商書芹 相華 曹龍智 劉鵬 孟云飛 李慶南 殷旭旺

摘?要：通過濟南流域水生態(tài)調查，對濟南全流域進行水功能分區(qū)，在此基礎上利用層次分析熵值法分配水功能區(qū)權重，對濟南流域水生態(tài)健康狀況進行評價。評價結果顯示，位于濟南南部山區(qū)森林水源水生態(tài)亞區(qū)水生態(tài)狀況優(yōu)良;濟南中心泉區(qū)水生態(tài)狀況優(yōu)良;位于東部平原農業(yè)生態(tài)亞區(qū)和南部丘陵-平原農業(yè)水生態(tài)亞區(qū)，主要受農業(yè)面源污染影響，水生態(tài)狀況較差。

關鍵詞：濟南流域;水生態(tài)健康評價; 水功能分區(qū);層次分析熵值法

本文研究的水生態(tài)健康評價指標體系，利用水生生物狀況、水環(huán)境狀況、棲息地狀況作為評價的核心指標[1];而且在進行水生態(tài)健康評價之前，首先需要對流域進行水生態(tài)功能分區(qū)，水生態(tài)功能分區(qū)是開展河流健康評的基礎[2]，在水生態(tài)功能區(qū)的基礎上去研究水域生態(tài)健康狀況，更有利于保護、管理和開發(fā)不同的水生態(tài)功能區(qū);通過對濟南全流域進行分區(qū)，利用層次分析熵值法，可以明確不同水生態(tài)區(qū)的水生生物狀況、水環(huán)境狀況、棲息地狀況的分配權重，從而能夠更加客觀、科學的對流域內各水生態(tài)區(qū)域進行水生態(tài)健康評價。

1?研究區(qū)域概況

1.1?調查區(qū)域和調查項目

山東省濟南市，以“泉城”著稱，位于中國東部，四季分明，景色宜人;其中具有特點的水體類型包括湖泊、水庫、泉水、濕地、河流、城市水控閘壩等，水生態(tài)系統(tǒng)類型多樣化，而且特殊的地貌類型不僅給濟南人民帶來了適宜的居住條件，而且推動濟南旅游業(yè)、輕工業(yè)的發(fā)展，濟南市水域生態(tài)建設不僅僅是生態(tài)環(huán)境的建設，更是濟南市社會發(fā)展的重中之重，也是廣大市民，乃至全國人民關注的焦點。根據建設水生態(tài)監(jiān)測體系的需要，濟南流域分別設定 51 個具有代表性的站位（圖1），在2014年5月份進行了全流域的采樣調查，現(xiàn)場記錄采樣站位經緯度、海拔高度，各采樣站位的環(huán)境因子：指標水溫（Temp）、pH、電導率（Cond）、鹽度（Salinity）、溶解氧（DO）和濁度（SS），用水質分析儀（YSI 85）現(xiàn)場測定;流速（Velo）和水深（Depth）用流速儀（FP-111）現(xiàn)場測定;在各樣點采集2 L兩個平行水樣，水樣置于低溫保溫箱中，水樣保證在48 h內帶回實驗室，根據國標監(jiān)測標準（國家環(huán)境保護總局，2002）[3]在實驗室進行測定，測定的水化學指標有：總磷、總氮、高錳酸鉀鹽指、COD、BOD5以及汞、鋅、銅等金屬離子。

1.2?分析方法

1.2.1?水生生物指標體系?水生態(tài)健康評價體系水生生物指標體系主要綜合浮游動、植物健康指數、大型底棲動物健康指數（B-IBI）、魚類健康指數（F-IBI）構建而成，首先對水生生物物種進行鑒定，分析、整理數據，計算各生物類群生物健康指數，再對四個生物類群的健康指數進行相關性分析（表1）;結果顯示，浮游植物與浮游動物類群之間具有相關性，底棲動物與魚類類群之間具有相關性;而從相關性r值來看，四個生物類群之間并無相關性;再把各生物類群的健康指數除以其95%分位數，之后再進行相加求平均數，擴大一百倍后構建水生生物評價指標體系。

1.2.2?水環(huán)境指標體系?對濟南流域理化指標進行PCA分析，結果表明，濁度在濟南流域水化指標中響應最為明顯，并與其它環(huán)境因子呈現(xiàn)出負響應的關系，根據相關性擬合，對所監(jiān)測的水化指標進行篩選（r>0.5），篩選出該流域主要的理化因子為電導率、濁度、氯離子、硫酸鹽、碳酸氫跟、堿度、硬度、氟化物（圖2），他們的貢獻率超過90%。依據主成分分析的結果，對以上8個環(huán)境理化因子進行偏相關分析（表1），通過相關性分析可以發(fā)現(xiàn)于PCA結果相吻合，濁度與其它理化因子篇相關性最低;而其它七個理化因子相關性較高（r>0.5），經過主成分分析和偏相關分析最終篩選得到濁度和電導率作為構建濟南水環(huán)境指標體系。通過對篩選得到的指標濁度、電導率標準化和加權處理后，最終得到水體水化因子的完整性指標體系，進而用于生態(tài)健康評價。

1.2.3?棲息地指標體系?參照河流快速生物監(jiān)測使用的棲息地評價指標（Barbour，1999），根據水環(huán)境水文水資源狀況、水質狀況、人為干擾程度、河道破壞程度等評價棲息地質量，并結合濟南流域河流系統(tǒng)的獨有生態(tài)環(huán)境特征，最終我們選擇出十個棲息地生境指標作為構建濟南流域的生境棲息地指標體系，然后經過對實地深入的生態(tài)采樣調查，最終確定濟南棲息地指標值。

1.2.4?濟南水生態(tài)功能分區(qū)?水生態(tài)功能區(qū)作為一個全新的生態(tài)學的概念被提出，很快被廣大生態(tài)保護工作廣泛運用;基于水生態(tài)功能區(qū)的生態(tài)健康評價更能反映出生態(tài)環(huán)境的具體狀況，針對不同生態(tài)功能區(qū)的不同生態(tài)狀況，采用相應的生態(tài)健康評價方法對水域生態(tài)環(huán)境進行健康評價，并針對不同水生態(tài)功能區(qū)不同的環(huán)境狀況實施科學的、合理的生態(tài)修護、保護和管理策略，這樣能更好的保護和開發(fā)水生態(tài)資源。

根據濟南市水生態(tài)分布區(qū)域以及各區(qū)域水生態(tài)服務功能，結合土地利用類型、人口密度、人為干擾程度、生境質量、水生生物群落結構及其分布特征，采用“自上而下”的區(qū)劃方法，并參考濟南市縣區(qū)的行政劃區(qū)域，劃分得到濟南市水域生態(tài)功能分區(qū)（圖3）。

1.2.5?層次分析熵值法確定各水功能分區(qū)權重?濟南流域各水生態(tài)分區(qū)確定權重采用的是層次分析熵值法，首先通過層次分析法對濟南八個水生態(tài)分區(qū)的水生物狀況、水環(huán)境狀況、棲息地狀況進行權重分配，再利用熵值法，對濟南流域水生物狀況、水環(huán)境狀況、棲息地狀況進行計算，在層次分析法計算結果上，利用熵值結果進行修正，最終確定各分區(qū)權重分配情況（圖4）。

2?結果與分析

從濟南市林地及人口密度分布狀況（圖5）可以看出，濟南林區(qū)主要集中在濟南南部山區(qū)，人口密度主要集中在濟南中部區(qū)域。結合水生態(tài)實地采樣數據，把林地和人口密度與水生態(tài)因子進行相關分析，相關分析結果如表2所示。

根據土地利用類型因子和人口密度與水生態(tài)因子的相關性分析可知（表2），林地與底棲動物多樣性指數、化學完整性指數存在顯著相關性，而林地與浮游動物密度呈現(xiàn)出極顯著的相關性，可見土地利用類型對底棲動物群落結構及其分布狀況影響較大;人口密度與魚類多樣性指數、浮游植物多樣性指數顯著相關，而人口密度與底棲動物密度、化學完整性指數存在極顯著的相關性，表明人口密度對水生生物的影響較大，對水體化學指標的影響也是極其顯著的，人類生活嚴重影響河流生態(tài)環(huán)境;有相關性分析可知，林地和人口密度兩個因子對河流生態(tài)驅動影響較大，可作為評價濟南市水生態(tài)健康評價的指標體系。

從濟南各區(qū)各分區(qū)指標權重分配結果來看（表3），中部平原社會承載水生態(tài)亞區(qū)棲息地指標權重分配較高，南部丘陵-平原農業(yè)水生態(tài)亞區(qū)水環(huán)境指標權重分配較高，南部山區(qū)森林水源水生態(tài)亞區(qū)水生生物分配權重較高。

濟南市水生態(tài)區(qū)分成8個水生態(tài)功能區(qū)（圖6），包括濟南北部農業(yè)平原區(qū)（I-1）、濟南北部社會承載平原區(qū)（I-2）、濟南東部農業(yè)平原區(qū)（Ⅱ-1）、濟南東部丘陵水源森林區(qū)（Ⅱ-2）、濟南中部社會承載平原區(qū)（Ⅱ-3）、南部濕地平原區(qū)（Ⅲ-1）、南部山地水源森林區(qū)（Ⅲ-2）、南部農業(yè)平原區(qū)（Ⅲ-3），根據濟南市水生態(tài)功能分區(qū)和水生態(tài)健康評價狀況可知，濟南北部農業(yè)平原區(qū)，屬于黃河沖積平原，包括商河縣和濟陽縣東北部，地勢開闊平坦，土地肥沃，適合農作物生長，土地多以耕地為主，主要以農業(yè)生產為主，農業(yè)生產改變生態(tài)環(huán)境自然狀況，水土流失嚴重，堤岸穩(wěn)定性較低，河流底質類型多以淤泥、雜物為主，水質富營養(yǎng)化嚴重;濟南北部社會承載平原區(qū)，該區(qū)域主要為人類生活區(qū)域，人口密度大，土地多以耕地和建設用地為主，人為干擾程度較大，對水生態(tài)健康影響嚴重;濟南東部農業(yè)平原區(qū)，主要包括濟陽縣，主要以農業(yè)生產為主;濟南東部丘陵水源森林區(qū)，主要包括章丘市南部，土地利用多為山地森林，人類活動干擾程度較小，自然地貌類型保護較好，為小清河的源頭所在地，生態(tài)健康水平較高;濟南中部平原社會承載區(qū)，為濟南市主城區(qū)，人口密度較大，工業(yè)、服務業(yè)等第三產業(yè)發(fā)展較為集中，人為干擾程度較大，土地利用類型多為城市建設用地，對水生態(tài)健康影響較大，生態(tài)環(huán)境破壞嚴重，生物多樣性喪失;濟南南部濕地平原區(qū)，位于黃河沿岸帶，包括長清區(qū)和平陰縣，屬于平原耕地區(qū)域，經濟魚類黃河鯉魚盛產于此，水生態(tài)健康一般;濟南南部山地水源森林區(qū)，海拔較高，植被覆蓋率較高，是濟南市水生態(tài)保護較好的區(qū)域，用于濟南市水源地，對于濟南市的發(fā)展具有舉足輕重的作用;濟南南部農業(yè)平原區(qū)，包括平陰縣南部和東部區(qū)域，土地利用多為耕地類型，人為活動較大，人為干擾程度較高，水生態(tài)健康狀況一般。從濟南水生態(tài)綜合健康評價結果來看，全區(qū)域主要表現(xiàn)出兩大特征，位于濟南東部和南部山區(qū)森林水源水生態(tài)區(qū)，生態(tài)環(huán)境保護較好，水生生物多樣性較高、水生態(tài)健康狀況優(yōu)良;濟南北部、東部和南部農業(yè)平原區(qū)，由于農業(yè)生產和人類活動，對生態(tài)環(huán)境的影響較大，水生態(tài)健康狀況一般;濟南市主城區(qū)，人口相對比較集中，工業(yè)和服務業(yè)發(fā)展水平較高，對環(huán)境的破壞程度較大，而延伸擴展到濟南中心泉區(qū)，水生態(tài)狀況優(yōu)良;東部平原農業(yè)生態(tài)亞區(qū)和南部丘陵-平原農業(yè)水生態(tài)亞區(qū)，主要受農業(yè)面源污染影響，水生態(tài)狀況較差。

3?討論

近年來，國內外對河流生態(tài)健康的評價越來越多，但是仍停留在以整個區(qū)域進行評價[4-6]，這種評價方法不能很好地說明整個流域具體某一塊的問題，為后期生態(tài)環(huán)境的治理和保護帶來諸多不便，而針對不同的行政區(qū)域、水生態(tài)區(qū)、水生態(tài)功能服務區(qū)的評價還處于起步階段[7-8]，深入研究不同分區(qū)水生態(tài)健康評價體系，能更好的提高水生態(tài)對人類社會的服務功能以及科學的制定水域生態(tài)環(huán)境的保護和管理制度。

根據濟南流域水生態(tài)健康評價結果，建議有關部門加強對濟南區(qū)域點源和面源污染的防治。對于農業(yè)生產區(qū)塊所涉及生態(tài)區(qū)，加大對污染源的治理，嚴格控制耕地面積，加強河流堤岸穩(wěn)定性的加強、合理使用氮、磷等肥料，同時農業(yè)部門應對該區(qū)域土壤、水質建立長期多頻率的監(jiān)測機制;在大型工業(yè)區(qū)塊涉及生態(tài)區(qū)，制定嚴格的工業(yè)廢水排放標準，并建立單獨的工業(yè)廢水水處理系統(tǒng)，待其達標后才能排入自然水環(huán)境;對于人類生活區(qū)域所涉及的生態(tài)區(qū)，組織開展保護環(huán)境的宣講會，提高人們對環(huán)境保護的意識，并在生活區(qū)建立同意的生活污水處理系統(tǒng)，并加強物業(yè)部門對生活垃圾的處理機制;對于水生態(tài)評價健康區(qū)塊涉及生態(tài)區(qū)，同樣不能放松警惕，要聯(lián)合各個部門制定長效保護機制，加大水環(huán)境保護宣傳，定期開展水生生物多樣性展示，加強水生態(tài)基礎理論培訓，提高公眾對水生態(tài)的保護意識，樹立科學生態(tài)發(fā)展觀，積極創(chuàng)建濟南海綿城市。

參考文獻：

[1] 顧曉昀，徐宗學，劉麟菲，等.北京北運河河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J].環(huán)境科學，2018，39（06）：2576-2587.

[2] 張楠，張遠，孔維靜，等.太子河流域水生態(tài)功能Ⅱ級區(qū)的劃分[J].環(huán)境科學研究，2013，26（5）：472-479.

[3] 國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方：第4版[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，2002。

[4] 劉麟菲，徐宗學，殷旭旺，等.應用硅藻指數評價渭河流域水生態(tài)健康狀況[J].北京師范大學學報（自然科學版），2016，52（03）：317-321.

[5] 徐宗學，武瑋，殷旭旺.渭河流域水生態(tài)系統(tǒng)群落結構特征及其健康評價[J].水利水電科技進展，2016，36（01）：23-30.

[6] 胡志新，胡維平，谷孝鴻，等.太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J].湖泊科學，2005（03）：256-262.

[7] 胡志新，胡維平，陳永根，等.太湖不同湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法研究[J].農村生態(tài)環(huán)境，2005（04）：28-32.

[8] 呂純劍. 基于遼寧省遼河流域水生態(tài)功能三級分區(qū)的河流健康評價[D].遼寧大學，2013.