干旱脅迫下云南省縣域居民用水脆弱性評價

石蜜蜜,楊賽霓, 李雙雙, 汪偉平,胡馥妤

(1. 北京師范大學地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室，北京 100875；2.北京師范大學減災與應急管理研究院，北京 100875；3.陜西師范大學旅游與環(huán)境學院，陜西西安 710119)

干旱脅迫下云南省縣域居民用水脆弱性評價

石蜜蜜1,2,楊賽霓1,2, 李雙雙3, 汪偉平1,2,胡馥妤1,2

(1. 北京師范大學地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室，北京 100875；2.北京師范大學減災與應急管理研究院，北京 100875；3.陜西師范大學旅游與環(huán)境學院，陜西西安 710119)

快速城市化及氣候變化加劇了居民用水壓力，特別是在近年來干旱頻發(fā)的云南。從脆弱性定義出發(fā)，提出干旱脅迫下居民用水脆弱性評價框架，并以此為基礎建立指標體系，實現(xiàn)了2000年及2010年云南省縣域尺度干旱脅迫下居民用水脆弱性的定量描述，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①脆弱熱點區(qū)集中于滇中城市群及滇西地區(qū)；②縣域尺度脆弱性趨平均化態(tài)勢明顯；③不同地區(qū)脆弱性演變規(guī)律不同：滇北及滇中大部分地區(qū)呈脆弱性增高態(tài)勢，與此同時，滇西南及滇西北脆弱熱點區(qū)面積縮小。

脆弱性；居民用水；干旱；干旱脅迫；云南

居民用水是指城市居民日常生活所需用水，包括飲用、洗浴、沖廁、洗滌、烹調(diào)、清潔、庭院綠化、洗車以及漏失水等[1]。作為與人類生活息息相關的資源保障，居民用水是人類生存的基本需求，占城市生活用水一半以上[2]，是保障居民用水安全的民生民計[3]。

近年來，居民用水供需矛盾日益突出。一方面，受水質(zhì)污染、水資源浪費等影響，居民用水供給難以維持；另一方面，伴隨城市化進程的加快，城市居民生活用水需求量遞增。同時，干旱脅迫加劇了居民用水供需矛盾，已成為制約經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素[4]，尤其是在極端干旱事件發(fā)生頻率遞增的云南[5]。因此，干旱脅迫下云南省社會系統(tǒng)中居民用水的供需矛盾亟待關注。

現(xiàn)有國內(nèi)外相關研究多從城市居民用水量預測視角出發(fā)，以歷史數(shù)據(jù)為依托，采用時間序列法、結(jié)構(gòu)分析法和系統(tǒng)方法[6]，其中，線性回歸和時間序列分析應用最為普遍。近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色預測、支持向量機等在生活用水預測中也得到了廣泛應用[7-8]。但伴隨減災實踐的深入和災害研究的發(fā)展，單純關注居民用水量已無法滿足干旱災害管理需要，干旱災害研究開始從致災因子論到脆弱性研究轉(zhuǎn)移，特定部門對災害氣候的脆弱性定量評估已成為氣候變化研究的熱點問題[9]，在此背景下，關注干旱脅迫下社會系統(tǒng)中居民用水的脆弱性高低具有更大實踐指導意義。

1 概念框架

IPCC(2007)將脆弱性定義為：某個系統(tǒng)易受到氣候變化的不利影響，包括氣候變率和極端氣候事件，但卻無能力應對不利影響的程度[10]。脆弱性隨一個系統(tǒng)暴露下面臨的氣候變化和變異的特征、幅度和速率、敏感性及其適應能力而變化[11]。由此，本文將干旱脅迫下居民用水脆弱性定義為：居民用水易遭受干旱不利影響的程度。

1980年代以來，災害脆弱性研究取得了長足發(fā)展，脆弱性評估為制定資源分配和適應性策略提供了實踐指導[12]，石勇等[13]將常用評估模式概括為：風險-災害(RH)模式、壓力釋放(PAR)模式、政治經(jīng)濟模式、基于區(qū)域的綜合脆弱性模式和恢復力模式。其中，指標體系構(gòu)建法是定量刻畫自然災害脆弱性最普遍采用的方法。就干旱這一災種而言，脆弱性評估多出現(xiàn)于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)及生態(tài)系統(tǒng)[14-17]，社會經(jīng)濟系統(tǒng)涉獵較少[18]，特別是對居民用水的脆弱性鮮有關注。

由脆弱性定義可知，災害脆弱性是一個由致災因子特征、系統(tǒng)敏感性和適應能力三個一級指標組成的函數(shù)。借鑒謝盼(2015)高溫熱浪災害脆弱性評價框架[19]，本文歸納出干旱脅迫下居民用水脆弱性評價框架(圖1)，將干旱特征、社會系統(tǒng)敏感性和適應能力納入評價概念框架，綜合評價干旱對居民用水的潛在威脅。

圖1 干旱脅迫下生活用水脆弱性評價概念框架

詳細來說，居民用水所在社會系統(tǒng)暴露下的致災因子特征包含干旱強度和干旱趨勢，由氣象數(shù)據(jù)計算標準化降水蒸散指數(shù)(SPEI)獲得；敏感性是系統(tǒng)受氣候變率或氣候變化影響的程度[11]，作為承災體的固有屬性表征承載體能夠承受的災害最大影響[20-21]，敏感性的表征需從人自身的生理狀態(tài)及其所處的社會-經(jīng)濟-生態(tài)狀態(tài)兩個角度出發(fā)考慮，可分為人口特征和社會經(jīng)濟特征兩方面，所需數(shù)據(jù)來源為人口普查數(shù)據(jù)及社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)。適應能力是區(qū)域采取有效適應措施所需的能力、資源和機構(gòu)的總和[11]，通常由反映社會保障水平及教育能力的指標反映。

2 指標體系

宏觀尺度上，影響家戶居民用水量的因素可總結(jié)歸納為：自然環(huán)境因素、社會經(jīng)濟因素和社會文化特征因素。與之相對應，反映干旱脅迫下居民用水脆弱性的指標可劃分為以上三大類。

本文以干旱強度和干旱趨勢表征居民用水所在社會系統(tǒng)暴露下的致災因子特征。其中，2000與2010年干旱強度分別以1970-2000年、1980-2010年SPEI均值表征，2000與2010年干旱趨勢分別以1970-2000年、1980-2010年SPEI斜率表征。

在敏感性指標選取上，人自身的生理狀態(tài)如年齡、性別、疾病狀況等都會影響其對于干旱災害的敏感性[22-24]。

微觀上，考量家庭結(jié)構(gòu)對居民用水量的影響發(fā)現(xiàn)：家戶規(guī)模與家庭月總用水量顯著相關，且家戶規(guī)模與生活用水量之間存在規(guī)模效應，表現(xiàn)為家庭人均用水量隨家戶規(guī)模增大降低的規(guī)律[25-27]。因此，本文將家庭規(guī)模作為反映敏感性的重要指標。居民生理因素差異也是影響家庭居民用水敏感性的重要指標，例如：生活用水量與居民年齡構(gòu)成顯著相關，具體表現(xiàn)為：兒童和老人用水量低于平均水平[28]，60歲以上老人擁有較好的節(jié)水習慣和較低的活動量，其用水需求量較低[29]。因此，本文利用5歲以下人口比重及65歲以上人口比重負方向表征敏感性。再如：性別對家庭總用水量有顯著影響[30]，女性由于身體素質(zhì)和社會角色等原因，日常生活用水量一般高于男性，且在干旱災害適應中脆弱性高于男性[31-32]。此外，房屋洗澡設施比重和自來水比重直接影響居民用水量[33]。

宏觀上，社會結(jié)構(gòu)如城鎮(zhèn)化水平對居民用水量的影響為：城市化水平越高，居民用水量越大[34]，此處本文以城鎮(zhèn)人口比重指代城鎮(zhèn)化水平。以家戶數(shù)據(jù)為依托，Nieswiadomy等、Rizaiza得到的居民用水收入彈性均為正[36-37]，即：該區(qū)域人均收入越高，用水量越大。從區(qū)域整體出發(fā)，世界銀行得到了相似的結(jié)論[38]。因此，本文將人均國民總收入作為敏感性指標之一。一般而言，少數(shù)民族自治區(qū)多居住于偏遠山區(qū)，對自然資源(如水資源)高度依賴[39]，云南作為少數(shù)民族集中分布省份(2010年少數(shù)民族人口比重為33.4%)，需將少數(shù)民族比重納入生活用水脆弱性評價的重要指標之一[40]。最后，我們選取租賃房屋人口比重，反映現(xiàn)有流動人口對脆弱性的影響[41]。

在適應能力指標選取上，考慮到失業(yè)率可在一定程度上反映社會的穩(wěn)定性，當失業(yè)率越高時，居民在應對災害時適應能力相對較低[42]。受教育程度影響人對干旱的適應能力，一方面，受教育水平高的人群一般具有較強的節(jié)水認知，會主動采取節(jié)約用水的措施[43]；另一方面，此類人群傾向于且有能力支付節(jié)水型生活器具。從宏觀社會保障角度來看，社會保障、應急管理等社會福利保障業(yè)的發(fā)展有利于提高災害應對能力，從而降低整體社會脆弱性[44]。

由此，選取了針對居民用水的15個指標構(gòu)建干旱脅迫下云南縣域生活用水脆弱性評價體系，具體指標如表1所示。

本文沿用Cutter 對美國縣域尺度社會脆弱性指標計算中等權(quán)重做法[22]，將相同一級指標下的二級指標視為同等重要。

3 干旱脅迫下居民用水脆弱性指數(shù)(Domestic Water Vulnerability Index, DWVI)

表2 災害脆弱性函數(shù)表達方式

模型公式參考文獻編號M1V=E+S+AC[46-47]M2V=E+S-AC[48-50]M3V=E×S×AC[51]M4V=E×S÷AC[49，52]M5V=(E-AC)×S[53]

式中：DWVIi為第i縣干旱脅迫下生活用水脆弱性指數(shù)，Eij為第i縣第j個暴露性指標，Sik為第i縣第k個敏感性指標值，ACip為第i縣第p個應對能力指標值，ω1為致災因子強度指標權(quán)重(此處視為等權(quán)重0.50)，ω2為各敏感性指標權(quán)重(此處視為等權(quán)重0.10)，指各應對能力指標權(quán)重(此處視為等權(quán)重0.33)。共計125個縣，致災因子特征指標共計2個，敏感性指標共計10個，應對能力指標共計3個。最終所得DWVIi分布如圖2所示。 對比圖2a與圖2b，云南省2010年DWVIi均值為0.56，較2000年(0.55)略有下降，且兩個時間節(jié)點DWVIi空間分布表現(xiàn)出較高的一致性，高脆弱熱點區(qū)均位于滇中城市群及滇西地區(qū)。不同的是，從 2000-2010 年，滇西南及滇西北脆弱熱點區(qū)面積呈縮小狀態(tài)；與此同時，滇中大面積區(qū)域(如楚雄等)由中脆弱向高脆弱區(qū)演變，滇北地區(qū)(如永勝縣等)呈脆弱性增高態(tài)勢，特別地，華坪縣在兩個時間節(jié)點間呈現(xiàn)出低脆弱性向極高脆弱性的顯著變化。為進一步對比兩個時間節(jié)點DWVIi的演變，特將脆弱性分為低、中、高和極高四個等級，并進行區(qū)縣個數(shù)統(tǒng)計，如表3所示。

表3 云南省脆弱性等級區(qū)縣統(tǒng)計

脆弱性等級2000年2010年低脆弱性(02，04]1811中脆弱性(04，06]5775高脆弱性(06-08]4436超高脆弱性[080，1)63方差014011

圖2 2000年與2010年云南省縣域DWVI分布(M2)

2010年云南省全省縣域尺度DWVIi方差較2000年有所下降(表3)，具體表現(xiàn)為：低脆弱區(qū)、高脆弱區(qū)及極高脆弱區(qū)個數(shù)減少，中脆弱區(qū)個數(shù)增幅較大，即脆弱性趨平均化態(tài)勢明顯。為明確原因，特將三個一級指標進行了對比統(tǒng)計分析，如表4所示。分析表4可得，伴隨教育普及和社會福利行業(yè)的發(fā)展，2010年較2000年應對能力略有上升，城市化水平的提高和社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展大大提高了易感性，與此同時，云南省總體干旱致災因子強度加強(2000年SPEI均值為0.03，2010年SPEI均值為-0.27)，但統(tǒng)計時段內(nèi)總體致災因子趨勢呈下降態(tài)，由此所得致災因子特征E值降低。因此，計算所得的DWVIi方差降低。

表4 2000年與2010年一級指標對比統(tǒng)計分析

均值2000年2010年方差2000年2010年致災因子特征(E)057050013010易感性(S)013020009008應對能力(AC)013015006007

同時，考慮到不同計算公式間的不確定性，我們又采用M4、M5進行脆弱性指數(shù)計算，結(jié)果如圖3和圖4所示。脆弱性空間差異及時間演變與圖2a、圖2b呈現(xiàn)一致性，脆弱性熱點區(qū)也具有高度一致性。

4 結(jié)論

城市化進程的加速及干旱脅迫加劇了人類社會系統(tǒng)的居民用水壓力，特別是在近年來干旱頻發(fā)的云南，當前，定量評估區(qū)域和部門對災害氣候的脆弱性已成為氣候變化研究的熱點問題?；诖嗳跣远x，本文歸納出干旱脅迫下居民用水脆弱性評價框架，以此為基礎建立指標體系，實現(xiàn)了云南省縣域尺度干旱脅迫下居民用水脆弱性的定量評價，分析了DWVI的時空格局特征，在理論上彌補了干旱脆弱性評估中對居民用水的關注不足，也為區(qū)域災害管理，特別是脆弱熱點區(qū)的災害監(jiān)管提供了重要實踐指導。

單就2000年與2010年兩個時間點分析可見，云南省縣域干旱脅迫下居民用水脆弱性呈現(xiàn)特定空間格局：滇中城市群及滇西地區(qū)因其氣候敏感而成為脆弱熱點區(qū)。

通過對2000年到2010年間縱向?qū)Ρ瓤梢园l(fā)現(xiàn)，DWVI的空間分布呈現(xiàn)明顯的時空演變規(guī)律：①縣域尺度脆弱性趨平均化態(tài)勢明顯，具體表現(xiàn)為：低脆弱區(qū)、高脆弱區(qū)及極高脆弱區(qū)個數(shù)減少，中脆弱區(qū)個數(shù)增幅較大；②滇北地區(qū)(如永勝縣等)呈脆弱性增高態(tài)勢，滇中大部分區(qū)域也表現(xiàn)為中脆弱向高脆弱的轉(zhuǎn)變，與此同時，滇西南及滇西北脆弱熱點區(qū)面積呈縮小狀態(tài)。

圖3 2000年與2010年云南省縣域DWVI分布(M4)

圖4 2000年與2010年云南省縣域DWVI分布(M5)

未來干旱災害風險管理中，亟待將脆弱熱點區(qū)列入重點監(jiān)察對象，一方面通過改善教育狀況、完善社會福利、社會保障等提高其應對能力以降低區(qū)域災害脆弱性；同時，需做好高脆弱區(qū)的居民用水規(guī)劃、節(jié)水技術(shù)推廣、節(jié)水宣傳教育等，減緩區(qū)域居民用水壓力。

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Vulnerability Assessment of Domestic Water underDrought Stress in Yunnan

SHI Mimi1, 2, YANG Saini1, 2, LI Shuangshuang3, WANG Weiping1, 2and HU Fuyu1, 2

(1.StateKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandResourceEcology,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China; 2.AcademyofDisasterReductionandEmergencyManagement,MinistryofCivilAffairsandMinistryofEducation,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China; 3.SchoolofTourismandEnvironment,ShanxiNormalUniversity,Xi’an710119,China)

Pressureofdomesticwaterisaggravatedbyrapidurbanizationandclimatechange,especiallyinYunnanProvince,whereispronetodroughthazard.Basedonthedefinitionofvulnerability,thispaperproposedaconceptualframeworkforvulnerabilityassessmentofdomesticwaterunderdroughtstressandestablishedanindexsystem,inordertoquantitativelydescribethevulnerabilityin2000and2010.Theresultsshowthat, 1)themostvulnerableregionsaremostlylocatedincentralandwesternYunnan; 2)DWVIin2010becomesmoreequal; 3)evolutionpatternsdifferindifferentregions,thatis,northernandcentralYunnanshowmorevulnerable,whilevulnerableregionsinsouthwesternandnorthwesternYunnanshrink.Thesuggestionsputforwardforfurtherhazardgovernanceare,toenhancesupervisionofvulnerablehotzonesandtoimprovetheadaptivecapacity(e.g.makebetterdomesticwaterplanetc.).

vulnerability;domesticwater;drought;Yunnan

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.02.038.]

2016-09-01 修改日期：2016-10-24

國家重點基礎研究發(fā)展計劃(2012CB955404)；北京師范大學地表過程模型與模擬創(chuàng)新研究群體科學基金(41321001)；國際減輕災害風險合作研究中心(ICCR-DRR)

石蜜蜜(1992-)，女，漢族，山東濟南人，碩士研究生，主要研究方向為災后重建與脆弱性. E-mail: 201421480056@mail.bnu.edu.cn

楊賽霓(1975-)，女，漢族，江蘇常州人，教授，博士生導師，主要研究方向為交通應急與風險管理. E-mail: yangsaini@bnu.edu.cn

X43

A 文章編號：1000-811X(2017)02-0215-06

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.02.038

脅迫下居民用水脆弱性指標體系一級指標二級指標權(quán)重方向參考

A1致災因子特征(E)B1干旱強度B2干旱趨勢050050(+)(+)A2敏感性(S)B3家庭規(guī)模010(+)[25-27]B45歲以下人口比重010(-)[28-29]B565歲以上人口比重010(-)[28-29]B6女性人口比重010(+)[27-29]B7房屋有洗澡設施比重010(+)[33]B8房屋有自來水比重010(+)[33，35]B9城鎮(zhèn)人口比重010(+)[30]B10人均國民總收入010(+)[36-37]B11少數(shù)民族人口比重010(+)[40]B12租賃房屋人口比重010(+)[41]A3應對能力(AC)B13人口失業(yè)率033(-)[42]B14平均受教育年限033(+)[43]B15從事社會福利行業(yè)人口比重033(+)[44]

石蜜蜜,楊賽霓, 李雙雙,等. 干旱脅迫下云南省縣域居民用水脆弱性評價[J]. 災害學，2017，32(2)：215-219，234. [SHI Mimi, YANG Saini, LI Shuangshuang,et al. Vulnerability Assessment of Domestic Water Under Drought Stress in Yunnan[J]. Journal of Catastrophology，2017，32(2)：215-219,234.