李浩宇,段炳志,徐鵬,董小花,孟令超,謝清華,顏宏亮

1.綏化學(xué)院農(nóng)業(yè)與水利工程學(xué)院,黑龍江綏化152061

2.山東省膠東調(diào)水管理局東營分局,山東東營257000

3.淮委邳州河道管理局,江蘇徐州221000

4.濱州市小清河管理局,山東濱州256600

5.天津大學(xué)里仁學(xué)院,天津300000

6.棗莊市水利勘測設(shè)計院,山東棗莊277100

7.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院,山東泰安271018

泰山黃前流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價

李浩宇1,段炳志2,徐鵬3,董小花4,孟令超5,謝清華6,顏宏亮7*

1.綏化學(xué)院農(nóng)業(yè)與水利工程學(xué)院,黑龍江綏化152061

2.山東省膠東調(diào)水管理局東營分局,山東東營257000

3.淮委邳州河道管理局,江蘇徐州221000

4.濱州市小清河管理局,山東濱州256600

5.天津大學(xué)里仁學(xué)院,天津300000

6.棗莊市水利勘測設(shè)計院,山東棗莊277100

7.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院,山東泰安271018

本文以泰山黃前流域為研究對象，從水環(huán)境及其服務(wù)功能、生物、生境和人類活動影響四個方面，含有29個具體指標(biāo)構(gòu)建了流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系，確定具體指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)，使用健康標(biāo)準(zhǔn)來衡量指標(biāo)，并利用序關(guān)系分析法確定指標(biāo)權(quán)重，最后采用綜合健康指數(shù)來整體評價了黃前流域的健康狀況，經(jīng)過計算得到黃前流域的綜合健康指數(shù)為4.8932，健康狀況為臨界狀態(tài)，并對結(jié)果進(jìn)行分析與討論，提出相應(yīng)的措施與建議。

泰山黃前流域；生態(tài)系統(tǒng)健康；指標(biāo)體系；評價

Huangqian watershedinMount

泰山黃前流域地處東經(jīng)117°4′～117°22′與北緯36°16′～36°28′之間，屬于黃河流域。流域內(nèi)具有一座中型水庫，總庫容為8.25×108m3。流域內(nèi)多年平均降水量為783 mm，河流多年平均徑流深為254 mm，多年平均徑流量5.5×108m3。黃前流域總面積為292.2 km2，流域內(nèi)森林覆蓋率40～50%，90%～95%植被情況良好，水土流失較輕，多年平均輸砂模數(shù)300～500 t/km2，流域內(nèi)土壤侵蝕達(dá)到中度侵蝕的面積為93.01 km2，占流域總面積的31.83%。流域內(nèi)有泰安市轄的四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、三個國營林場。總共86個行政村，人口密度為260人/km2，人均年純收入5100元。

1 研究方法

1.1 流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

流域生態(tài)系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性，它不僅包括生境與生物兩個方面，更多的是要受到人類的干擾，這使生態(tài)健康評價的工作同樣呈現(xiàn)著復(fù)雜性。根據(jù)流域生態(tài)系統(tǒng)的特點，在建立評價體系時要遵循以下幾個原則：即單目標(biāo)與多目標(biāo)相結(jié)合的原則，定性分析和定量分析相結(jié)合的原則，模糊性和精確性相結(jié)合的原則，權(quán)威決策和專家群決策相結(jié)合的原則，現(xiàn)狀分析和預(yù)測研究相結(jié)合的原則[1]。根據(jù)以上原則，評價指標(biāo)體系從以下四個方面建立：即流域的水環(huán)境及其服務(wù)功能方面（W），流域生物方面（B），流域生境方面（H）和人類活動對流域產(chǎn)生的影響方面（M）這4大類型的一級指標(biāo)，并細(xì)化為29項二級指標(biāo)[2-5]。其中H為：植被覆蓋率(%)、濕地保留率(%)、河岸穩(wěn)定性(%)、河床穩(wěn)定性、土壤侵蝕模數(shù)(t/(km2·a))、水土流失面積率(%)、河流蜿蜒性。B為：水生生物多樣性指數(shù)、水生動物完整性指數(shù)、生物量變化率(%)、陸生生物多樣性指數(shù)、斑塊密度、外來物種威脅程度。W為：生態(tài)需水滿足率(%)、水質(zhì)安全、水景觀舒適度、水域面積率(%)、水資源開發(fā)利用率(%)、河流年徑流深(mm)、防洪安全。M為：污水處理率(%)、農(nóng)藥施用強度(kg/hm2)、化肥施用強度(kg/hm2)、政策法規(guī)執(zhí)行力度、平均受教育年限(年)、人口密度(人/km2)、恩格爾系數(shù)(%)、人口健康狀況(歲)、人均年純收入(元)。

1.2 評價標(biāo)準(zhǔn)的建立

評價指標(biāo)確定后，采用健康標(biāo)準(zhǔn)來度量指標(biāo)屬于何種健康狀況，把這一標(biāo)準(zhǔn)分為5個級別，依次為“很好、較好、臨界、疾病和惡疾”，分別對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值為8～10、6～8、4～6、2～4和0～2。指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)的確定所采用的方法為：（1）依據(jù)國家以及地方的標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范；（2）參考國內(nèi)外相關(guān)的研究成果；（3）依據(jù)歷史背景資料來確定；（4）專家咨詢判斷法，根據(jù)專家的經(jīng)驗確定指標(biāo)分級的標(biāo)準(zhǔn)。表1為指標(biāo)健康標(biāo)準(zhǔn)分級表。

表1 指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The grade of indicators

1.3 指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于每個指標(biāo)的量綱是不統(tǒng)一的，所以在評價其健康狀況時，指標(biāo)之間難以作出準(zhǔn)確的比較，并且在后期也難以統(tǒng)一計算，所以要將指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的處理，具體處理的主要思路為：

假定xi為指標(biāo)ai的量化值，并且處于第j級的標(biāo)準(zhǔn)里，則先計算出xi對于第j級標(biāo)準(zhǔn)兩端標(biāo)準(zhǔn)值a～b的隸屬度k，公式為：

由計算得到的隸屬度ka或kb，經(jīng)過相反的計算過程，可計算出指標(biāo)ai在第j級的標(biāo)準(zhǔn)里a～b上的健康標(biāo)準(zhǔn)值Ei，指標(biāo)的健康標(biāo)準(zhǔn)值計算結(jié)果見表4。

1.4 指標(biāo)權(quán)重的確定

本文將采用一種計算方便快捷并且能夠準(zhǔn)確確定指標(biāo)權(quán)重的方法—序關(guān)系分析法應(yīng)用于流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價[6,7]，運用該方法在進(jìn)行權(quán)重確定的主要思路如下：

1.4.1 排定序關(guān)系如果ai相對于它上層準(zhǔn)則a的重要程度大于同層的aj時，則記為aifaj。假定同層指標(biāo)a1,a2,?,an相對于其上層準(zhǔn)則a具有如下關(guān)系

時，稱指標(biāo)a1,a2,...,an之間按“f”確立了一定的序關(guān)系。可以用表示按一定序關(guān)系“f”排定順序后的第i個指標(biāo)(i=1,2,...,n )。

使指標(biāo)集{a1,a2,...,an}按照下列步驟建立序關(guān)系:

(l)專家在指標(biāo)集{a1,a2,...,an}中，選出某一個指標(biāo)（唯一）認(rèn)為其對于其上層準(zhǔn)則是最重要的，記為;

(2)專家在剩余的n-1個指標(biāo)中，選出某一個指標(biāo)（唯一）認(rèn)為其對于其上層準(zhǔn)則是最重要的，記為;

…………

(m)專家在剩余的n-(m-1)個指標(biāo)中，選出某一個指標(biāo)（唯一）認(rèn)為其對于其上層準(zhǔn)則是最重要的，記為；

…………

如此，就確定了序關(guān)系(3)式。接下來的工作就是確定每個指標(biāo)對于其上層準(zhǔn)則的權(quán)重系數(shù)。

1.4.2 確定am-1與am之間相對于上層準(zhǔn)則的重要性比較假定專家對于指標(biāo)am-1與am的重要性之比的判定為

對于比值rm的賦值參見表2。

表2 rm賦值表Table 2 Assignment value ofrm

1.4.3 指標(biāo)權(quán)重的計算若專家給出rm的賦值滿足下關(guān)系式

根據(jù)公式就可算得wn(n=1,2,3,...)的權(quán)重。指標(biāo)的權(quán)重計算結(jié)果見表4。

1.5 評價結(jié)果的確定

本文使用健康指數(shù)來從整體上評價流域生態(tài)健康狀況，健康指數(shù)的分級與描述見表3。通過序關(guān)系分析法確定29項指標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)各指標(biāo)健康標(biāo)準(zhǔn)值及權(quán)重，確定流域健康指數(shù)。計算公式為：

式中：E——流域生態(tài)健康指數(shù)；

wi——第i項指標(biāo)的權(quán)重值；

Ei——第i項指標(biāo)的健康標(biāo)準(zhǔn)值。

表3 流域綜合健康指數(shù)分級表Table 3 The classification of the comprehensive health index

流域生態(tài)系統(tǒng)綜合健康指數(shù)的計算結(jié)果見表4。

2 結(jié)果分析與建議

根據(jù)指標(biāo)的量化，經(jīng)過相應(yīng)計算，確定了每個指標(biāo)所對應(yīng)的健康標(biāo)準(zhǔn)，計算得出黃前流域的綜合健康指數(shù)為4.8932，健康狀況處于臨界狀態(tài)，為更好的進(jìn)行流域生態(tài)的保護(hù)與規(guī)劃、水資源的合理開發(fā)與利用和人類社會的可持續(xù)發(fā)展，針對評價結(jié)果進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的建議。

2.1 結(jié)果分析

（1）黃前流域內(nèi)，生境指標(biāo)處于惡疾的健康范圍內(nèi)的指標(biāo)只有濕地保留率，流域內(nèi)天然濕地較少，大部分為河流形成，但黃前流域處于黃河下游區(qū)域，所以水量自然較少，流域內(nèi)人工濕地比較大型的也就是水庫，所以總體來講，流域內(nèi)濕地面積很小；處于臨界范圍內(nèi)有水土流失面積率和河流蜿蜒性，雖然流域內(nèi)水土流失并不嚴(yán)重，但也不可掉以輕心，如果不注重保持水土，在未來一段時間內(nèi)可能會加重水土流失；河流的蜿蜒程度會受到人為因素的干擾，由于流域內(nèi)有水庫大壩等水利工程對河流的蜿蜒性有一定的影響。

（2）從生物指標(biāo)來看，水生生物多樣性處于疾病的狀態(tài)，這可能與水體污染有著直接的關(guān)系，而陸生生物多樣性隨處于臨界狀態(tài)，但好于水生生物的狀況，更能說明流域的水污染狀況是不容樂觀的，對于外來物種的影響幾乎是沒有，所以處于良好的狀態(tài)。

表4 黃前流域綜合健康指數(shù)計算表Table 4 The computation of comprehensive healthy index of Huangqian river basin

（3）從水環(huán)境及其服務(wù)功能指標(biāo)來看，生態(tài)需水滿足率與水域面積率呈現(xiàn)惡疾的狀態(tài)，從我國華東華北地區(qū)缺水的角度來看，生態(tài)需水滿足程度較低不足為奇，山東地區(qū)人口較多，生活生產(chǎn)用水量大，擠占生態(tài)用水的程度自然較大，而水域面積較小也是北方地區(qū)缺水的體現(xiàn)；水資源開發(fā)利用率也呈現(xiàn)著惡疾的狀態(tài)，說明人類對水資源的不合理的開發(fā)利用正處于嚴(yán)重的形勢，對水資源的浪費也是愈加嚴(yán)重。

（4）從人類活動影響指標(biāo)來看，污水處理率處于惡疾的狀態(tài)，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計與實地調(diào)查，黃前流域人們的日常生活中，仍廣泛使用著含磷洗滌劑，再加上流域內(nèi)各類賓館、飯店以及大量游客產(chǎn)生的生活垃圾、廢水，污染量相當(dāng)巨大。所產(chǎn)生的垃圾、污水、廢渣大都沒有進(jìn)行歸類、收集與無害化處理，直接傾倒、丟棄于村頭片尾、河道兩旁，汛期隨洪水沖入水庫，對水體是直接、嚴(yán)重的污染；流域內(nèi)居民多數(shù)為農(nóng)村人口，農(nóng)村受教育問題也是比較嚴(yán)峻，大部分人都未完成九年義務(wù)教育，這部分人多為老年人與中年人，部分青壯年許多初中學(xué)業(yè)還未完成就外出打工。

2.2 建議

（1）濕地具有涵養(yǎng)水源、維持生態(tài)平衡、保持生物多樣性和局部氣候的調(diào)節(jié)等作用，對流域的生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義，黃前流域內(nèi)天然濕地較少，主要體現(xiàn)在河流上，而人工濕地也主要體現(xiàn)在水庫上，客觀來說濕地面積較少，也并沒有從保護(hù)流域水生態(tài)環(huán)境的角度上刻意去保護(hù)自然濕地和建立人工濕地，所以在今后的發(fā)展規(guī)劃上可以將濕地考慮在內(nèi)，在水利與生態(tài)的投資上加大這一塊的力度，建立人工濕地不僅可以保護(hù)生態(tài)，同樣可以作為流域內(nèi)的水景觀。對于河道的整治工程，盡量不要使用裁彎取直、堤防護(hù)砌等方式，在保證防洪安全的前提下，盡可能的保持河流的自然形態(tài)，具有重要意義。

（2）盡快建立權(quán)威高效的水資源與水環(huán)境的管理保護(hù)體制，水資源與水環(huán)境的管理保護(hù)涉及面廣、牽扯各方面的利益，必須發(fā)揮政府行政、企業(yè)團(tuán)體和人民群眾的作用，從法律政策、經(jīng)濟(jì)投資、工程建設(shè)、宣傳教育等各個方面采取措施和對策，方可取得實效。積極推進(jìn)生活垃圾向無害化、減量化、資源化發(fā)展，加快調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，禁止發(fā)展高污染的工業(yè)企業(yè)，有序發(fā)展低污染工業(yè)企業(yè)，積極發(fā)展生態(tài)旅游等第三產(chǎn)業(yè)。

（3）積極調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，大力推廣適用的生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，努力提高農(nóng)產(chǎn)品科技含量和附加值；適度發(fā)展林果業(yè)，積極發(fā)展生態(tài)林、水源涵養(yǎng)林。加快改變農(nóng)民群眾的不良生產(chǎn)生活習(xí)慣，控制化肥的施用量，增施農(nóng)家肥；推廣使用生物農(nóng)藥、植物農(nóng)藥，高效、低毒和低殘留化學(xué)農(nóng)藥；使用節(jié)水灌溉的技術(shù)，減少擠占生態(tài)用水的情況，減少化肥、農(nóng)藥向水體的流失。加快實施生態(tài)水利工程建設(shè)，推進(jìn)水源地水土流失綜合治理，以小流域為單元，采取坡面治理、溝道治理、生態(tài)修復(fù)等措施，加強水源保護(hù)，積極向流域的居民宣傳生態(tài)水利的理念。

（4）要盡快改變教育落后的狀況，必須從制度的層面給以必要的傾向，當(dāng)?shù)卣诓粩嘣黾咏逃度氲耐瑫r，要根據(jù)公共教育財政體制的要求，調(diào)整教育支出結(jié)構(gòu)，加大對農(nóng)村教育的投入力度，建立規(guī)范的財政轉(zhuǎn)移支付制度、公平的公立學(xué)校資源分配制度和貧困生助學(xué)制度，堅持對貧困地區(qū)、薄弱學(xué)校和困難群體進(jìn)行傾斜。

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The Health Assessment on Ecosystem of Huangqian Reservoir in Mountain Tai

LI Hao-yu1,DUAN Bing-zhi2,XU Peng3,DONG Xiao-hua4,MENG Ling-chao5, XIE Qing-hua6,YAN hong-liang7*
1.College of Agriculture and Water Engineering/Suihua University,Suihua 152061,China
2.Dongying Branch/Water Scheduling Administration of Jiaodong Shandong Province,Dongying 257000,China
3.Huaiwei River Administration of Pizhou City,Xuzhou 221000,China
4.Administration Bureau of Xiaoqinghe in Binzhou City,Binzhou 256600,China
5.Liren College/Tianjin University,Tianjin 300000,China
6.Institute of Water Survey Design in Zaozhuang,Zaozhuang 277100,China
7.College of Water Civil Engineering,Tai’an 271018,China

This paper took Huangqian watershedinMount Tai as an object of study,from four aspects including the water environment and its service function,biology,habitat and human activities,containing 29 specific indexes to construct the health evaluation index system of ecosystem and determined the classification standard of them,then measured them by health standard and determined the index weight by rank correlation analysis,finally,used ecological comprehensive health index to evaluate the comprehensive evaluation of the health status of Huangqian watershed,which was 4.8932 as a result,it was in a critical state,and through the analysis and discussion,we can propose corresponding measures and suggestions.

Tai;ecosystem health;index system;evaluation

X826

A

1000-2324(2016)06-0846-06

2015-12-11

2016-02-25

綏化學(xué)院科學(xué)技術(shù)研究重點項目(K1401008)

李浩宇(1987-),男,碩士研究生,從事水利水電工程專業(yè)的教學(xué)與研究工作.E-mail:lihaoyu000111@163.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:ss-yhl@163.com