南方丘陵区水资源系统承载脆弱性动态演变特征研究——以衡阳盆地为例
Dynamic Characteristics of Burden Vulnerability of Water Resource System in Hilly Areas of Southern China Based on GIS and RS: A Case Study on Hengyang Basin
君(衡阳师范学院城市与旅游学院)
青(衡阳师范学院城市与旅游学院)
郑文武(衡阳师范学院城市与旅游学院)
中文关键词
水资源脆弱性；动态演变；南方丘陵区；GIS；RS
英文关键词
water re hilly are geographi remote sense
为研究衡阳盆地农村水资源系统脆弱性动态演变问题，主要通过遥感(RS)获取研究所需数据，采用地理信息系统(GIS)空间建模和空间分析方法，以衡阳盆地为例，构建提取水资源系统承载脆弱性变化信息的数学模型，生成水资源系统承载脆弱性变化图层，分析近20年来衡阳盆地水资源系统承载脆弱性变化的时空特征，并进行趋势分析。结果表明：（1）近20年来，衡阳盆地水资源系统承载脆弱性整体上变得更为脆弱，26.1%的区域承载脆弱性指数明显增大，脆弱性指数变小的区域则微乎其微。（2）脆弱性指数区域分异明显，整体呈“中强外弱、南强北弱”的分布格局。（3）从脆弱性指数演变的时段上来看，水资源承载脆弱性总体上呈增强趋势，其中，尤以年时段的变化最为明显。（4）从变化趋势来看，区域水资源承载脆弱性指数主要表现为稳定型和波动型2种趋势，单调增大和单调减小型所占比例极小。
In order to study the dynamic evolution of the vulnerability of rural water resources system in Hengyang Basin, by collecting required data of the research through RS, building the spatial model and conducting the spatial analysis with GIS, the authors constructed a mathematical model to extract the changing information and generated the changing layers about burden vulnerability of water resource system in Hengyang Basin to analyze the spatial-temporal characteristics of burden vulnerability of water resources system and the changing trend during recent two decades in this area. After the careful research and detailed analysis, this essay draws the conclusions as below: firstly, the water resource system in Hengyang Basin has become much more vulnerable in recent two decades. 26.1% of regional burden vulnerability index has an apparent increase while there is a little decrease in this index. Secondly, the variation districts of burden vulnerability index in Hengyang Basin are apparently distinctive. The middle area is strong and the surrounding area is weak, the north area is strong and the south area is weak. Thirdly, the variation period of burden vulnerability index presents a typical character of sharply increase, especially in the ending period of . Finally, from the perspective of changing trend, the burden vulnerability index in regional water resource shows two main types of variation: the stability type and the fluctuation type. The sustainable increase and monotonic decrease are seldom seen in Hengyang Basin.
DOI10.11924/j.issn.14-2251
水资源脆弱性已成为应对气候变化、保障水资源安全重点关注的问题。脆弱性是水资源系统承载能力与适应性的重要表征，而环境变化下的水资源系统承载能力与适应性是水问题研究亟待解决的3个关键科学问题之一[1-2]。近几十年来，生态脆弱性和灾害脆弱性成为环境科学领域脆弱性研究关注的重点。比如，生态脆弱性研究内容主要集中在脆弱生态环境的概念辨析[3]、脆弱成因[4]、定量评价[5]以及分区制图和可持续管理[6]等方面。相对而言，资源脆弱性研究较为薄弱，以地下水脆弱性研究领域成果最多。其研究内容涉及地下水资源脆弱性概念及其内涵[7]、地下水脆弱性评价指标体系和评价方法[8-9]以及脆弱度图编制[10]等。20世纪90年代水资源综合管理思想逐渐兴起，考虑自然、人文、经济、社会、政治等诸多因素的水资源综合评价成为水资源管理中的基础性研究工作。国外先后出现水资源脆弱性指数(WRVI)、水贫困指数(WPI)、加拿大水资源可持续发展指数(CWSI)等众多水资源综合评价指数。1997年，斯德哥尔摩环境协会提出水资源脆弱性指数(WRVI)；2000年以来，联合国环境规划署联合亚洲和非洲的诸多大学和研究机构进行了大量的水资源脆弱性评价研究实践，并编制了一套环境变化条件下的水资源脆弱性评价指南。该研究最初大多关注气候变化对流域（区域）水资源系统的影响及其量
化[11]，数理模型方法最为常用。该方法需大量数据支撑，近年来，人文经济因素日益成为水资源脆弱性评价考虑的因素，因此，有学者认为该方法在数据缺乏的发展中国家并不一定适用[12]。因此，定量和半定量的综合指数法是当前水资源脆弱性研究的一种趋势，得到较为广泛的运用[13-14]。但是，水资源脆弱性的概念内涵尚处讨论之中，因此，其分析框架亦有区别。Rutger
等[15]将水资源脆弱性分解为门槛容量、最大容量、恢复能力和适用能力4个部分；Sullivan[14]则将水资源脆弱性分解成水资源脆弱和水用户脆弱；Babel等[12]则认为水资源脆弱性由环境和社会经济变化导致的水紧张和水资源系统应对水资源紧张的适用能力2个部分组成。
国内水资源脆弱性研究尚处起步阶段，部分学者将地下水脆弱性概念引申到水资源脆弱性研究领域，就水资源脆弱性的概念、内涵、定量评价等方面做了一些有益的工作。例如，刘绿柳[16]提出了水资源脆弱性的概念，并且给出了一个包含本质脆弱性和特殊脆弱性2个方面的水资源脆弱性定量评价指标体系和评价方法。杨燕舞等[17]则从水资源和区域可持续发展的角度探讨了水资源脆弱性的概念内涵及其与区域可持续发展的关系。笔者就南方丘陵区地表水资源的脆弱性概念及其定量评价做了初步探讨[18-19]，并将水资源脆弱性分解成自然脆弱性、人为脆弱性和承载脆弱性3个方面。然而，纵观国内外已有研究成果，传统的定量评价方法评价单元粗略，对水资源质量和数量的空间分布缺乏精确把握。因此，笔者将在前期研究基础上，重点研究水资源脆弱性的时空异质性，旨在更为全面地了解衡阳盆地水资源脆弱性的时空分布情况，为区域为资源管理提供参考依据。
研究区域与数据来源
衡阳盆地位于湘江中下游地区，与湖南衡阳市所辖行政区域大致相当。四周被中低山(800~1300 m)包围，中间以海拔500 m以下的低山丘陵地貌为主；区内广布地带性红壤和紫色土，植被覆盖偏低，素称“衡阳红色盆地”；气候上属中亚热带季风湿润气候，多年平均降水量1336.9 mm，为湖南省境内降水低值区之一，季节性干旱现象比较严重，俗称“衡邵干旱走廊”；水资源总量107.4×108 m3，人均占有量约为1350 m3，仅为全省平均水平的一半。衡阳为农业大市，是湖南第二大商品粮基地，经济发展相对落后，2012年三次产业比重为16.5:48.5:35.0。随着用水需求的增长，水资源日益成为制约当地区域经济特别是农业可持续发展的主要制约因素。
承载脆弱性研究所需数据主要有：各时间点的TM遥感影像(、、、、)，卫星轨道号为123/041、123/042、124/041，来源于中国科学院遥感与数字地理研究所的遥感数据共享平台，用于提取城镇和耕地区域以及交通线。属性数据有人均工业产值、人均农业产值、城镇人口密度、农业人口密度，来源于不同年份的衡阳市统计年鉴。
研究思路与方法
以前期研究成果为基础，选择承载脆弱性子系统作为研究内容，分析衡阳盆地水资源承载脆弱性近20年来的动态演变特征。首先，以、及2010年作为代表年份，评价衡阳盆地水资源系统的承载脆弱性，并在GIS技术支持下生成相应年份的水资源系统承载脆弱性空间分布图件。然后，分析、、、、年5个时间段20年间衡阳盆地水资源系统承载脆弱性的时间动态特征。
首先制作各年份水资源系统承载统脆弱性图件，制作方法见前期研究成果[20]。然后，运用ArcGIS 9.2空间分析模块，分别对上述不同年份水资源承载脆弱性指数图两两进行减法的叠置分析，运用公式(1)~(2)生成水资源承载脆弱性指数差值图，然后提取变化信息，并对指数差值图进行标准化处理[21]。
DI=a(ga-gb)+b(1)
式(1)中，DI代表水资源承载脆弱性指数差值图，ga、gb分别为2个年份的水资源承载脆弱性指数分布图，a、b为调节系数。
ND=(di-Mean)/STD(2)
式(2)中，ND为指数差值标准化图的像元值，di为差值图的像元值，Mean、STD分别为差值图中所有像元数值的平均值和标准偏差。
依据ND值把水资源承载脆弱性变化信息分为不变化、显著增强、缓慢增强、快速下降和慢速下降5类，生成水资源承载脆弱性变化空间分布图。然后，对ND图像像元值进行对比分析，生成水资源承载脆弱性指数变化分类分布图。最后，根据水资源承载脆弱性指数变化分类图统计其属性数据，分析其时间动态及其趋势变化规律。
结果与分析
不同年份水资源承载脆弱性图制作与分析
构建水资源承载脆弱性指数评价模型，对研究区、、2010年的承载脆弱性进行评价，输出不同年份的脆弱性图件（如图1）。
由图1可知，近20年来，衡阳盆地水资源承载脆弱性指数差异较为显著，虽然不同时间点上的脆弱性指数差异明显，但是，总体来看，其空间分异性特点具有高度相似性，整体呈“中强外弱、南强北弱”的分布格局。以衡阳市为主的中部城镇区，人口密度高、社会经济活动频繁、人类活动对水资源的干扰性最强；南部的常宁、耒阳则由于工矿业较为发达，社会经济发展水平较高而导致水资源承载脆弱性指数较高；而西南部的祁东则因其耕地分布广泛、农业活动频繁导致其承载脆弱性指数也处于较高水平。
从时间演变上来看，水资源承载脆弱性总体上呈增强趋势，其中，尤以年的变化最为明显，说明近年来衡阳盆地人类活动对水资源系统的扰动快速增强；其次，承载脆弱性指数的时间变化上也具有空间差异。
衡阳盆地水资源承载脆弱性指数的时间变化特征
以、、、、年几个时段为分析对象，分别生成水资源脆弱性指数变化分类分布图（图2）。将变化类型分为显著增长、缓慢增长、不变化、缓慢降低、显著降低5类。
从20年的变化来看，衡阳盆地水资源脆弱性变化以缓慢增长和未变化区域为主，东北衡山山地区出现了部分缓慢降低的情况，这反映出了20年衡阳盆地的脆弱性以增长为主的变化特性。表1更能看出这种变化趋势，20年间，未变化类型占72.72%，缓慢增长类型位居第2(25.94%)，而其他变化类型则微乎其微。
从各时段的变化来看，水资源承载脆弱性指数升高呈现较为明显的“先慢后快”规律。年时段只有7.78%的区域指数缓慢增长，而后3个时段指数缓慢增长的区域所占比例均超过10%，其中，年时段高达14.19%。另外，值得注意的是，在多个时段间，未变化型呈波动起伏变化，且与缓慢降低型在曲线上呈近似轴对称分布，交替变化；而显著降低的面积最小，在年这20年间，比例为0，这充分说明了长久来看，人类活动对于衡阳盆地水资源脆弱性的影响是有增无减的。
衡阳盆地水资源承载脆弱性指数变化的空间分异特征
为进一步分析不同时段衡阳盆地水资源承载脆弱性变化的空间分异特征，以县（市）为区域单元，统计分析脆弱性指数在上述不同时段变化类型的特征，各区域不同时段内脆弱性指数变化类型的面积与比例如表2所示。
从年的总体变化上来看，衡东、衡山和衡阳3县的承载脆弱性变化最小，不变化类型比例均在90%以上，人类活动对水资源系统的影响没有太大变化；祁东县的承载脆弱性变化最大，不变化类型所占比例最低，仅为40.85%，单调增加类型比例接近60%，人类活动对水资源系统的影响最大。进一步从不同时间段的脆弱性指数演变来看，其区域差异性也较为明显。
衡阳市区脆弱性指数变化以基本不变为主要类型。但是，由远及近的4个时段表现出不同的变化特点。前2个时段（年），脆弱性指数呈下降趋势，接近30%的评价单元脆弱性指数下降；而后2个时段（年），脆弱性指数则呈上升趋势，大于35%的评价单元脆弱性指数上升，特别是第3个时段（年），有一半的评价单元脆弱性指数上升。这说明，衡阳市区近10年来人类活动对水资源系统的脆弱性影响明显，脆弱性强度明显加大，值得关注。
常宁市和衡阳县
常宁市水资源承载脆弱性指数变化呈现出持续升高态势，脆弱性指数升高类型的比例由第1时段的3.95%一路直线上升，至第4时段达到19.07%。虽然，脆弱性指数升高类型所占比例不是太高，但是其持续升高态势值得关注。衡阳县同样具有该特点，而且，其增长势头更猛，第4阶段水资源承载脆弱性指数增加类型的比例竟高达80%以上，说明近5年来，该县人类活动对水资源脆弱性的影响已经极为严重。
衡东县、祁东县、衡山县和耒阳市
此4县（市）水资源承载脆弱性指数近20年来的变化具有波动变化特点，其中，衡东、衡山和耒阳3县（市）表现出先降后升再降特点，第1时段（年）至第2时段（年），脆弱性指数升高类型的比例明显下降，第2时段（年）至第3时段（年），脆弱性指数升高类型的比例则明显上升，而第3时段（年）至第4时段（年），脆弱性指数升高类型的比例又明显回落。而祁东县水资源承载脆弱性指数虽同属波动型，但是，其变化表现出先升后降再升的特点。
衡南县水资源承载脆弱性指数变化呈现先增后减趋势，中间2个时段（年）脆弱性指数升高类型所占比例均保持在14%左右，而第1时段（年）和第4时段（年）脆弱性指数升高类型所占比例分别在5%和10%以下。这种变化趋势说明近20年来人类活动对衡南县水资源承载脆弱性造成较大压力，但是，这种压力在近段时间得到了一定程度的缓解。
衡阳盆地水资源承载脆弱性指数变化趋势分析
基于不同时间段水资源承载脆弱性的变化，将衡阳盆地水资源脆弱性的变化趋势分成单调显著增大、未变化、单调显著减小和波动变化4类。其中，从、、再到年各时间段内，水资源脆弱性保持持续增长/减小/基本不变的为单调显著增加/单调显著减少/未变化，而4个时段的脆弱性指数在增加、减小、未变化之间的变化为波动变化。
在Grid环境下，用栅格计算器中条件分析的con函数完成多年段的变化趋势分析，生成衡阳盆地水资源承载脆弱性趋势变化图（图3）。
由图3可见，从水资源承载脆弱性变化趋势来看，不同时段内区域水资源承载脆弱性以未变化类型为主，占衡阳盆地总面积的59.6%；其次是波动型变化类型，占评价总面积的40.3%；单调变化的2种类型的面积极少，2类总面积仅占研究区总面积的0.1%。
基于已经完成的水资源脆弱性指数评价体系，笔者进行了以下2个方面的研究：一是构建水资源脆弱性指数变化的函数模型，提取衡阳盆地水资源承载脆弱性变化信息；二是进行水资源承载脆弱性变化的时空特征分析，并进行趋势预测。
（1）近20年来，衡阳盆地水资源承载脆弱性系统发生较为显著的变化，超过26.%的区域承载脆弱性指数增大，脆弱性指数变小的区域则微乎其微(1.17%)。同时，水资源承载脆弱性指数变化也存在明显的空间分异，整体呈“中强外弱、南强北弱”的分布格局。
（2）从时间演变上来看，水资源承载脆弱性总体上呈增强趋势，其中，尤以年的最近几年的变化最为明显。
（3）从空间分异来看，衡东、衡山和衡阳3县的承载脆弱性变化最小，不变化类型比例均在90%以上；祁东县的承载脆弱性变化最大，单调增加类型比例接近60%；不同时间段的脆弱性指数演变的区域差异也较为明显。
（4）从脆弱性指数变化趋势上来看，研究时段内，水资源承载脆弱性指数以基本不变的稳定型(59.6%)为主，其次是波动变化类型(40.3%)，单调增大和单调减小变化的2种类型极少，仅占研究区总面积的0.1%。
水资源脆弱性定量评价大多采用传统的计量模型方法进行研究。笔者采用基于GIS/RS的新方法和新技术进行区域水资源脆弱性的时空动态分析，构建了水资源脆弱性指数变化的函数模型，细化其评价单元，以衡阳盆地为例，对其承载脆弱性近20年来的时空演变特征进行分析，拓宽了水资源脆弱性评价方法。鉴于数据的限制，笔者仅对水资源系统的承载脆弱性系统进行研究，自然脆弱性系统以及水资源系统整体脆弱性动态演变问题有待进一步研究。
基于GIS/RS的水资源脆弱性研究，前人做过不少工作。本研究的创新之处在于运用GIS/RS方法，获取不同时间点的研究数据，对衡阳盆地水资源系统脆弱性的动态演变进行研究。结果表明，该方法具有较好的可行性，为水资源脆弱性动态演变研究提供了一种切实可行的研究方法。
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厦门湾海岸带景观格局时空动态演变研究& 大鼠局灶性脑梗死后神经细胞凋亡与坏死的时空动态演变
大鼠局灶性脑梗死后神经细胞凋亡与坏死的时空动态演变
摘 要：目的：探讨大鼠局灶性脑梗死后神经细胞凋亡与坏死的时间、空间分布的动态演变及二者时空、时效关系的比较。方法：采用光化学法制作大鼠局灶性脑梗死的模型，利用苏木精-伊红染色与TUNEL技术观察局灶性脑梗死3
【题　名】大鼠局灶性脑梗死后神经细胞凋亡与坏死的时空动态演变
【作　者】王贤军 夏青 杨琳 蔡洪信 夏作理
【机　构】[1]泰山医学院脑微循环研究所,山东省泰安市]北京大学药学院化学生物系博士后流动站,北京市]泰山医学院附属医院急诊科,山东省泰安市]泰山医学院附属医院神经内科,山东省泰安市271000
【刊　名】《中国临床康复》 2004年第8卷第34期,页
【关键词】大鼠 局灶性脑梗死 神经细胞 细胞凋亡 细胞坏死 时间分布 空间分布
【文　摘】目的：探讨大鼠局灶性脑梗死后神经细胞凋亡与坏死的时间、空间分布的动态演变及二者时空、时效关系的比较。方法：采用光化学法制作大鼠局灶性脑梗死的模型，利用苏木精-伊红染色与TUNEL技术观察局灶性脑梗死3～48h，3～6d后神经细胞凋亡与坏死情况。结果：坏死细胞主要集中于梗死区，凋亡细胞分布于半暗带区，二者均呈半球状向四周放射性扩展；光照后3h梗死中心有大量坏死细胞出现，而凋亡细胞于梗死后6h才出现，随着梗死时间的延长，二者均有明显的增加，坏死细胞于梗死后24h达高峰，凋亡的神经细胞在3d达高峰。结论：局灶性脑梗死后坏死细胞主要位于梗死区，凋亡细胞主要分布于半暗带区，并均呈半球状向四周放射性扩展。细胞凋亡的出现较晚，可能使抗凋亡成为治疗脑梗死的一种有效的途径之一。
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