Метод аналізу вразливості водних ресурсів у нестабільному середовищі на основі ентропійного підходу
Анотація
Мета. Синтез методу аналізу вразливості водних ресурсів на основі ентропії зв’язку на підставі визначення факторів водної системи, розглядаючи у взаємозв’язку антропогенну соціально-економічну систему та систему «людина-довкілля» та аналізу процесів трансформації водної системи в мінливому середовищі.
Результати. Проаналізовано механізм вразливості водних ресурсів у мінливому середовищі. Встановлено структуру вразливості водних ресурсів на основі чутливості, природної стійкості та штучної адаптації шляхом аналізу чотирьох станів водної системи: чутливий стан, пошкоджений стан, стан відновлення та стан рівноваги та супутніх процесів трансформації. Запропоновано метод аналізу вразливості водних ресурсів на основі ентропії зв’язку, що розширює концепцію контактної ентропії. Ступінь вразливості водних ресурсів щодо мінливого середовища можна розділити на п’ять рівнів з 11 індексами: низький (I), незначний (II), помірний (III), високий (IV) і екстремальний (V). Розрахунок контактної ентропії показує приблизне значення контактної ентропії S із діапазоном (–1,314; 1,314). Цей інтервал ділиться на п'ять частин: [0,877; 1,314), [0,292; 0,877), [−0,292; 0,292), [−0,877; −0,292), (−1,314; − 0,877), позначаючи низький (I), незначний (II), помірний (III), високий (IV) та надмірний (V) ступені вразливості водних ресурсів відповідно.
Висновки. Стан водної системи зазвичай змінюється від пошкодженого до відновлення через природні чинники, після чого відбувається перехід від стану відновлення до стану рівноваги переважно через штучні фактори. Перше визначається як природна стійкість, а друге – як штучне пристосування. Результати цього механізму пропонують необхідне розуміння вразливості водних ресурсів у мінливому середовищі, механізм процесу трансформації між чотирма станами є центром подальших досліджень.
Завантаження
Посилання
Zhao, K.Q. (2000). Set Pair Analysis and Preliminary Application; China Science Technology Press: Hangzhou, China.
Turner, B.L., II; Kasperson, R.E., Matson, P.A., McCarthy, J.J., Corell, R.W., Christensen, L., Eckley, N., Kasperson, J.X., Luers, A., Martello, M.L., Polsky,C., Pulsipher, A., & Schiller, A. (2003). A framework for vulnerability analysis in sustainability science. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100, 8074–8079. https://doi.org/10.1073/pnas.1231335100
Füssel, H.M. (2007). Vulnerability: A generally applicable conceptual framework for climate change research. Glob. Environ. Chang., 17, 155–167. https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2006.05.002
Padowski, J.C., & Gorelick, S.M. (2014). Global analysis of urban surface water supply vulnerability. Environ. Res. Lett., 9, 104004. https://doi.org/10.1088/1748-9326/9/10/104004
Allouchea, N., Maananb, M., Gontaraa, M., Rollob, N., Jmala, I., & Bouria, S. (2017). A global risk ap-proach to assessing groundwater vulnerability. Environ. Model. Softw., 88, 168–182. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2016.11.023
Khakhar, M., Ruparelia, J.P., &Vyas, A. (2017). Assessing groundwater vulnerability using GIS-based DRASTIC model for Ahmedabad district, India. Environ. Earth Sci., 76, 440. https://doi.org/10.1007/s12665-017-6761-z
Rushforth, R.R., & Ruddell, B.L. (2016). The vulnerability and resilience of a city’s water footprint: The case of Flagstaff, Arizona, USA. Water Resour. Res., 52, 2698–2714. https://doi.org/10.1002/2015WR018006
Martinez, S., Kralisch, S., Escolero, O., & Perevochtchikova, M. (2015). Vulnerability of Mexico City’s water supply sources in the context of climate change. J. Water Clim. Chang., 6, 518–533. https://doi.org/10.2166/wcc.2015.083
Padowski, J.C., & Jawitz, J.W. (2012). Water availability and vulnerability of 225 large cities in the United States. Water Resour. Res., 48. https://doi.org/10.1029/2012WR012335
Sullivan, C.A. (2011). Quantifying water vulnerability: A multi-dimensional approach. Stoch. Environ. Res. Risk Assess., 25, 627–640. https://doi.org/10.1007/s00477-010-0426-8
McCarthy, J.J., Canziani, O.F., Leary, N.A., Dokken, D.J., & White, K.S. (2001). Climate Change 2001: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Third Assessment Re-port of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press: Cambridge, UK,.
Safi, A.S., Smith, W.J., & Liu, Z. (2016). Vulnerability to climate change and the desire for mitigation. J. Environ. Stud. Sci., 6, 503–514. https://doi.org/10.1007/s13412-016-0384-7
Liersch, S., Cools, J., Kone, B., Koch, H., Diallo, M., Reinhardt, J., Fournet, S., Aich, V., & Hattermann, F.F. (2013). Vulnerability of rice production in the Inner Niger Delta to water resources management under climate variability and change. Environ. Sci. Policy, 34, 18–33. https://doi.org/10.1016/j.envsci.2012.10.014
Yang, X.H., Sun, B.Y., Zhang, J., Li, M.S., He, J., Wei, Y.M., & Li, Y.Q. (2016). Hierarchy evaluation of water resources vulnerability under climate change in Beijing, China. Nat. Hazards, 84, 63–76. https://doi.org/10.1007/s11069-015-1932-2
Gain, A.K., Giupponi, C., & Renaud, F.G. (2012). Climate Change Adaptation and Vulnerability As-sessment of Water Resources Systems in Developing Countries: A Generalized Framework and a Fea-sibility Study in Bangladesh. Water, 4, 345–366. https://doi.org/10.3390/w4020345
Ionescu, C., Klein, R.J.T., Hinkel, J., Kumar, K.S.K., & Klein, R. (2009). Towards a Formal Framework of Vulnerability to Climate Change. Environ. Model. Assess., 14, 1–16. https://doi.org/10.1007/s10666-008-9179-x
Al-Saidi, M., Birnbaum, D., Buriti, R., Diek, E., Hasselbring, C., Jimenez, A., & Woinowski, D. (2016). Water Resources Vulnerability Assessment of MENA Countries Considering Energy and Virtual Water. Procedia Eng., 145, 900–907. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.04.117
Shabbir, R., & Ahmad, S.S. (2016). Water resource vulnerability assessment in Rawalpindi and Islama-bad, Pakistan using Analytic Hierarchy Process (AHP). J. King Saud Univ. Sci., 28, 293–299. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2015.09.007
Pan, Z., Jin, J., Wu, K., & Res, K.D. (2014). Earch on the Indexes and Decision Method of Regional Water Environmental System Vulnerability. Resour. Environ. Yangtze Basin, 23, 518–525. http://dx.doi.org/10.11870/cjlyzyyhj201404011
Field, C.B., Barros, V.R., Dokken, D.J., Mavh, K.J., Mastrabdrea, M.D., Bilir, T.E., Chatterjee, M., Ebi, K.L., Estrada, Y.O., Genova, R.C., et al. (2014). Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vul-nerability. Summaries, Frequently Asked Questions, and Cross-Chapter Boxes. A Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, World Meteorological Organization: Geneva, Switzerland.
Hassan, R., Scholes, R., & Ash, N. (2005). Appendix D: Glossary. In Ecosystems and Human Well-being: Current States and Trends, Island Press: Washington, DC, USA, 1, pp. 893–900.
Hartley, R.V. (1928) Transmission of Information. Bell Syst. Tech. J., 7, 535–563. http://dx.doi.org/10.1002/j.1538-7305.1928.tb01236.x
Schrödinger, E. (1944). What Is Life? The Physical Aspects of Living Cell, Cambridge University Press: Cambridge, UK.
Shannon, C.E. (1948). A mathematical theory of communication. Bell Syst. Tech. J., 27, 379–423. http://dx.doi.org/10.1002/j.1538-7305.1948.tb01338.x
De Luca, A., & Termini, S. (1972). A definition of a nonprobabilistic entropy in the setting of fuzzy sets. Inf. Control., 20, 301–312. http://dx.doi.org/10.1016/S0019-9958(72)90199-4
Zhao, K. (1992) Study on set pair analysis and entropy. J. Zhejiang Univ., 6, 65–72.
Su, M.R., Yang, Z.F., & Chen, B. (2009). Set pair analysis for urban ecosystem health assessment. Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul., 14, 1773–1780. http://dx.doi.org/10.1016/j.cnsns.2007.07.019
Wang, W., Jin, J., Ding, J., & Li, Y. (2009). A new approach to water resources system assessment—Set pair analysis method. Sci. China Ser. E Technol. Sci., 52, 3017–3023. http://dx.doi.org/10.1007/s11431-009-0099-z
Kumar, K., & Garg, H. (2016). TOPSIS method based on the connection number of set pair analysis under interval-valued intuitionistic fuzzy set environment. Comput. Appl. Math., 1–11. http://dx.doi.org/10.1007/s40314-016-0402-0
Pan, Z., Wang, Y., Jin, J., & Liu, X. (2017). Set pair analysis method for coordination evaluation in water resources utilizing conflict. Phys. Chem. Earth. http://dx.doi.org/10.1016/j.pce.2017.05.009
Pan, Z., Wu, C., & Jin, J. (2016). Set Pair Analysis Methods for Water Resource System Evaluation and Prediction, Science Press: Beijing, China,.
Jin, J., & Wei, Y. (2008). Generalized Intelligent Evaluation Method for Complex System and Its Ap-plication, Science Press: Beijing, China,.
Bezsonnyi, V. L., Tretyakov , O. V., Plyatsuk, L. D., & Nekos, A. N. (2022). Entropy approach to as-sessment of the ecological state of a water course. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University Series «Еcоlogy», (27), 6-19. https://doi.org/10.26565/1992-4259-2022-27-01
Bezsonnyi, V., Tretyakov, O., Sherstyuk, M., & Nekos, A. (2022). Thermodynamic aspects of the sys-tems approach in ecology. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University, Series “Geology. Ge-ography. Ecology”, (57), 268-281. https://doi.org/10.26565/2410-7360-2022-57-20
Bezsonnyi, V.L. (2023). Methods of assessment of the ecological status of a water body based on the entropy-weighted index of water quality. Ecological Sciences: a scientific and practical journal. 2(47), 44–48. https://doi.org/10.32846/2306-9716/2023.eco.2-47.7
Авторське право (c) 2023 Безсонний В.Л.
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License 4.0 International (CC BY 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
