环境脆弱性研究进展综述_于翠松

文章编号:1000-7709(2007)04-0023-05环境脆弱性研究进展综述于翠松1,2(1.河海大学水文水资源国家重点实验室,江苏南京210098;2.山东大学土建与水利学院,山东济南250061)

摘要:阐述了脆弱性的定义与内涵,综述了生态系统、自然灾害系统、地下水系统和水资源系统领域的研究进展。针对目前环境脆弱性评价研究中存在指标赋权的主观性强、脆弱性评价大多是平均情况的评价、缺少对极端情况的评价等问题,指出今后将会在环境脆弱性形成驱动力和物理机制、环境脆弱性评价方法、环境脆弱性评价内容的全面性和规范化以及3S技术在环境脆弱性评价中的应用等方面开展深入研究,为环境的可持续发展和区域防灾减灾提供理论依据。关键词:环境脆弱性;研究进展;综述中图分类号:X141文献标志码:A

收稿日期:2007-04-06,修回日期:2007-04-12基金项目:山西省气象局基金资助项目(sx052002)作者简介:于翠松(1968-),女,副教授、博士研究生,研究方向为水文水资源,E-mail:cuisong@hhu.edu.cn

可持续发展理论已经成为人类发展的共识,而脆弱性问题将是环境可持续发展面临的巨大挑战。近几年来,随着全球气候变暖和人类发展对环境的不断开发利用,出现了诸如全球气温上升、冰川融化、干旱、洪涝、水污染事件、供水危机、生物物种减少等一系列的脆弱性事件。人们开始越来越多地关注环境脆弱性的变化,譬如对灾害系统脆弱性、生态系统脆弱性、地下水系统脆弱性以及水资源系统脆弱性的研究,并日益成为人们关注和研究的焦点[1,2]。风险、脆弱性、恢复力和适应性以及减灾的研究已成为可持续发展研究的重要途径,加强对环境脆弱性的评价研究,对于促进地区的可持续发展和防灾减灾有着重要意义。1　灾害系统的脆弱性脆弱早期指物体不稳固,不结实。脆弱性指物体在受拉力或冲击的情况下,容易破损的性质。20世纪80年代开始,随着世界范围防灾、减灾实践的深入,脆弱性被引入到灾害学领域,Pelanda(1981年)和Carter认为“灾害是社会脆弱性的体现”,Blaikie等进一步指出,脆弱性是灾害的根源[1],致灾因子是灾害形成的必要条件,在同一致灾强度下,灾害随脆弱性的增强而增大。国际灾害学界对脆弱性给出了三种定义:①强调承灾体易于受到损害的性质(1982年)。脆弱性是指承灾体对破坏和伤害的敏感性。②强调人类自身抵御灾害的状态。脆弱性是指人类易受或敏感于自然灾害破坏与伤害的状态(1993年)。③综合定义。脆弱性是指人类、人类活动及其场地的一种性质或状态。脆弱性可看成是安全的另一方面。脆弱性增加,安全性就降低。脆弱性越强,抗御灾害和从灾害影响中恢复的能力就越差(1994年)。国外对灾害脆弱性的研究从20世纪80年代开始,主要是针对某一具体的灾害采用定性分析的方法,分析不同收入的人群对于灾害的相对承受能力。随着研究的深入,开始从社会学的定性分析逐渐转入自然科学的定量评估[1]。国内对于灾

害领域的脆弱性的研究起步较晚,从20世纪末开始关注承灾体对于灾害的脆弱性分析,采用定性和定量分析的方法。定量分析方法是采用指标体系法和系统分析法。定量分析中指标评价体系法研究较多。樊运晓[3]采用层次分析法建立了承灾体脆弱性指标体系,计算出了灾害脆弱性的达成度。商彦蕊[4]、刘

兰芳[5,6]、崔欣婷[7]分别对河北省和湖南省农业旱灾的脆弱性进行了研究,选取影响农业旱灾脆弱性的指标因子,建立指标体系,计算各地区农业旱灾的脆弱度,并提出了相应的减小脆弱性措施。这

第25卷第4期2007年8月水　电　能　源　科　学WaterResourcesandPowerVol.25No.4Aug.2007种指标体系法可定量计算出各地区农业旱灾的脆弱性的相对大小,但由于选取的指标值多为各地的平均值,因而计算的脆弱性只能反映各地区农业旱灾脆弱性的多年平均情况,未考虑极端事件发生时各地农业旱灾的脆弱性。系统分析方法是根据灾害系统论的观点,计算承灾体的脆弱性。杨春燕等[8]根据自然灾害系统论的观点,将灾害的脆弱性评价划分为灾前—灾中的易损性评价和灾中—灾后的适应性评价,强调农业旱灾的脆弱性过程评价。倪深海[9]依据水资源的承载能力、抗旱能力和农业旱灾三个子系统,建立了农业干旱脆弱性分区层次分析模型。根据给出的农业干旱脆弱性分区的指标等级给每个指标打分,采用层次分析法计算出全国340个基本区农业干旱脆弱性的分区综合指标值。系统分析的方法从系统的角度全面考虑系统脆弱性的组成,但是在指标的赋权方面,存在主观性太强,需要采用一些较好的数学方法加以改进。2　生态系统脆弱性生态系统的脆弱性是系统在面临外界各种压力和干扰(包括人类活动的干扰),可能导致系统出现损伤或退化特征的一个衡量。近年来研究表明,世界和中国的自然生态系统破坏和退化日趋严重。人类活动和全球气候变化是导致生态系统破坏的重要原因[10]。IPCC(Intergovern-mentalPanelonClimateChange)在评估报告中,将脆弱性定义为气候变化对系统的损伤或危害的程度,指出脆弱性是系统内的气候变率、幅度和变化速率及其敏感性和适应能力的函数。总结各方面的研究成果,Downing认为脆弱性应该是一个结果而不是一个原因,并且脆弱性应该是一个相对的概念而不是一个绝对损害程度的度量[11]。生态系统脆弱性的研究开始于20世纪80年代,之后对生态环境的脆弱性进行了研究。赵跃龙等[12]提出了生态环境脆弱度的指标和评价方法。以水资源、热量资源、干燥度、土地数量和质量、地表植被覆盖度为主要指标,同时考虑经济发展水平、社会发展水平,建立指标评价体系,计算出全国26个省区的脆弱度。计算结果表明,反映的是一个地区生态环境脆弱性的平均情况,与我国的实际情况基本吻合。不同研究者从不同侧面论述了脆弱生态环境的内涵、成因,建立了生态环境脆弱性的评价体系[11～14],认为随着全球气候变化和人类活动对生态环境胁迫作用的加强,将加剧生态环境的脆弱性。未来生态环境的变化将对人类的生存和发展产生巨大的影响,直接影响到人类的可持续发展,甚至关系到人类的可持续生存。近年来,人们更多地关注气候变化,特别是极端气候变化对生态系统脆弱性的影响。现有的研究表明,全球气候变化特别是温度升高和二氧化碳浓度增加的情况下,生态系统将受到严重破坏,系统的结构、成分、功能、空间分布都会发生变化。同时气候变化会加剧荒漠化和干旱出现的频率,减少生物物种,生态系统的脆弱性明显加剧。对生态系统脆弱性的研究引发了对生态系统的敏感性、适应性以及生态系统脆弱性阈值的研究。李克让[10]认为气候变化下自然生态系统的脆弱性是指气候变化对该系统造成的不利影响。系统的脆弱性取决于对环境变化的敏感性,通常脆弱系统总是对气候变化敏感而且不稳定。李克让认为生态系统对气候变化的适应和调节能力是有限的,如果气候变化幅度过大或持续时间过长,超出了生态系统的自身调节和修复能力,生态系统的结构和功能就会遭到破坏,这就是生态系统脆弱性的阈值。有关研究表明,未来气候变化,特别是气候变暖将导致与生态系统密切相关的极端天气气候事件的频率和强度增加,从而使生态系统的脆弱性增加[10]。笔者认为研究生态系统脆弱性

的阈值对于研究未来生态环境的变化具有重要意义,因而是一个非常重要的指标。脆弱性评价包括敏感性和适应性评价,现实和未来的脆弱性评价。目前气候变化下的脆弱性评价方法有模型模拟法、指标评价法和对比研究法[11]。指标评价法是进行定量评价时常用的方

法。这些评价方法基本上能反映一个地区现状气候下系统的脆弱性,但对于未来的脆弱性评价大多采用情景假设法,因而还不能够完全真实地反映一个地区未来的生态系统脆弱性。

3　地下水系统脆弱性地下水系统脆弱性的研究开始于1968年,主要从水文地质本身的内部要素进行定义。1987年在土壤与地下水脆弱性国际会议上,在考虑本质脆弱性的同时,提出考虑人类活动对地下水脆弱性的影响。1993年美国国家科学研究委员会给出了地下水脆弱性的定义:地下水脆弱性是污染物到达最上层含水层之上某特定位置的倾向性与可能性。同时将地下水的脆弱性分为本质脆弱性和特殊脆弱性两类。本质脆弱性是不考虑人类活动

·24· 水　电　能　源　科　学　2007年和污染源,仅考虑水文地质内部因素的脆弱性;特殊脆弱性是考虑到人类活动和特定污染源对地下水影响的脆弱性。国外对地下水脆弱性的评价方法基本可概括为水文地质背景值法、参数系统法、数值模型法[15],其中参数系统法中的DRASTIC法应用最多,是1987年由美国环保署提出的。选取地下水埋深、净补给、含水层介质、土壤介质、地面坡度、包气带介质和含水层的水力传导系数7项因素,加权求得地下水环境脆弱性大小。DRASTIC法仅考虑地下水的本质脆弱性而未考虑其特殊脆弱性。DRASTIC指标法与地理信息系统相结合评价区域地下水的脆弱性是目前研究的热点[16]。我国对地下水脆弱性研究起步较晚,但发展很快,采用DRASTIC指标法加以改进对我国各地的地下水的脆弱性进行评价[17,18]。评价方法有指标加权法、模糊综合评判法、模糊优选法等[19～23],并与GIS技术或MapInfo软件相结合评价一个地区的地下水的脆弱性。研究范围也从湿润区扩展到干旱区[21]。目前地下水的脆弱性评价主要集中于地下水的易污染性评价,缺乏对地下水的水量的脆弱性评价,地下水的脆弱性评价计算无统一标准,脆弱图的绘制千差万别,缺少一个统一的标准。今后的研究应与GIS技术相结合,加强对地下水水质与水量相结合的脆弱性评价。同时地下水脆弱性评价应归属于水资源系统脆弱性评价的一部分,而不应孤立地分开研究。4　水资源系统脆弱性目前国内外对地表水资源脆弱性的研究仍属空白,而对水资源系统脆弱性的研究主要集中在气候变化对水资源脆弱性的影响评价上[24～28],至今尚无一个公认的定义和评价方法。水资源系统脆弱性研究目前基本上可归为三种类型:①基于气候变化和人类活动影响下的水资源供需关系的变化。唐国平[26]定义水资源脆弱性为水资源系统在气候变化、人为活动等的作用下,水资源系统的结构发生改变、水资源数量的减少和质量降低,以及由此引发的水资源供给、需求、管理的变化和旱涝等自然灾害的发生。将水资源系统的脆弱性仅仅限制在气候变化下水资源的供需关系上,比较片面。秦大河[27]认为水资源系统对气候变化的脆弱性是指气候变化对水资源可能造成的损害的程度,它是敏感性和适应性两个因素的函数。前者反映水资源系统的自然属性,后者反映水资源系统的社会属性。这种方法相对较全面地反映了自然和社会对水资源系统脆弱性的影响,但只停留在理论阶段,没有针对某一地区的具体的研究成果。②由水资源系统对气候变化的敏感性来反映水资源系统的脆弱性。王国庆[28]、