引洮工程受水区生态脆弱性评价<br/>——以定西市五县(区)为例

引洮工程受水区生态脆弱性评价
——以定西市五县(区)为例

2017-08-22王兴宗张陇娟中共定西市委党校甘肃定西743000

中国水土保持 2017年8期

张亮，王兴宗，张陇娟(中共定西市委党校，甘肃定西 743000)

引洮工程受水区生态脆弱性评价
——以定西市五县(区)为例

张亮，王兴宗，张陇娟
(中共定西市委党校，甘肃定西 743000)

引洮工程；受水区；生态脆弱性；评价；定西市

在分析引洮工程定西受水区生态环境特征的基础上，构建3个层次、16项指标的评价指标体系，采用主成分分析法进行生态脆弱性评价，并以县级行政区作为评价单元，将受水区分为重度、中度和轻度脆弱区。研究结果显示，脆弱区空间分布与自然、人类活动等因素有较强的相关性，重度、中度脆弱区面积较大，共计占五县(区)总面积的78.44%，主要分布于陇中黄土丘陵沟壑区中部及北部。研究结果能够为受水区生态环境保护与治理提供依据，对引洮工程水资源优化调度、区域经济社会发展具有借鉴意义。

自1905年美国生态学家CLEMENTS首次提出生态交错带(Ecotone)概念以来，国际学界围绕生态脆弱性(Ecological Vulnerability)的概念、成因进行了多维度探讨，通过情景分析、生态模型模拟、指标评价等方法开展生态脆弱性研究，采用灰色关联法、层次分析法、主成分分析法等数学方法对评价结果进行准确性检验，并借助“3S”技术支持使获取的数据更加客观真实，研究框架体系正趋于成熟。国内生态脆弱性研究始于20世纪80年代后期，地学、环境科学相关学者将过渡地带思想引入各自学术领域中[1]，研究涉及农、林、牧、渔等生产部门，横跨资源和灾害两大领域[2]，兼顾自然要素与人为要素，取得了重要研究成果。综合国内外学者对脆弱生态系统的相关论述，生态脆弱性的基本内涵可以归纳为：生态脆弱性是生态系统的固有属性，是指在特定时间截面与空间区域条件下，生态系统受到人为或自然干扰，其结构组成和功能所具有的易变性、敏感反应及适应能力[3-8]。生态脆弱性评价是在区域尺度上，以定量、半定量的分析方法，对外界压力接近或超过承受阈值的生态系统可能的响应、演变趋向进行分析和预测[2，9]。

引洮工程是为解决甘肃中部地区水资源匮乏问题，以保障城乡生活用水、工业用水、生态用水和农田灌溉用水为重点的大(Ⅱ)型跨流域调水工程。一期工程从临潭县、卓尼县交界处的洮河中游九甸峡水利枢纽引水，由110.48 km的总干渠、3条总长146.18 km的干渠、18条总长256.52 km的灌溉支渠、2条总长47.02 km的县城以上城市供水专用管线等构成的输供水管网体系，受水区包括定西、兰州、白银3个市所辖的 7个县(区)，惠及57个乡(镇)近155万人。对该区域生态脆弱性进行评价，不仅能够提高生态治理的针对性，而且对实现水资源的优化调度、调整生产力布局、促进区域经济社会可持续发展具有重要的理论和现实意义。

1 研究区概况

定西市地处我国北方农牧交错带西段，地理坐标为103°52′～105°13′E、34°26′～35°35′N，土地总面积1.96万km2，常住人口277.83万人，共辖六县一区，其中安定区、陇西县、临洮县、渭源县、通渭县位于引洮工程受水区内。属温带半湿润和中温带干旱气候区，年均气温5.5～7.5 ℃，年均降水量500 mm，年均蒸发量1 400 mm以上；位于从第一阶梯青藏高原向第二阶梯黄土高原丘陵沟壑区、西秦岭山地的过渡地区，地势起伏较大，南高北低，海拔1 420～3 941 m；土壤类型丰富，以黄绵土、灰钙土、黑垆土为主，有机质含量1.0%～1.5%，水土流失严重，宜垦殖率较低；植被垂直地带性特征明显，从北到南形成了荒漠草原、干旱草原、森林草原灌丛、草甸草原等多种类型，受历史上乱砍滥伐、过度放牧、毁林开荒等人为因素影响，植被呈现退化趋势。在自然条件、资源禀赋、发展基础等多种因素制约下，定西市经济社会发展滞后，自我发展能力弱，素以“苦瘠甲于天下”而著称[10]，是全国最贫困的地区之一。

2 研究方法

生态脆弱性评价指标涉及脆弱生态环境成因和表现特征等方面[11]，评价指标数量较多且关联性较强。突出主要指标，避免指标信息覆盖不全和指标间信息重叠，尽最大可能反映原始指标信息是客观评价和有效预测的关键。因此，本研究采用主成分分析法确定评价指标权重。同时，考虑到基础数据的可获得性、分析结果应用性和区域完整性，以定西市县级行政区作为评价分析基本单元。

2.1 生态脆弱性评价指标体系

生态脆弱性的成因包括自然因素和人为因素两大类[12]，其最终结果表现在社会生产力低下、经济贫困、生存与发展质量下降等方面。结合生态脆弱性内涵和研究区实际状况，运用层次分析法(AHP)，分三个层次进行综合评价。第一层是目标层，即引洮工程定西受水区生态脆弱性评价；第二层是准则层，以自然成因和结果表现为基本判定指标；第三层是指标层，选取年均降水量、年均≥10 ℃积温、坡度等16个指标对准则层要素进行具体表达(图1)。其中，垦殖率、农业产投比来自《甘肃省定西地区农业资源调查与区划汇编》(2003年)，年均降水量、年均≥10℃积温来自定西市气象局多年监测数据，降雨侵蚀力、土壤可蚀性来自《甘肃省水土保持统计资料汇编》(1979—2000年)，建档立卡贫困户人均纯收入来自定西市扶贫办2014年测算数据，其他数据主要来自《定西统计年鉴》(2009—2011年)。

图1 引洮工程定西受水区生态脆弱性评价指标体系

2.2 数据标准化处理

在数据分析前，运用极差标准化(min-max)方法对原始数据进行处理，消除指标量纲、计量单位、数量级差别，实现统一标准下的量化表达。

正向指标标准化和负向指标标准化计算公式为

(1)

2.3 评价因子权重确定

(2)

(3)

式中：i为指标原始序号；j为主成分序号；m为主成分总数，m=5；λij为主成分载荷矩阵元素。

评价指标权重赋值结果见表1。

表1 引洮工程定西受水区生态脆弱性指标权重

2.4 生态环境脆弱度

生态环境脆弱度是用于研究区域生态脆弱水平和表征生态脆弱性的重要指标[13]，计算公式[14]为

(4)

式中：xi为第i个评价指标原始值；Wi为第i个评价指标权重；G为生态环境脆弱度，其值在0～1之间，数值越大表明生态越脆弱，生态系统稳定性越差。按照国内学术界生态环境脆弱度分级方法，0.6

经计算，引洮工程定西受水区总体生态环境脆弱度为0.644。

2.5 分县(区)评价

为了强调人类活动强度对生态环境的影响，着重体现以区域环境质量的社会性为主线的空间特征[9]，以县级行政区作为基本评价单元，并按前文所述方法分别计算出定西市五县(区)生态环境脆弱度为安定区0.697、陇西县0.795、临洮县0.583、渭源县0.571、通渭县0.760，生态脆弱区状况见表2。

注：表中数据来自《定西市生态文明建设规划(2013—2020年)》。

3 研究结果

从生态脆弱性评价结果来看，定西市五县(区)生态脆弱区空间分布与自然、人类活动等因素有较强的相关性。重度、中度脆弱区面积共计1.059万km2，占五县(区)总面积的78.44%，均属黄土丘陵沟壑区，区内植被稀疏，水土流失严重，加之人口密度大(162人/km2)，长期掠夺式的生产方式造成了对生态环境的强烈挤压，生态修复难度较大；轻度脆弱区面积0.291万km2，占五县(区)总面积的21.56%，主要分布在沿洮河、渭河、祖厉河河谷低地，该区地势平坦开阔，灌溉便利，地表植被相对丰富，生态环境破坏范围较小且具备一定的自动调节能力。

分县(区)来看，陇西县、通渭县、安定区生态环境处于重度脆弱状态，临洮县、渭源县处于中度脆弱状态。其中，陇西县重度脆弱区面积0.173万km2，占其县域面积的72.08%，通渭县重度脆弱区面积0.199万km2，占其县域面积的68.62%，生态环境恶化程度需要警惕；安定区通过开展小流域综合治理、淤地坝建设、坡耕地整治等，使19.67%的重度脆弱区转变为中度、轻度脆弱区[15]，生态环境质量较以前有所好转；临洮县、渭源县生态环境基本稳定，重度脆弱区主要集中在临洮县东部和渭源县北部的干旱山区。

4 结果与讨论

4.1 结果

根据生态脆弱性内涵与研究区生态环境特征，运用层次分析法建立引洮工程定西受水区生态脆弱性评价指标体系，采用主成分分析法对其生态脆弱性进行评价，并以县级行政区作为评价单元，将定西市五县(区)分为重度、中度和轻度脆弱区，通过对评价结果的处理分析及脆弱区空间分布特点的研究得出以下结论。

(1)引洮工程定西受水区生态环境基本处于重度脆弱状态，说明其生态本底较为脆弱，生态系统抵御外界干扰能力较差，生态环境风险仍然存在。这与该区域地处农牧交错地带和半干旱区向干旱区过渡地带，水资源极度短缺，极端灾害天气多发，人为干扰强度大有直接关系。

(2)根据生态脆弱度大小可将研究区划分为3个区，其中重度脆弱区和中度脆弱区占比较大，主要分布在陇中黄土丘陵沟壑区中部及北部，在该地区加强水土保持综合治理是促进生态状况企稳向好的有效途径。近年来通过治理，轻度脆弱区占比有所增加，但也应注意重点设防并采取必要的保护和恢复措施。

(3)从生态脆弱性分区评价来看，结果与定西市生态环境现状、社会经济表现基本一致，评价方法具有一定可行性，能够为当地生态环境保护与治理提供参考。同时，引洮供水一期工程区涉及的会宁县、榆中县与定西受水区自然地理特征类似，可以采用同样的研究方法对其进行生态脆弱性评价。

4.2 讨论

(1)本研究选取16个指标定量评价研究区生态脆弱性，在指标选择方面存在一定主观性，指标体系并不能完全反映生态系统的运行状况。运用主成分分析法在变量降维过程中，处理不同指标间的关联性和非线性关系较为困难，增加了研究结果的不确定性。因此，进一步分析研究区生态环境变动的内在机制，提取关键指标，对研究方法加以改进，是接下来需要继续完善的方向。

(2)引洮主体工程总干渠具备过流32～36 m3/s、调水5.5亿m3的能力[16]，其中一期工程年调水量为2.19亿m3，这意味着在二期工程建成通水之前，过流能力中有3.31亿m3处于闲置状态。因此，进一步提高水资源利用效率，适度增加引水规模，调整优化定西受水区水资源配置方案，在保证城乡生活用水、农业灌溉用水的基础上，坚持赋予生态用水较高的优先级，能够有效改善受水区生态环境质量，对退耕还林还草、控制水土流失十分有利。

(3)无论是“苦瘠甲于天下”，还是“这里不具备人类生存的基本条件”，都是对历史上定西群众生活困苦状况的写照，而归根结底干旱少雨、水资源短缺、水土流失严重等生态问题是造成贫困的主要根源。现阶段，定西市被整体列入六盘山集中连片特困地区，受水区五县(区)均为国家扶贫开发工作重点县，目前还有贫困人口44.35万人，其中约有28万绝对贫困人口分布在陇中黄土丘陵沟壑区中北部。生态脆弱与深度贫困的相互交织，决定了定西市必须在精准扶贫方略引领下，更加注重破解贫困的生态枷锁，建立以水资源保障为核心的生态扶贫政策体系，优先安排供水管网向贫困村延伸，通过水源替换解决贫困人口的饮水问题，同步推进种植业结构调整，发展脱贫与生态效益兼顾的经济林、木本油料、林下经济，使贫困人口在生态修复中有更多获得感。

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