范雪環(huán)，馮 陽(yáng)，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(wù)的基礎(chǔ)。匯水級(jí)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(kù)的生態(tài)健康。北京山區(qū)小流域主溝道受地質(zhì)地貌和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，容易產(chǎn)生水土流失、洪水和泥石流災(zāi)害[1]，并對(duì)旅游、養(yǎng)殖等溝域經(jīng)濟(jì)造成水環(huán)境污染?，F(xiàn)階段，河流健康評(píng)價(jià)研究較為成熟[2-4]，而對(duì)溝道生態(tài)健康狀況的研究卻鮮有人問津。

為了準(zhǔn)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(zhǔn)分析溯源[5]、河流水生態(tài)可持續(xù)恢復(fù)[6]和河流的長(zhǎng)治久安提供科學(xué)依據(jù)，基于北京市第一次水利普查數(shù)據(jù)，以門頭溝小流域86條主溝道和1 298條溝段為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析了小流域主溝道生態(tài)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建方法，并對(duì)主溝道和溝段的生態(tài)健康狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，旨在為門頭溝山區(qū)水污染治理、水生態(tài)修復(fù)、水資源保護(hù)“三水共治”提供全面精準(zhǔn)數(shù)據(jù)服務(wù)。

1 研究方法

基于DEM數(shù)據(jù)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(diào)查單元數(shù)據(jù)，將這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后導(dǎo)入到GPS中，利用GPS根據(jù)北京市第一次水務(wù)普查確定的20項(xiàng)指標(biāo)開展外業(yè)普查工作。根據(jù)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(guó)內(nèi)外河流健康評(píng)價(jià)研究成果，結(jié)合門頭溝實(shí)際情況，選取15項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建門頭溝小流域主溝道生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；利用層次分析法，得到各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，再結(jié)合普查結(jié)果數(shù)據(jù)，得到各溝段生態(tài)健康評(píng)價(jià)結(jié)果，然后通過加權(quán)平均法，得到溝道生態(tài)健康評(píng)價(jià)結(jié)果，并通過空間數(shù)據(jù)處理分析，在GIS中對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行直觀展示。

2 指標(biāo)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(qiáng)的15個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)(表1)，這15項(xiàng)指標(biāo)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(dòng)狀況，能夠全面反映溝道的生態(tài)健康狀況。

3 評(píng)價(jià)體系

3.1 評(píng)價(jià)方法

溝道人為干擾的情況受多個(gè)因素的影響，而門頭溝小流域主溝道水文形態(tài)普查數(shù)據(jù)又是定性數(shù)據(jù)，據(jù)此進(jìn)行評(píng)價(jià)其結(jié)果存在不確定性，因此采用層次分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)[8]。該方法的原理是根據(jù)問題或決策所要達(dá)到的目標(biāo)，將研究問題分成不同的指標(biāo)層，根據(jù)各個(gè)指標(biāo)間的影響關(guān)系和隸屬度進(jìn)行分組，從而形成多層結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)目標(biāo)問題進(jìn)行定量和定性分析。

3.2 指標(biāo)分類

主溝道分段標(biāo)準(zhǔn)是指標(biāo)分類和確定指標(biāo)權(quán)重的重要因素，門頭溝小流域主溝道分段根據(jù)其重要程度分為四級(jí)：第一級(jí)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(biāo)發(fā)生改變，即分段；第二級(jí)是溝底植被狀況和岸邊帶狀況，如果第一級(jí)未發(fā)生改變，而第二級(jí)發(fā)生改變，即分段；第三級(jí)是溝道平面形態(tài)和溝寬，如果第二級(jí)未發(fā)生改變，而第三級(jí)發(fā)生改變，即分段； 第四級(jí)是污染及其他人類活動(dòng)描述。上一級(jí)對(duì)溝道的人為影響大于下一級(jí)。

表1 主溝道生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)和權(quán)重

根據(jù)分段標(biāo)準(zhǔn)，以及各指標(biāo)對(duì)溝道人為干擾的影響程度，將溝道指標(biāo)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(dòng)四類。

3.3 評(píng)價(jià)模型

(1)對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行層次分析，建立目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。通過分析普查數(shù)據(jù)的特征，將門頭溝小流域主溝道生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系目標(biāo)層T分成4個(gè)準(zhǔn)則層(Bi，i=1,2,3,4)，即

T=(B1，B2，B3，B4)

每個(gè)準(zhǔn)則層Bi又包含若干指標(biāo)，具體數(shù)量由準(zhǔn)則層下的指標(biāo)數(shù)決定，即

Bi=(Ci1，Ci2，……，Cim)

其中Cim是第i個(gè)準(zhǔn)則層下第m個(gè)指標(biāo)。

(2)確定各層次的權(quán)重。權(quán)重值包括準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重WB和指標(biāo)層對(duì)準(zhǔn)則層的權(quán)重WC，即

WB=(WB1，WB2，WB3，WB4)

WC=(WC1，WC2，…，WCm)

由層次分析法，根據(jù)主溝道分段標(biāo)準(zhǔn)，確定各個(gè)指標(biāo)對(duì)準(zhǔn)則層的權(quán)重及準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重，并滿足一致性檢驗(yàn)。一致性檢驗(yàn)是為了檢驗(yàn)各元素重要度之間的協(xié)調(diào)性，避免出現(xiàn)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(biāo)權(quán)重

判斷矩陣是根據(jù)專家打分法判斷下級(jí)層次各指標(biāo)對(duì)上級(jí)相對(duì)應(yīng)指標(biāo)的重要性，指標(biāo)重要性分為同樣重要、稍微重要、比較重要、十分重要、絕對(duì)重要五級(jí)。判斷矩陣是計(jì)算權(quán)重的關(guān)鍵步驟，直接影響最后的評(píng)價(jià)結(jié)果，本研究過程中判斷矩陣經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，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(xué)合理的判斷矩陣，各指標(biāo)權(quán)重見表1。

3.5 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參照北京市小流域主溝道水文形態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，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(jí)，具體見表2。

表2 主溝道生態(tài)健康評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

4 評(píng)價(jià)結(jié)果

4.1 溝段評(píng)價(jià)

門頭溝小流域1 298個(gè)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(dòng)嚴(yán)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(jìn)行了治理，但由于缺乏管理，栽植的苗木大多數(shù)已死亡，治理效果不明顯。

4.2 溝道評(píng)價(jià)

門頭溝小流域主溝道生態(tài)健康評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)空間分布狀況

通過評(píng)價(jià)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(shù)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(jù)評(píng)價(jià)結(jié)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(yuǎn)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。