概率是21.2%。根据最大隶属度原则，干流流域水资源系统承载力处于完全可载状态。土地资源系统的承载力隶属度最大值出现在处于严重超载范围，其概率是75.0%。生态环境系统处于完全可载的概率是0.0%，处于可载状态的概率是33.3%，处于适载状态的概率是36.7%，处于超载状态的概率是29.9%，处于严重超载的概率是0.0%。社会经济系统的承载力隶属度最大值出现在处于完全承载范围，其概率是48.8%。对比干流流域四大系统环境承载能力可以看出，承载力由高到低排序为：水资源系统承载力>社会经济系统承载力>生态环境系统承载力>土地资源系统承载力。