門頭溝小流域主溝道生態(tài)健康評價體系研究

范雪環(huán)，馮 陽，丁 聰，劉杰祥，許永利

(1.生態(tài)環(huán)境部 信息中心,北京 100029； 2.北京地拓科技發(fā)展有限公司,北京 100084)

河流健康是河流持續(xù)為人類提供服務的基礎。匯水級別較低的小流域主溝道是河流湖泊重要的水源地，小流域主溝道生態(tài)健康狀況直接影響著河流水庫的生態(tài)健康。北京山區(qū)小流域主溝道受地質地貌和經濟發(fā)展的影響，容易產生水土流失、洪水和泥石流災害[1]，并對旅游、養(yǎng)殖等溝域經濟造成水環(huán)境污染。現階段，河流健康評價研究較為成熟[2-4]，而對溝道生態(tài)健康狀況的研究卻鮮有人問津。

為了準確掌握小流域主溝道生態(tài)健康狀況，為下游水環(huán)境問題精準分析溯源[5]、河流水生態(tài)可持續(xù)恢復[6]和河流的長治久安提供科學依據，基于北京市第一次水利普查數據，以門頭溝小流域86條主溝道和1 298條溝段為研究對象，系統分析了小流域主溝道生態(tài)指標體系和評價體系的構建方法，并對主溝道和溝段的生態(tài)健康狀況進行了評價，旨在為門頭溝山區(qū)水污染治理、水生態(tài)修復、水資源保護“三水共治”提供全面精準數據服務。

1 研究方法

基于DEM數據提取門頭溝小流域主溝道86條，并且搜集了門頭溝水系、道路、村莊、泥石流、調查單元數據，將這些基礎數據準備好后導入到GPS中，利用GPS根據北京市第一次水務普查確定的20項指標開展外業(yè)普查工作。根據主溝道水文形態(tài)變化情況，將86條主溝道分成1 298段，基于國內外河流健康評價研究成果，結合門頭溝實際情況，選取15項指標構建門頭溝小流域主溝道生態(tài)健康評價指標體系；利用層次分析法，得到各項指標權重，再結合普查結果數據，得到各溝段生態(tài)健康評價結果，然后通過加權平均法，得到溝道生態(tài)健康評價結果，并通過空間數據處理分析，在GIS中對評價結果進行直觀展示。

2 指標體系

綜合考慮小流域主溝道人為干擾情況、自然生態(tài)狀況，選擇具有代表性、可操作性及整體性強的15個指標作為評價指標(表1)，這15項指標涵蓋了溝道的基本情況、水文形態(tài)情況、植被狀況[7]、岸邊帶土地利用特征及污染物等其他人為活動狀況，能夠全面反映溝道的生態(tài)健康狀況。

3 評價體系

3.1 評價方法

溝道人為干擾的情況受多個因素的影響，而門頭溝小流域主溝道水文形態(tài)普查數據又是定性數據，據此進行評價其結果存在不確定性，因此采用層次分析法進行評價[8]。該方法的原理是根據問題或決策所要達到的目標，將研究問題分成不同的指標層，根據各個指標間的影響關系和隸屬度進行分組，從而形成多層結構，并在此基礎上對目標問題進行定量和定性分析。

3.2 指標分類

主溝道分段標準是指標分類和確定指標權重的重要因素，門頭溝小流域主溝道分段根據其重要程度分為四級：第一級是水文形態(tài)發(fā)生改變，包括圈圍、束窄、橫向工程和河底狀況，以上任意指標發(fā)生改變，即分段；第二級是溝底植被狀況和岸邊帶狀況，如果第一級未發(fā)生改變，而第二級發(fā)生改變，即分段；第三級是溝道平面形態(tài)和溝寬，如果第二級未發(fā)生改變，而第三級發(fā)生改變，即分段； 第四級是污染及其他人類活動描述。上一級對溝道的人為影響大于下一級。

表1 主溝道生態(tài)健康評價指標和權重

根據分段標準，以及各指標對溝道人為干擾的影響程度，將溝道指標分成基本特征、水文形態(tài)特征、植被及岸邊帶土地利用特征、污染等其他人為干擾活動四類。

3.3 評價模型

(1)對評價系統進行層次分析，建立目標層、準則層和指標層。通過分析普查數據的特征，將門頭溝小流域主溝道生態(tài)健康評價體系目標層T分成4個準則層(Bi，i=1,2,3,4)，即

T=(B1，B2，B3，B4)

每個準則層Bi又包含若干指標，具體數量由準則層下的指標數決定，即

Bi=(Ci1，Ci2，……，Cim)

其中Cim是第i個準則層下第m個指標。

(2)確定各層次的權重。權重值包括準則層對目標層的權重WB和指標層對準則層的權重WC，即

WB=(WB1，WB2，WB3，WB4)

WC=(WC1，WC2，…，WCm)

由層次分析法，根據主溝道分段標準，確定各個指標對準則層的權重及準則層對目標層的權重，并滿足一致性檢驗。一致性檢驗是為了檢驗各元素重要度之間的協調性，避免出現A比B重要，B比C重要，而C又比A重要這樣的矛盾情況。

3.4 指標權重

判斷矩陣是根據專家打分法判斷下級層次各指標對上級相對應指標的重要性，指標重要性分為同樣重要、稍微重要、比較重要、十分重要、絕對重要五級。判斷矩陣是計算權重的關鍵步驟，直接影響最后的評價結果，本研究過程中判斷矩陣經過反復試驗，由多名普查員完成了判斷矩陣的專家打分，得到了比較科學合理的判斷矩陣，各指標權重見表1。

3.5 評價標準

參照北京市小流域主溝道水文形態(tài)分級標準，以原始的不受人為干擾的溝道為本底，將主溝道生態(tài)健康狀況分為極好狀況、良好狀況、一般狀況、較差狀況、極差狀況五級，具體見表2。

表2 主溝道生態(tài)健康評價分級標準

4 評價結果

4.1 溝段評價

門頭溝小流域1 298個溝段中，極差狀況溝段141段，較差狀況溝段291段，一般狀況溝段390段，良好狀況溝段470段，極好狀況溝段6段。下游溝段多有村莊分布，特別是永定河沿岸，污水、垃圾等干擾活動嚴重，溝段生態(tài)受人為破壞較大；部分溝段中有廢棄的煤礦，雖然采取生物措施等進行了治理，但由于缺乏管理，栽植的苗木大多數已死亡，治理效果不明顯。

4.2 溝道評價

門頭溝小流域主溝道生態(tài)健康評價空間分布狀況見圖1。

圖1 門頭溝小流域主溝道生態(tài)健康評價空間分布狀況

通過評價可知：門頭溝86條主溝道中，極差狀況溝道1條，較差狀況溝道14條，一般狀況溝道40條，良好狀況溝道31條；大部分主溝道在一般狀況以上，數量是71條，占82.6%；較差狀況以下溝道為15條，占17.4%，大多分布在東部；沒有極好狀況下的主溝道。

根據評價結果可知，目前門頭溝主溝道受人為干擾較大，越接近市區(qū)溝道受人為干擾越大，越遠離市區(qū)，居住的人口越少，小流域主溝道受人為干擾也越小。