北京山區小流域生態清潔程度分級研究

馬文鵬，武曉峰，段淑懷，楊 坤，李世榮，劉佳璇

(1.清華大學 水利水電工程系/水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室，北京 100084； 2.北京市水土保持工作總站，北京 100036)

北京市山區面積為10 072 km2，占北京市總面積的61.4%。為了有效應對北京市水資源缺乏、水污染嚴重的形勢，適應山區經濟社會快速發展，北京市從2003年開始，以水源保護為首要目的，開始探索建設生態清潔小流域[1]。北京市作為國內開展生態清潔小流域建設較早的區域，經過多年的建設，取得了明顯的成效。根據北京市水土保持公報，2001—2011年，北京市各項水土保持措施累計減少土壤流失928.5萬t，減少總磷流失270.1 t、總氮878.5 t、CODMn4 468.1 t，有效地保護了北京水源，保障了首都的水環境安全，改善了農村的人居環境。

目前北京市生態清潔小流域建設中還存在前期的調查和監測較少或缺失、措施布局缺乏科學依據等問題，需要對小流域的生態清潔程度進行科學評價[2]。開展分級研究，一方面可以識別小流域建設中的薄弱點，從而細化小流域在不同階段的發展目標，并依此制定合理的建設規劃，采取針對性的措施，逐步深入地推進生態清潔小流域建設；另一方面，各小流域自然和社會經濟條件不同，在進行治理方案的選擇時，可依照小流域存在的問題來確定合適的治理措施與投資額度，提高治理的效益，全面提升小流域建設水平。通過研究，可將不同的小流域劃分成不同的類型，實施分類管理，鞏固已有的治理成果，保證小流域的可持續發展。如對生態涵養有重要作用的小流域，需要控制開發強度，減少污染；對適宜開發的小流域，需在加強環境保護、資源合理配置的前提下確定合理的開發強度[3]。

1 小流域生態清潔程度評價指標體系

生態清潔小流域建設是對小流域綜合治理工作的繼承和發展，綜合了水土保持、面源污染、點源污染、河流健康和人居環境等多方面的內涵。為對北京山區小流域生態清潔程度進行評價，謝磊等[4]結合北京實際建立了山區小流域生態清潔程度評價指標體系。本研究以此評價體系為基礎，確定了表1中坡面、溝道和村莊三部分共11項指標的調查與評價方法，以北京市平谷、密云、懷柔、延慶、昌平、門頭溝和房山7個區縣山區559條小流域為研究對象，獲取了反映小流域生態清潔程度的基礎數據和資料，開展了小流域生態清潔程度的評價研究。

表1 小流域生態清潔程度評價指標體系

2 生態清潔小流域評價

2.1 小流域生態清潔的指標標準

北京市生態清潔小流域建設開展時間不長，還未形成明確的評價標準，需隨著研究和實踐的深入不斷進行完善。謝磊等[4]篩選了表2中土壤侵蝕強度、林草覆蓋率等10項關鍵指標作為小流域生態清潔與否的評價標準。

表2 生態清潔小流域評價標準

表2中溝道水文形態指河流中支撐生物生存的水文及形態要素，其對水體自然狀態保持、生物群落的多樣性和河流恢復管理具有重要意義[5]。溝道水文形態特征主要包括：①水流速度、水量、泥沙輸運及河流縱向、橫向和垂向的連續性等；②溝道的平面形態、斷面形態、河床底質及河岸帶狀況(如是否受石墻圈圍或束窄、橫向工程的數量和高度、河底襯砌、植被受擾動的程度)。溝道水文形態是人與自然共同作用的結果，受人類活動的影響比較顯著。

本研究使用的小流域溝道水文數據來自北京市2011年水務普查水土保持專項調查數據。調查水文形態特征時以溝段為單元開展，從溝口開始劃分溝段，將水文形態要素均勻、一致的劃為一個溝段，如果某個要素發生變化，則另起一段。通常規定各溝段長度最短為10 m，最長為500 m。現場調查完畢后根據已有的北京山區溝段水文形態分級標準(共5級，分為極好、良好、一般、較差、極差)對各溝段進行定級，從而可以得到各小流域主溝道水文形態各級長度比例，進而對溝道進行綜合定級，對該小流域溝道水文特征做出評價。

此前的標準由于缺乏足夠的基礎數據支撐，在制定評價標準時主要參考北京市已有的地方標準和相關規范，指標的適用性和普遍性存在一定的局限，僅能作為初步的分類標準開展生態清潔小流域的評價。本研究以調查獲取的實際數據和資料為基礎，在謝磊等標準的基礎上進一步完善，選取8項指標作為對小流域是否生態清潔進行評價的指標，調整后的指標以及各指標的評價標準見表3。

表3 調整后的生態清潔小流域評價標準

與此前的評價標準相比，本研究基于大量數據的調研和分析，對指標進行了以下方面的改進：

(1) “土壤侵蝕強度”改為“土壤侵蝕面積比例”。本次研究獲取的土壤侵蝕數據為利用遙感數據劃分的土壤侵蝕強度等級，而不是通過野外調查的方法得到的具體侵蝕數據，因而無法以既定的200 t/(km2·a)進行評價。而通過已有的土壤侵蝕強度分級數據，可以計算得到每個小流域準確的土壤侵蝕面積，通過土壤侵蝕面積比例能客觀地反映小流域的土壤侵蝕狀況。在制定具體的分類標準時，由于缺乏已有的標準和規范，此處結合北京山區實際狀況，采用研究區土壤侵蝕面積比例的平均值0.3作為限值。

(2) 對“溝道水文形態”的評價標準進行修改。此前的評價標準中按照小流域主溝道是否存在“較差”和“極差”溝段來進行劃分，這樣劃分時研究區內僅有172條小流域滿足條件，并且存在小流域絕大部分溝段水文形態級別為“較差”以上，致使某些小流域因有極少部分“較差”或“極差”溝段的存在而未達到生態清潔小流域的標準，如昌平區的裕陵、門頭溝區的鰲魚溝、延慶縣的河口等小流域，其“較差”和“極差”溝段所占的比例不足2%。這說明此前的標準過嚴，將在很大程度上限制生態清潔小流域的數目，并對最終分類的結果產生較大影響，不能客觀地反映北京山區小流域的實際情況。為此，評價過程中我們將調查得到的溝段數據進行了如下處理：先對表4中各級別的溝段進行賦值，然后根據各溝段所占比例計算加權平均值T，并將其作為小流域溝道水文形態的評價依據。表3中即采用研究區溝道水文形態的平均值1.737作為標準限值。

表4 溝道水文形態分值計算表

(3) 將“流域出口斷面水質”和“淺層地下水水質”合并為“水質狀況”。由于調查數據有限，對無水質數據的小流域無法進行這兩方面的評價，這會對小流域生態清潔程度評價與分級造成困難，不利于小流域互相比較，因此此處將出口斷面水質數據和淺層地下水水質數據(水樣從大口井取得)進行合并，同時將限制標準定為“水質評價在Ⅲ類以上(含Ⅲ類)”，無水質數據的小流域暫定為滿足此項標準。

(4) “沿村溝道行洪能力”指標暫不考慮。在此前的評價體系中，按照洪水重現期來劃分生態清潔小流域標準，此次由于受調查數據資料的限制，暫不能做出評價，可對此問題進行專門研究，再將其作為評價指標，進一步完善評價體系。

(5) 在表1的評價體系中，共采用了11項指標對北京山區小流域生態清潔程度進行單因子評價，在確定分類標準時，未納入“土壤侵蝕強度”、“梯田完好率”和“綠化美化狀況”。土壤侵蝕強度指標通過土壤侵蝕面積比例有充分的反映，后兩項指標對小流域生態清潔程度影響相對較弱，相關專家和水土保持工作人員持有不同意見，故此次制定分類評價標準時不予考慮。

對研究區內的每一條小流域，將調查得到的數據和對應的指標分類標準進行逐一比較，篩選出能夠滿足所有8項標準的小流域，即劃分為生態清潔小流域，否則為非生態清潔小流域。

2.2 評價結果及分析

根據上述標準，對559條小流域的8項關鍵指標進行對比，得出其中的57條小流域均滿足各項指標的要求(圖1)。生態清潔小流域分布比較零散，在7個區縣均有分布，但各區縣生態清潔小流域在數量上有較大差別。延慶縣和懷柔區的生態清潔小流域數目最多，均為16條，延慶縣的生態清潔小流域主要集中在延慶縣北部，而懷柔區的生態清潔小流域則分布在區內不同的地方。門頭溝區、平谷區和房山區的生態清潔小流域均不足5條，數目最少。對各區縣生態清潔小流域的比例進行計算得出，延慶、昌平和懷柔境內生態清潔小流域比例最大，分別為19.5%、16.7%和14.5%，同時生態清潔小流域數目也處于前三位，生態清潔程度較好，而房山和門頭溝境內生態清潔小流域比例最低，均在5%以下，同時生態清潔小流域數目也較少，生態清潔程度較差。

為了深入分析非生態清潔小流域的“短板因素”，為小流域規劃和效益評價提供依據，評價過程中采用“打分”的方式來衡量小流域各項指標的達標情況：對每一項指標，如果該小流域滿足評價標準，則得1分，否則得0分，若小流域能滿足表2中的8項標準，則得8分，被評為生態清潔小流域；若得分不足8分，則說明該小流域在某方面尚未滿足標準，有待加強。

圖1 北京山區生態清潔小流域分布

從單項指標評價結果看，滿足生態清潔標準的小流域占絕大多數。在單項指標中，滿足要求的小流域數目最少的是“土壤侵蝕面積比例”指標，為285條，占被評價小流域總數的51.0%，滿足其他各項指標要求的小流域的數目均在300條以上，占被評價小流域總數的60%以上，而在綜合考慮各項因素之后滿足條件的僅有57條，占小流域總數的10.2%。這表明很多小流域存在著“短板因素”，雖然沒有被評價為生態清潔小流域，但并不意味著這些非生態清潔小流域的總體情況都很差，而僅是其中的一些項目沒有達到要求。

得分為7分，即僅有一項指標未滿足標準的小流域有159條，其中，土壤侵蝕面積比例不達標的有74條，占46.5%，成為這些小流域中制約其歸類為生態清潔小流域的首要因素，只要對這些小流域采取合理的水土保持措施，就能早日建成生態清潔小流域?；适┯脧姸群蜏系浪男螒B不達標的各有34條和31條，分別占21.4%和19.5%。

得分在6分及以上的小流域數目為402條，占小流域總數的71.9%，表明北京山區生態清潔程度總體情況良好。盡管目前僅57條小流域達到現有的標準，但559條小流域中的345條小流域只有1～2項指標不達標，只要對短板因素盡快采取針對性措施加強治理，即可在短期內達到生態清潔小流域的目標。

3 小流域生態清潔程度分級

開展小流域是否生態清潔的評價，可以綜合反映小流域的生態清潔程度，從現有的評價體系識別已達到各項評價標準的小流域，從而為進一步明確生態清潔小流域的內涵，推廣生態清潔小流域的建設經驗提供示范。北京山區有559條小流域，受財力、物力和人力的限制，不可能同時開展治理。只有明確小流域治理的方向以及緊迫性，才能分期分重點地解決問題，合理有序地推進全市生態清潔小流域建設。本研究以調查數據和資料為基礎，對小流域的各項指標和綜合情況進行排序，并依此將小流域劃分為不同的級別，開展北京山區小流域生態清潔程度的相對評價。

3.1 指標排序

對各項評價指標，根據實際調查得到的數據和資料，按照表5中的排序依據對11項指標從好到差進行排序，從而得到559條小流域各項指標的排序值，該排序值反映了小流域在各項考察內容中的相對生態清潔程度。在排序過程中，對同一指標，若不同小流域取值相同，則取這些相同值的平均排位作為排序值。

表5 評價指標排序依據

在得到小流域各單項評價指標的排序值之后，即可獲知該小流域該項指標在研究區的相對排名，由于排序過程中不涉及對指標評價標準的選擇，該排序值能較客觀地反映小流域在該項指標下的生態清潔相對狀況，明確小流域該項指標在研究區內的排名，獲知與排名靠前的小流域之間的差距，進而引起管理人員對薄弱部分的關注。

將該小流域所有11項指標的排序值相加得到的總分，作為小流域的綜合得分，并依此進行類似單項指標的綜合排序，綜合得分越小的小流域綜合排序越靠前。圖2即為本次研究中小流域的綜合排序的結果。排序靠前的小流域(1—100名)主要分布在懷柔區、密云縣以及延慶縣的松山自然保護區一帶，排名靠后的小流域(401—559名)則主要分布在平谷區、密云縣南部、門頭溝區和房山區。

圖2 山區小流域綜合排序分布

3.2 分級結果及分析

根據小流域綜合排序的分值即可對北京山區小流域進行分級。本次研究將559條小流域共劃分為10個不同的級別，且分級時對生態清潔小流域和非生態清潔小流域按照綜合得分分別進行排序，并以小流域綜合得分所處的不同區間各分為5級，即以生態清潔小流域總數的20%為級差，將57條生態清潔小流域分為“生態清潔1級”至“生態清潔5級”；同樣以非生態清潔小流域總數的20%為級差，將502條非生態清潔小流域劃分為“非生態清潔1級”至“非生態清潔5級”。在這10個級別中，生態清潔程度最高的為“生態清潔1級”，最低的為“非生態清潔5級”，且生態清潔小流域級別均高于非生態清潔小流域。

將分級結果按照區縣進行統計，在圖3生態清潔小流域分級結果中，延慶縣和懷柔區的生態清潔小流域數目均為16條，但懷柔區14條生態清潔小流域位于前3級，占該區生態清潔小流域的87.5%，而延慶縣位于前3級的生態清潔小流域僅占43.8%，狀況明顯不如懷柔區。門頭溝區和平谷區的生態清潔小流域均為4條，但進行分級比較可以發現，門頭溝區的生態清潔小流域均位于前3級，而平谷區的均位于后2級，生態清潔程度明顯劣于門頭溝區。

在圖4非生態清潔小流域分級中，懷柔區53條非生態清潔小流域位于前2級，占該區非生態清潔小流域數目的56.4%，而平谷區85.3%的非生態清潔小流域位于后2級，排名非?？亢螅鷳B清潔狀況不容樂觀。

圖3 各區縣生態清潔小流域分級

4 結論與建議

本研究以北京山區小流域生態清潔程度評價指標體系為基礎，根據調查獲取的數據和資料對生態清潔小流域進行了評價和分級。

圖4 各區縣非生態清潔小流域分級

(1)在進行小流域是否生態清潔的評價時，首先根據實際調研的數據確定用于評價的關鍵指標，并在對數據進行詳細分析的基礎上確定合理的評價標準；然后對小流域的每項指標進行逐項評分，根據小流域8項指標的得分情況，將小流域分為生態清潔小流域和非生態清潔小流域，同時揭示了不同小流域生態清潔建設中存在的“短板因素”，有利于快速識別小流域建設的薄弱部分，因地制宜地開展治理規劃和采取綜合治理措施。

(2)在分級時，首先對小流域的各項評價指標進行排序，得到其在各項指標下的排序值；然后將所有排序值相加得到的數值作為小流域的綜合得分，并依此將小流域劃分為10個生態清潔程度不同的級別，開展北京山區小流域生態清潔程度的相對評價。

(3)綜合小流域生態清潔程度的分級結果，可以有效識別小流域的生態清潔狀況，為治理規劃提供參考。如對于非生態清潔小流域中級別較高的小流域，這些小流域存在未達到要求的個別關鍵指標，但其他指標合格且整體情況良好，在治理中只需針對未達標指標及時采取治理和修復措施，就可建設成為生態清潔小流域。而非生態清潔小流域中級別較低的小流域，不僅存在未達到要求的關鍵指標，且大部分指標情況較差，需要對流域整體采取綜合性治理和修復措施，通過長期努力才能對生態清潔狀況予以改善[3]。

隨著研究和實踐的深入，對小流域進行生態清潔評價的指標和評價標準會變化，因而對小流域是否生態清潔的劃分需要重新界定。同時，隨著小流域治理工作的開展，其各項指標的相對排序值也會發生變化，最終影響小流域生態清潔程度的分級結果，需要對小流域進行長期跟蹤，不斷優化治理措施，提升北京市生態清潔小流域建設水平。

[參考文獻]

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