GIS支持下的吉林省二松流域水资源恢复力评价

中国环境学会  2011年 03月30日

  晏  明   (吉林省农业资源与农业区划研究所)     (电话:13159683200,地址:长春市西安大路176号,邮编:130062)
   
  摘  要:我国以及英美等国普遍采用COD来衡量水体受污染的程度,这种COD分析废液中含有的大量的贵金属银盐及巨毒的汞盐,未经处理直接排放,及造成大量贵金属银的流失,又对水体造成严重污染。目前回收银的方法可分为二大类,一是采用金属还原剂将从COD废液中沉淀出来的氯化银还原为银[1],或直接在废液中将银还原出来,然后再将银与浓硫酸反应制备硫酸银[2]:,由于是在固相中反应,因而反应时间需数小时以上。另一类是采用电解还原法[3],缺点是需要较复杂的电解装置。许多学者对COD测定方法进行了改进[4]。本文采用氯化银与浓硫酸反应制备硫酸银,反应时间约需半小时,同时实验结果表明以硫酸银作氯离子干扰掩蔽剂进行测定COD也是可行的。

  由于水资源系统恢复力评价处于研究的初始阶段,本文在总结其他领域的恢复力的基础上,针对吉林省二松流域水资源的实际特点以及社会、经济的相关特点,选取吉林省二松流域水资源系统恢复力的评价指标,在GIS的支持下,利用多种来源的不同专题空间数据,建立水资源系统恢复力评价指标体系。采用空间叠加分析方法得到水资源系统恢复力评价指数,得到吉林省二松流域水资源系统恢复的分布趋势。并对评价结果进行合理性分析。

  

  关键词:水资源系统恢复力评价;吉林省二松流域;指标体系;GIS
   
  Abstract:In this paper, firstly, the relevant theories and methods of the water resource system resilience evaluation were expounded, including the concept, type, method, index system of the assessment of water resource system resilience and so on, that is also the theoretical foundation of the study. At the same time, it also clarified the advantages of GIS technology in the evaluation of the assessment of the water resource system resilience, which set up the theoretical and practical basis of the assessment of water resource system resilience supported by GIS based on the multi-source information.


  The study of assessment of water resource system resilience is on the primary stage. The evaluation indexes of water resource system are selected by the characteristics of water resource, economy and society of Jilin Province, and the evaluation index system is established supported by GIS based on the multi-source information. The result of the assessment of water resource system resilience was achieved by spatial overlay analysis method. Through the analysis of the result, the trend of water resource system resilience distribution was gained.


  Key words: the assessment of water resource resilience; the second river of Jilin Province; evaluation index system; GIS


  0 前 言


  水是地球环境中最重要和最有活力的因素,它在某种程度上对其他环境要素起着制约与调节作用。地球表面是由大部分水体和少部分陆地所组成的,开放水体约占地球总面积的74%,其中海洋水所占的比例最大,从面积上来说,约占总水体面积的95%;从体积上来说,占总水体体积的97%。由于人类不能利用海水来满足生存所需,所以淡水成了人们关注的所在。在淡水中,约有77%是以固态形式分布于南、北两级;而人们可以利用的主要水资源则是包括地下水在内的河流水和湖泊水等。这一部分淡水有限,只占地球水体面积的0.4%,占水体总体积的0.62%。对这些不是很充足的淡水资源进行科学管理与合理配置显得越来越重要,因为这将直接影响到社会、经济的发展。
  水资源系统表现出来的脆弱性是的国内外专家、学者开始从事有关研究,其中不乏水质评价,水容量研究,承载力研究,可持续发展等,但就水资源恢复力评价的研究来说,确仅仅是处于起步和探索阶段,并无定论。对水资源恢复力各评价因子的全面理解和诠释是对水资源恢复力评价的关键,而遥感和地理信息系统正是有效揭示水资源恢复力各评价要素特点、本质及其之间内在联系的最简洁、有效的方法。
  目前我国水资源系统恢复力评价还处于初始阶段,缺少全面的水资源恢复力评价的具体标准,所以本文针对各具体指标都采用全国数据为基准,建立评价标准。可以说具有一定的理论与实践基础,基本上可以保证水资源系统恢复力评价的可靠性与准确性。


  1 研究区概况


  本文以吉林省境内的第二松花江(简称二松)作为研究区域。位于东经124o36′~128o50′,北纬41o44′~45o24′,是松花江的南源,上游有两支,即头道江与二道江,皆发源于长白山脉主峰白头山。习惯上以头道江为第二松花江的主源。两源于抚松县西北两江口附近汇合,以下始称第二松花江,它从东南流向西北,经白山、吉林、长春和松源四个地区,包括抚松、桦甸等的大部分地方或部分地方。第二松花江全长825.8km,流域面积73 749km2,流域内河川发育,水流众多,总计流域面积20km2以上的河流842条,主要支流有头道松花江、辉发河、饮马河和伊通河等。
  第二松花江流域水资源量丰富,水资源总量为175.74亿m3,地表水资源总量为159.18亿m3,地下水资源总量为50.36亿m3。二松流域内河川径流的补给主要是大气降水,所以多年平均径流深与多年平均降水量的分布基本一致(图1) 。


  2 评价指标体系的建立


  2.1 指标的选取
  在选取吉林省二松流域水资源系统恢复力评价指标时,我们在遵循科学性、整体性、协调性、可操作性和独立性原则的基础上,再根据本研究区的实际特点,在众多的评价因子中选择适当的评价指标,建立生态环境评价指标体系,将参评因子分为一级指标和二级指标。一级指标包括自然条件、社会条件和经济条件指标,二级指标有水资源量、地下水资源量、年降水量、年蒸发量、水资源涵养能力、湿度(干燥度)、文盲率、人口密度、废水治理设备、道路长度、人均GDP、农业比重、工业比重等共12个因子(表1)。这12个因子从各个方面表现了研究区域的基本特征,其中多数指标是反映该研究区域的自然生态环境指标如水资源量、年降水量、年蒸发量、年径流量、水资源涵养能力等;同时还有一些指标是反映该研究区域的社会、经济的指标如文盲率、人口密度、废水治理设备、道路长度、人均GDP、农业比重等,这些指标都严重的影响着本研究区的发展。
  表 1   吉林省二松流域水资源系统恢复能力评价指标体系
  

  一级指标

二级指标

指标名称

权重值

指标名称

权重值

自然条件

0.768

水资源量

0.132

地下水资源量

0.107

年降水量

0.233

年蒸发量

0.055

水资源涵养能力

0.130

湿度(干燥度)

0.108

社会条件

0.080

文盲率

0.053

人口密度

0.023

废水治理设备

0.004

道路长度

——

经济条件

0.152

人均GDP

0.105

农业比重

0.035

工业比重

0.012

  2.2 数据的获取
  在研究区的数据获取方面,自然维指标,如水资源量、地下水资源量、年降水量、年蒸发量、湿度(干燥度)是依据各气象测站点的测量数据;社会维(文盲率、人口密度、废水治理设备、道路长度)、经济维(人均GDP、农业比重、工业比重)指标则来自于2007年吉林省各地相关统计年鉴。而水资源涵养能力则是由MODIS数据解译与分析,利用植被指数计算公式建立的植被指数模型进行NDVI的计算所得。


  2.3 数据的标准化处理
  在进行吉林省二松流域水资源系统恢复力评价的过程中,要利用GIS软件中的叠加分析工具对各个专题数据进行叠加运算,因此指标的量化是十分关键的。由于各个专题数据的性质和量纲都不相同,所以无论从指标的分级值还是从计量单位上看,都不具有可比性,因此需要对不同参评因子的等级区分实现统一标准下的定量化表达,使其在参与叠加计算时,保持不至于因其分级数量的不同而失去因子要素间的公平与合理性。各个参评因子数据经标准化处理后,是一组反映其属性特征的数值,其值位于0—1之间。


  2.4 指标权重的确定


  采用多层因子分析法(AHP)确定吉林省二松流域水资源系统恢复力各评价因子的权重值(见表1)。


  3  恢复力评价模型的建立


  吉林省二松流域水资源系统恢复力评价选择地级市为为基本评价单元。由于本文GIS技术来进行恢复力评价,因此所有的评价要素实现了定量化和空间化表达。在GIS软件Arc/ Info的支持下,利用Arc/Info中Grid模块的空间叠加功能,对进行预处理后的水资源量、年降水量、年蒸发量、年径流量、水资源涵养能力、文盲率、人口密度、废水治理设备、道路长度、人均GDP、农业比重,各个专题数据层进行叠加分析,生成水资源系统恢复力评价模型。


  水资源恢复力评价指数,即利用加权相加的方法,计算每个基本单元的水资源恢复力指数。


  4 GIS支持下的评价结果及合理性分析


  4.1 评价结果
  本次吉林省二松流域水资源系统恢复力评价以地级市为基本单位,由东南向西北依次为白山、吉林、长春和松源。每个基本评价单元都含有多个评价因子。在GIS的支持下,对每个评价单元的评价因子进行叠加分析,得出各评价基本单元的水资源系统恢复力评价指数(见表2)。评价标准采用表3[3]  
  表2 以地级市为基本评价单元的二松流域水资源系统恢复力评价指数
  

  地级市

水资源系统恢复力评价指数

松源

0.2285

长春

0.5041

吉林

0.6012

白山

0.6824


  表3分级类型和评价标准

          

        

   I(优)              

II (良好)

III (一般)

IV(差)

V(劣)

≥0.700

0.500-0.699

0.350-0.499

0.150-0.349

≤0.149

  从吉林省二松流域水资源恢复力评价指数我们可以看出四个地区的水资源恢复力水平都没有达到优等水平,白山、吉林和长春三地处于良好水平,而松源地区的水资源恢复力水平尚处于差等水平。长春地区虽然处于良好水平,但通过指数我们看到它处于良好和一般的交界地区,这不得不引起我们的注意。


  4.2 空间分布特点


  由吉林省二松流域水资源系统恢复能力评价指数来看,四个地级市中白山评价指数最高,为 0.6824; 松源最低,为0.2285;吉林、长春居中,依次为0.6012、0.5041。
  从空间分布上来看,吉林省二松流域水资源恢复力评价指数呈现由东南向西北递减的的趋势,并且趋势比较明显(见图5)。
  面对如此脆弱的水资源系统,我们希望有关地区负责部门能够谨慎的对待,让与我们息息相关的水资源能够真正意义上的源远流长,造福人类。


  4.3 合理性分析


  在进行吉林省二松流域水资源系统评价时,我们发现影响水资源恢复力评价指数三维评价因子中,我们发现自然因素所占比重最大,为76.8%。而在自然因子的评分过程中我们发现,白山市在此项评比中存在着明显的优势,均处于第一位。相反,在此项评价中松源市由于地处西部地区,自然条件较差,除地下水资源含量外均处于最后一位。吉林、长春居中,且吉林又较强于长春。
  在社会因子评价中,可以看出,吉林、长春相较于白山、松源较好。其中吉林条件最好,各项指标均处于首位,进一步拉大了和长春之间的距离;而白山除文盲率外又均好于松源。
  而在经济因子评价中,长春毫无悬念的占据首位,余下依次为吉林、白山、松源。通过加入经济因子缩小了长春与吉林之间的差距。
  我们看到吉林省二松流域水资源系系统恢复能力评价指数与最为主要的一级评价因子自然条件和二级指标年降水量之间存在着极强的一致性,这也就说明对于水资源恢复力的评价来说,自然因子或者是降水都起到了极其重要的作用。


  5  结论与展望


  5.1 结论
  (1)利用多专题空间叠加分析的方法,可以比较综合地了解吉林省二松流域水资源恢复力的整体特点及其区域差异。采用以恢复力指数的方式代表水资源恢复能力的数值分析方法,有利于实现恢复力的定量化分析,这也为进行不同空间区域和时间序列的比较研究奠定了基础。
  (2)本文利用GIS技术手段实现对吉林省二松流域水资源系统恢复力的进行定量化评价与分析。采用数字模型的运算方法,大大降低了传统评价方法中主观性对评价结果的影响,为水资源系统恢复能力的进一步研究提供了新的研究思路,研究方法。
 

  5.2 展望
  通过本文的研究我们得到了基于地级市为评价单元的吉林省二松流域水资源系统恢复力的基本情况。随着数据量的不断增加,我们可以进一步缩小评价的基本单元,进行基于县级为基本单位的水资源系统恢复力评价或者是基于河流缓冲区的水资源系统恢复力评价,以谋求更深一层次,更精准的研究。
  随着水资源系统恢复能力评价的进一步发展,我们期待出现适合水资源恢复力评价本身评价标准的出现,为评价结果分级给出更合理的解释。
  同时,我们还希望随着时间的累计,我们可以对水资源系统恢复力做一个多个时段的评价,分析各个不同时段各基本评价单位水资源系统恢复力评价指数的变化,及其在各不同时间段上评价因子影响关系的变化,以谋求对水资源系统本身随着时间变化更深入的解释,为人类赖以生存的水资源系统的恢复提供一个科学、有效的方案。


  参考文献
  1 郭建平,李凤霞. 中国生态环境评价研究进展[J].气象科技,2007,35(2):227-231.
  2刘鲁君,叶亚平.县域生态环境质量考评方法研究.环境监测管理与技术,2000,12(4):13-17.
  3李新琪,刘建军,朱海涌,等.新疆环境质量综合评价研究[J].干旱环境监测,2003,17(2):82-85,89.
  

 
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