基于熵權—云模型的流域水資源脆弱性評價與關鍵脆弱性辨識
----------以海河流域為例

陳 巖,馮亞中,王 蕾

(1.南京林業(yè)大學 經濟管理學院,江蘇 南京 210037;2.南京信息工程大學 教師教學發(fā)展中心,江蘇 南京 210044)

1 引言

水資源是國家的基礎性自然資源,而我國人均水資源占有量只有世界人均水平的1/4,水資源短缺問題非常嚴重,且水資源時空分布極不均勻,夏季雨水多,冬季雨水少;北方河道干涸,地下水嚴重超采,南方旱澇災害頻發(fā),水質污染嚴重。流域水資源脆弱性研究是水資源研究領域的重要前沿課題,水資源脆弱性評價可量化水資源脆弱性的程度，客觀反映流域的水安全狀況,是水資源規(guī)劃管理和適應性管理對策的基礎。流域水資源的脆弱性是由洪澇災害、干旱災害、水資源短缺、水質污染等多方面因素引起的。水資源面臨的脆弱性問題不是均勻分布于全國,而是具有典型的流域和區(qū)域特點,在時間尺度上具有季節(jié)性特征。如松花江、遼河、海河等北方江河多是由水資源短缺、水質污染等引起的脆弱性;而長江流域、東南諸河等南方江河流域多是由洪澇災害等引起的脆弱性。因此,我國流域水資源脆弱性評價和關鍵脆弱性辨識是非常重要的和亟待解決的問題,對我國各流域水資源脆弱性的產生原因分析,針對性地改善流域水資源脆弱性，提高水資源系統的適應能力具有重要的作用。

水資源脆弱性研究最早是針對地下水資源領域開展的,Albinet[1]于20世紀70年代初期提出了地下水資源脆弱性的概念,之后眾多學者和研究機構對地下水資源脆弱性概念和評價方法進行了深入研究。自20世紀90年代以來,地表水資源的脆弱性和水資源系統的脆弱性逐漸成為研究的熱點,如Brouwer F[2]通過分析區(qū)域水資源的供需平衡狀況,根據影響因子的閾值來分析水資源的脆弱程度;Mirauda D[3]等采用完整性模型來評估地表水資源脆弱性,提供了決策支持系統。1996年IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)將氣候變化與水資源脆弱性相關聯,提出水資源脆弱性是指水資源系統由于氣候變化等原因引起損害或不利的影響程度[4]。Jingbo Z[5]等從IPCC提出的脆弱性概念出發(fā),分析了我國城市在氣候變化下的水資源脆弱性問題;Farley K A[6]等通過耦合社會—自然系統,探討了氣候變化對美國俄勒岡山脈地區(qū)的水資源脆弱性影響;夏軍等研究了氣候變化對我國東部季風區(qū)水資源的脆弱性的影響[7]和海河流域水資源脆弱性及其適應性調控[8];李昌彥、王慧敏[9]等以鄱陽湖流域為對象研究了氣候變化下水資源適應性系統的脆弱性評價。

目前,水資源脆弱性的定量評價方法主要包括函數模型法和評價指標法兩種。其中,函數構建法主要是夏軍等通過構建物理機制分析的函數模型來進行評估[10],提出水資源系統的脆弱性是受氣候變化、人類活動等因子影響的敏感性和抗壓性的比值[11]。近幾年又對函數模型進行了改進,將耦合暴露度、災害風險、敏感性與抗壓性作為脆弱性評估模型[7]。此外,其他學者從供給—需求水量平衡角度[12]和多尺度角度[13]構建了脆弱性評價函數模型,而評價指標法主要是基于水資源脆弱性的內涵[14]、水資源脆弱性的影響因素[15]、PSR模型[16]和DPSIR概念模型[17]等構建評價指標體系。在評價模型研究方面,主要采用AHP[18]、熵權法[19]、主成分—因子分析法[20]等對評價指標賦權,然后采用分形理論[21]、模糊物元評價模型[22]、相對偏差距離最小法[23]、粒子群投影尋蹤插值模型[17]、集對分析[24]等方法進行指標的評價合成,對一些流域和區(qū)域進行了水資源脆弱性評價。

綜上所述,隨著對水資源脆弱性研究的不斷深入,研究對象從地下水脆弱性到地表水資源脆弱性,又擴展到水資源系統的脆弱性研究;脆弱性的評價指標也從單一的水質研究逐漸向水量、水質相結合;目前越來越多的學者關注水資源脆弱性受到人類活動和氣候變化的影響問題。流域作為整個水資源系統的重要組成部分,同時又是我國水資源管理的行政主體單位,其水資源脆弱性評價對流域未來的水資源適應性管理和規(guī)劃決策等方面都具有重要作用。流域水資源系統是一個復雜的系統,各個流域受到降水量時空分布不均、流域產業(yè)布局和人口密度等原因影響導致流域的脆弱性產生原因和表現形式都各不相同,一般可分為水量短缺性脆弱、水質污染性脆弱、洪澇旱災性脆弱等幾種重要的脆弱性問題。對各個流域的關鍵脆弱性辨識、評價可幫助各個流域追溯其脆弱性的關鍵原因所在[25],并提出適應性的治理方案,所以流域水資源的關鍵脆弱性辨識就成了流域治理亟待解決的問題。本文首先從水量短缺、水質污染、災害防御等三個方面構建評價指標體系,以便進行流域的關鍵脆弱性辨識和原因分析;然后采用熵權和云模型相結合的方法對流域水資源的脆弱性進行評價,使評價過程更加客觀、公正和科學,評價結果從流域的綜合脆弱性、水量脆弱性、水質脆弱性、災害脆弱性幾個方面分析,更有利于找出流域的脆弱性短板;最后以我國目前脆弱性問題較嚴重的海河流域為例進行實證研究,分析了海河流域2000—2015年的脆弱性趨勢和關鍵脆弱性,并對具體指標原因進行回溯分析。

2 脆弱性內涵研究和評價指標體系構建

2.1 流域水資源脆弱性內涵研究

流域是指由分水線所包圍的河流集水區(qū),包括一個水系的干流和支流所流經的整個地區(qū),具有水資源開發(fā)利用復雜、承載人口眾多等社會經濟特征,同時也具有氣候條件多樣、覆蓋面廣、地理環(huán)境構成復雜等自然特征。本文認為流域水資源脆弱性是指在社會經濟因素和自然環(huán)境因素的雙重作用下,流域水資源通過水量短缺、水質污染和洪澇干旱災害等三個方面表現出的受損程度[26]。具體內涵主要包括[27]:①流域水資源脆弱性的成因和表現形式多樣化,可總結為水量短缺脆弱性、水質污染脆弱性,由于極端氣候現象導致的洪澇干旱災害防御脆弱性。②流域水資源脆弱性的影響因素不僅體現在受到氣候等自然環(huán)境變化和人類活動因素導致的脆弱性,還體現在流域水資源系統本身是否具有承載這些變化和自我恢復的能力。③流域水資源脆弱性的受損程度需要從水資源安全的角度,對流域水資源系統的受損情況進行量化和等級的劃分,并從時間和空間的維度上進行時空動態(tài)分析,為流域水資源規(guī)劃管理提供有效的衡量標準。

2.2 脆弱性評價指標體系構建

本文根據流域水資源脆弱性的內涵構建評價指標體系。首先,根據水資源脆弱性的表現形式,設置水量短缺脆弱性(WSVI)、水質污染脆弱性(WPVI)和災害防御脆弱性(WDVI)三個一級指標;其次,根據水資源脆弱性的原因,在各一級指標下設置自然脆弱性、人為脆弱性、承載脆弱性二級指標;每個二級指標下又設計2個三級指標,共18個評價指標。指標體系WSPD-VI見表1。

表1 流域水資源脆弱性評價指標體系

注:正向指標表示評價指標的數值越大,脆弱度等級越高;逆向指標表示評價指標的數值越小,脆弱度等級越低。

3 脆弱性評價模型研究

本文通過構建熵權—云模型相結合的模型對流域水資源脆弱性進行了評價。首先采用熵權法進行評價指標權重的確定,然后采用云模型對研究區(qū)水資源進行脆弱度等級評價。

3.1 基于熵權法的評價指標權重確定

在流域水資源脆弱性評價模型構建中,指標權重是量化的關鍵因素之一,其大小直接影響到評價結果,本文擬采用熵權法來確定評價指標權重。熵權法是根據信息論的基本原理,各指標的實測數據傳遞給決策者的信息量大小,通過計算各評價指標的熵值和熵權來確定指標權重。熵權法是一種客觀賦權的方法,通過對收集到的各評價指標的樣本數據的統計計算出來的權重,只與樣本數據本身的特征相關聯,客觀性較強,避免了主觀因素帶來的偏差,確保了評價結果的客觀和科學性。

評價指標的標準化處理:標準化處理的主要目的是消除各評價指標的量綱和正逆向不同帶來的影響。正向指標的標準化處理為式(1),逆向指標的處理為式(2)。設原始數據有n個評價指標,有m個評價對象,則評價矩陣為:X=(xij)m×n。式中,xij代表第i個指標的第j個實測值。

(1)

(2)

式中,ximin為第i個評價指標中的最小數值;ximax為第i個評價指標中的最大數值。

評價指標的信息熵計算:標準化后的矩陣Y=(yij)m×n,第i個指標的熵定義為Hi,計算公式為:

(3)

評價指標的熵權計算:根據上式可計算出各個指標的信息熵,利用下式求出各個指標的熵權:

(4)

權重矩陣為：W=(w1,w2,…,wn)。

3.2 基于云模型的流域水資源脆弱性等級劃分

云模型是在傳統模糊數學和概率統計基礎上,由李德毅院士提出的一種用于實現不確定性知識的定性、定量轉換的數學模型[28]。目前云模型已經成功應用于智能控制、機器學習、數據挖掘、系統安全評估、時間序列預測等多個領域。本文擬采用云模型進行流域水資源脆弱性等級劃分與評價。

云和正態(tài)云:云模型是把模糊性和隨機性兩方面集成在一起來進行定性和定量之間的轉換模型。本文的云空間可定義為流域水資源脆弱性的評價指標體系,云空間是由若干云朵組成;將各個評價指標的分級標準看成是評價指標體系的云朵,代表定量數值與定性概念之間的對應,云朵由云滴組成;將各個指標的實際數值x看成是云滴,云滴之間沒有次序性,云滴會落在定性概念C中。即存在一個穩(wěn)定傾向的隨機數u(x)∈[0,1],稱為x對C的確定度,每個云滴的產生過程就是映射這種定量和定性概念之間的不確定性關系[29]。正態(tài)云是云模型中最常見的一種,具有普遍適用性,主要是由于大量的社會和自然科學中云的期望曲線都近似服從正態(tài)或半正態(tài)分布。正態(tài)云的數字特征用Ex、熵En和超熵He三個數值表征。其中,期望Ex是云滴在定性語言論域概念的中心值,表示數據樣本定性概念量化的最典型樣本;熵En是定性概念的不確定性度量,反映特定指標離散程度和取值范圍;超熵He是熵En的熵,是對熵的不確定程度的度量,反映云滴的離散程度,超熵表示指標值在整個論域中的凝聚度,超熵越大,評價指標值的離散程度越大,云層的厚度越大,見圖1。

圖1 正態(tài)云和數字特征

(5)

循環(huán)(1)—(3),生成足夠多的云滴,本文在實證過程中取3000個云滴。

云模型的特征參數確定:運用云模型進行流域水資源脆弱性評價需要確定每個評價指標的數字特征Ex,En,He。式中,Ex為脆弱性評價指標的期望,由式(6)確定:

(6)

云模型的熵En由式(7)計算得出:

(7)

超熵He=k,其中k為常數,反映云模型的離散程度,根據變量的模糊閾值進行調整,本文統一取0.01。

3.3 評價模型的評價步驟

本文采用熵權法和云模型相結合進行流域水資源脆弱性評價模型的構建,其評價流程見圖2,步驟為:①構建流域脆弱性評價指標體系,本文從水量短缺脆弱性(WSVI)、水質污染脆弱性(WPVI)和災害防御脆弱性(WDVI)構建評價指標體系WSPD-VI,共18項評價指標,見表1。②運用熵權法進行評價指標體系權重的確定。首先根據評價指標收集流域各個年份的數據,然后對指標數據采用式(1)、式(2)進行歸一化處理;然后采用式(3)和式(4)進行評價指標權重的確定,形成權重矩陣W。③對各個評價指標劃分為五個評價等級,分別為極度脆弱、重度脆弱、中度脆弱、輕度脆弱、不脆弱;然后根據各個評價指標的國際、國內和行業(yè)的標準進行五個等級閾值的確定。④根據各個指標的等級閾值運用式(6)、式(7)進行云模型的特征參數的計算,然后采用Matlab編程云模型正向發(fā)生器進行各個評價指標確定度的確定,形成云模型的確定度矩陣Z。⑤運用權重矩陣W和確定度矩陣Z進行模糊轉換,得出流域各年份水資源脆弱性評價等級的綜合確定度。

圖2 基于熵權—云模型的流域水資源脆弱性評價模型流程

4 實證研究

本文以海河流域為例,運用構建的評價指標體系WSPD-VI和熵權—云模型相結合的評價模型,對海河流域2000—2015年的水資源脆弱性進行評價等級確定、趨勢變化分析和關鍵脆弱性辨識。

4.1 研究區(qū)概況

海河流域位于112°—120°E、35°—43°N,屬于溫帶大陸性季風氣候,多年平均氣溫在10℃左右,多年平均降水量為400—800mm。海河流域包括海河、灤河和徒駭馬頰河3大水系,行政區(qū)域涉及京、津、冀、遼、蒙、晉、魯、豫等8個省、自治區(qū)、直轄市,總面積31.82萬km2,流域人口密集。海河流域降水時空分布不均勻,汛期6—9月雨量占全年降雨量的75%—85%,局部地區(qū)暴雨增多,造成海河流域旱澇災害頻繁發(fā)生。流域地表水資源的開發(fā)利用率達到98%,遠超過40%開發(fā)利用率的國際警戒線,且每年超采地下水70億m3以上;流域水污染嚴重,60%的斷面已經嚴重污染。海河流域人均水資源量290m3,屬于嚴重資源性缺水地區(qū),遠遠低于人均1000m3的國際水資源緊缺標準,只有全國人均水資源占有量的1/7。流域的水資源短缺、水污染嚴重、旱澇災害頻發(fā)已成為制約海河流域社會經濟發(fā)展的重要因素。

表2 流域水資源脆弱性評價指標等級標準

4.2 海河流域水資源脆弱性評價分析

評價指標的權重確定:根據構建的評價指標體系查找海河流域從2000—2015年的18個評價指標的數據,數據來源于2000—2015年的《海河流域水資源公報》、《中國環(huán)境統計年鑒》和《中國統計年鑒》。按照表1中評價指標體系的正向和逆向分別按照式(1)、式(2)進行無量綱化處理;然后按照式(3)、式(4)計算海河流域水資源脆弱性評價指標權重,18個評價指標的權重為:W=(0.0368、0.0435、0.0756、0.0329、0.0824、0.0853、0.0378、0.0339、0.0639、0.0573、0.0604、0.0598、0.0378、0.0520、0.0537、0.0722、0.0655、0.0482)。

評價指標的特征值和云模型計算:根據云模型的計算過程,需要確定18個評價指標的脆弱度等級標準,本文針對18個評價指標的國際、國內和水利行業(yè)標準確定各個評價指標的等級標準,具體結果見表2。

根據表2中的各個評價指標的等級標準閾值和云模型的特征值計算式(6)、式(7),可計算出各個指標對應各個評價等級的特征值,鑒于篇幅有限不再單獨列出特征值數據。運用Matlab軟件進行編程,并根據式(5)計算各個評價指標的云模型的確定度。限于篇幅本文僅列出4個評價指標的云模型圖,見圖3。

圖3 評價指標脆弱度等級的云模型

表3 2000—2015年海河流域水資源脆弱性等級確定度

海河流域水資源脆弱性等級確定度和趨勢分析:根據各個評價指標的確定度和權重,以及2000—2015年的各個評價指標的數據值,運行Matlab云模型程序,計算3000次,取3000次運行結果的平均值,可計算出海河流域各個年份的水資源脆弱性隸屬于各個等級的確定度,并根據確定度最大原則來進行等級判斷;同樣,可分別按照上述方法計算出水量短缺脆弱性、水質污染脆弱性和災害防御脆弱性的確定度,判斷脆弱度等級,計算結果見表3。根據海河流域水資源脆弱性的趨勢圖(圖4),分析2000—2015年海河流域水資源脆弱度的走勢。由圖4可見,2000—2015年海河流域的脆弱度等級是逐年上升的,說明這16年海河流域的水資源脆弱性狀況有所好轉。

圖4 2000—2015年海河流域水資源脆弱性趨勢

4.3 海河流域水資源的關鍵脆弱度辨識

我國水資源系統脆弱性在全國分布不均勻,具有典型的流域和區(qū)域特點。因此,只有對各個流域進行關鍵的脆弱性辨識,找到流域的短板所在,才能有效地進一步進行規(guī)劃和管理。本文從水量短缺、水質污染和災害防御三個方面構建評價指標體系,目的在于分析引起流域水資源脆弱性的重要因素,以便于進行適應性治理。由于各個年份的流域水資源脆弱性等級和水量、水質、災害的等級都在變化,為了全面分析關鍵脆弱性,本文計算了2000—2015年海河整個流域的水量、水質、災害脆弱性等級的均值,見表3和圖5。

圖5 海河流域的關鍵脆弱性雷達圖

從圖5可見,海河流域的水量脆弱性等級均值為1.88,水質脆弱度等級均值為2.50,災害脆弱度等級均值為2.69。根據我們對脆弱度等級的定義,等級數值越低越脆弱,可見海河流域的關鍵脆弱性是由水量短缺引起的脆弱性,其次是水質污染和災害防御。

海河流域水量短缺脆弱性分析:海河流域是嚴重的資源型缺水區(qū)域,人均、地均水資源占有量分為是全國的1/7和1/9,遠低于國際公認的嚴重缺水警戒線,地表水和地下水開發(fā)率達到90%以上,遠遠超過40%的國際警戒線。有研究表明,1962—2012年海河流域的年降水量呈現下降趨勢,年降水日數也呈減少趨勢,而海河流域的地表水和地下水主要靠降水補給,降水量減少必然會繼續(xù)造成海河流域的地下水補給不足、水位下降,導致自然資源型缺水[30]。2000—2015年海河流域的水量短缺脆弱性等級見圖6。從圖6可見,海河流域的水量短缺脆弱性多年處于極度脆弱和重度脆弱水平,2011年開始脆弱性趨于好轉。通過分析發(fā)現,這幾年主要是受到引灤入津、引黃入冀、南水北調等水利工程調入水量等影響。但由于這幾年的時間較短,如果需要進行水量短缺脆弱性的評價,未來還需要進行更長時間的觀察。

圖6 2000—2015年海河流域水量短缺脆弱性趨勢

為了進一步分析海河流域水量短缺脆弱性的情況,我們挑選了幾個重要的指標進行進一步的分析。首先分析地表水和地下水的開發(fā)利用率,多數年份都在70%以上。由于海河流域水資源自給不足,需要從外流域調入,所以水資源開發(fā)利用率多年都超過1,地表和地下水開采過量,且嚴重不足。農田平均和人均用水量見圖7。

圖7 2000—2015年海河流域農業(yè)和人均用水量

從圖7可見,研究期期間農田平均用水量出現明顯下降趨勢,且有效灌溉面積比呈現上升趨勢,說明海河流域的農田灌溉節(jié)水技術和能力在逐年增強,在保證農田有效灌溉的同時,用水量還可降低。人均用水量雖然沒有明顯下降趨勢,但仍然遠低于全國的平均用水量。

海河流域水質污染脆弱性分析:海河流域是人為高度干擾的區(qū)域,隨著社會經濟的不斷發(fā)展,鋼鐵化工等污染類行業(yè)的快速發(fā)展、排污加重,海河流域已成為我國水污染最為嚴重的流域。環(huán)保部發(fā)布了2016年上半年的全國地表水環(huán)境質量狀況顯示,我國十大流域中海河流域的水質污染為重度污染,主要污染指標為總磷、化學需氧量和氨氮[31]。

通過對海河流域水質污染脆弱性等級圖分析(圖8),在水質污染脆弱性方面,從2006年開始海河流域呈現一定的好轉趨勢,特別是2012年我國實施最嚴格水資源管理制度以來,海河流域的水質污染的治理取得了一定的進展。根據本文構建的評價指標體系,主要是從水功能區(qū)水質達標率、萬人COD和氨氮排放強度、萬元GDP排放強度和生態(tài)環(huán)境用水率等幾個方面來進行評價。雖然海河流域在十大流域中的水質污染最嚴重,屬于重度污染,但從縱向數據顯示,研究期內海河流域的水質污染情況有一定的緩解。

圖8 2000—2015年海河流域水質污染脆弱性趨勢

為了進一步分析海河流域水質污染脆弱性的情況,本文挑選了幾個重要的指標進行趨勢分析。分析發(fā)現萬人COD排放強度和萬元GDP廢水排放量都呈現明顯的下降趨勢,而生態(tài)環(huán)境用水率呈現逐年上升的趨勢(圖9、圖10)。生態(tài)環(huán)境用水率數值的高低有兩種理解:首先為了保證水功能區(qū)的水質達標率,當廢水排放量過高時為了保證水質達標率而使用生態(tài)環(huán)境用水,這種情況下生態(tài)環(huán)境用水率越高說明流域在主觀上更重視水環(huán)境的治理;其次,生態(tài)環(huán)境用水率高也說明水質自身存在污染。由于海河流域產業(yè)結構調整和2012年開始執(zhí)行的最嚴格水資源管理制度,萬元GDP廢水排放量呈現逐年下降趨勢。從這幾個角度分析,海河流域水質污染脆弱性在2000—2015年有轉好的趨勢,但從污染指數和與其他流域橫向對比,海河流域的水質污染問題仍非常嚴重。

圖9 2000—2015年海河流域生態(tài)環(huán)境用水率(%)

圖10 2000—2015年海河流域萬元GDP廢水排放量

海河流域災害防御脆弱性分析:降雨是干旱和洪水發(fā)生的關鍵影響因素,由于水資源缺乏,海河流域干旱頻發(fā),歷史上有“十年九旱”之稱。流域的年降雨量主要集中在夏季,6—9月雨量占全年降雨量的75%—85%,局部地區(qū)暴雨增多,極端天氣事件發(fā)生范圍、頻率和強度在不斷增加,造成海河流域旱澇災害頻繁發(fā)生。海河流域災害防御脆弱性的等級見圖11。由于災害防御脆弱性受降水等自然因素影響較大,且近年受到極端降雨事件和極端干旱事件的影響,所以波動性較強。從單向指標上可見,近幾年洪澇災害等受災面積比逐年降低、農田有效灌溉面積比逐年上升,呈好轉趨勢;但近幾年堤防保護人口率和水利調蓄能力等災害防御能力有逐年下降的趨勢,所以在流域的規(guī)劃治理中,需要在規(guī)劃和建設方面重點加強災害的防御抵抗能力。

圖11 2000—2015年海河流域災害防御脆弱性趨勢

5 結論

流域水資源系統是一個復雜的系統,各個流域的脆弱性產生原因和表現形式具有典型的流域區(qū)域特點。流域水資源的關鍵脆弱性辨識有利于采用相適應的規(guī)劃和管理方案進行治理,但目前缺乏流域關鍵脆弱性的辨識標準。因此,本文根據總結出的流域水資源脆弱性的三種成因和表現形式,構建了有利于原因追溯和關鍵脆弱性辨識的流域水資源脆弱性評價指標體系WSPD-VI。

本文構建了熵權—云模型評價方法進行流域水資源脆弱性評價。首先采用熵權法進行流域水資源脆弱性評價指標權重計算,通過實測數據本身傳遞給決策者信息量的大小進行賦權,具有較強的客觀性。采用將傳統模糊數學和概率統計方法相結合的云模型應用于流域水資源的脆弱性評價等級劃分,實現流域各個評價指標的定量數值向定性評價等級的不確定性映射,使流域水資源脆弱性的評價可同時考慮環(huán)境的模糊性和隨機性等不確定性因素。因此,基于熵權—云模型的流域水資源脆弱性評價是一種客觀、科學的綜合評價方法,可實現流域關鍵脆弱性評價等級的辨識。

本文采用構建的評價指標和評價模型對海河流域水資源脆弱性趨勢和關鍵脆弱性辨識進行了實證分析。結果表明,海河流域水資源的脆弱度等級2000—2015年為逐年上升,特別是2012年實施最嚴格水資源管理制度實施以來,海河流域水資源的脆弱性狀況有所好轉。從2000—2015年海河流域水資源關鍵脆弱度等級的均值可見,流域的水量脆弱度等級均值為1.88,水質脆弱度等級均值為2.50,災害脆弱度等級均值為2.69。根據我們對脆弱度等級的定義,等級數值越低越脆弱,可見海河流域水資源的關鍵脆弱性是由水量短缺引起的,其次是水質污染和災害防御。