基于AHP和GIS的承德市水资源保护重要性分区研究

翟卫军

(河北省承德水文水资源勘测局，河北 承德 067000)

1 概 述

随着环境问题日益严重，生态安全服务功能研究已经成为人们关注的焦点。水源保护是一项重要的生态系统功能保障方式[1-2]。对于不同地区的不同生态系统，保存水的能力是不同的[3]。一般来说，生态系统类型可以根据水源保护的功能来确定其重要的程度。水源保护区是体现生态系统服务功能的重要区域。大江源头和大型水利工程为城市和农村地区提供了稳定的水源，具有较高蓄水能力的地区都被认定为水资源保护区[4-5]。目前，张三焕等[6]、吴波等[7]、黄志刚等[8]、薛达元等[9]和段晓峰等[10]分别采用降雨量存储容量估算法、地下径流增长法、森林集水区、区域年径流和土壤水分核算法等方法划分了水源保护区。这些研究主要集中在突出生态功能方面，很少考虑水资源保护功能的外部因素。此外，对如何界定水资源保护区的划分的研究也很少。本文基于GIS技术，将人为因素作为外部客观因素评价指标，并运用层次分析法针对所提出的承德市划分水资源保护分区的新评价指标体系进行探讨。

2 研究区概况

承德市位于河北省东北部，在内蒙古高原和燕山山脉的边缘，处于寒温带和暖温带、干旱和半干旱、森林和草原地区。承德市地形多样，土壤类型多样，植被覆盖率高。此外，自然资源、森林、草原分布广泛，这有助于形成多样化的生态系统。承德市是滦河和潮河的发源地，其不仅是当地的水源，也是密云水库和潘家口水库上游的重要水源地，并承担着京津地区的供水任务。因此，保护承德市的生态水资源尤为重要。水资源保护的重要性决定了承德市未来的发展方向。目前，水资源分区和分类被认为是该地区的首要问题。因此，为了解决以上问题，本文运用Arcgis软件和层次分析法，对承德市水资源保护区生态系统服务功能进行综合研究。

3 研究方法

本文采用的层次分析法原理如下:首先，一个复杂的问题应该分解成它的组成部分；然后将这些组成部分分成层状结构，并将下一级的每个因素与前一级进行比较，即对所有因素进行成对比较；其次是构造判断矩阵来检查其一致性，并对其等级进行排序以获得各因素组合的权重；最后，根据排序结果来分析和评价所研究的问题。本文的分析过程如下[11]：①建立层次结构及评价指标体系，见表1；②判断矩阵的结构，赋予权重[12]；③计算各元素的相对权重，并进行一致性测试；④总层次的排序；⑤综合评价。

表1 水资源保护重要性的评价指标体系

区域水资源保护的重要性通常通过其对整个流域的贡献以及对径流调节的作用来评估。评估要素包括自然因素和人为因素。本研究确定的水源保护区指标如下:

3.1 自然指数

3.1.1 降雨分布

降雨量的分布是评价水资源量和径流调节重要性的重要指标。平均年降水量图可以用来表征水资源总量的区域分布。根据承德年平均降水量等值线图，承德市年平均降水量等值线可以进行分级和赋值，以表征承德市降水量的分布。区域径流、植被类型和覆盖度的分类及分配见表2。

3.1.2 植被类型

植被类型对水源涵养功能的影响主要表现在降雨拦截上。不同的植被类型拦截降雨及控制地表蒸发的能力不同，对水源保护能力的影响也不同。根据植被类型图，承德市的植被可分为林地、灌木、草地和农田。根据不同的植被类型对水源保护的功能进行分类和分配，其分类结果见表2。

3.1.3 植被覆盖率

植被覆盖度主要影响降雨截留能力。植被覆盖率越高，拦截降雨的能力就越强，保持水分的能力也越强。承德市的植被覆盖数据可以通过气象卫星获得，通过对landsat数据进行归一化以获得植被覆盖图。NDVI的限值在0.01～0.97之间。植被覆盖率的范围见表2。

3.1.4 土壤粗密度

土壤质地对水土保持的影响主要是增加渗透和抑制蒸发。根据土壤质地，承德市的土壤可分为基岩、砾石、砂土、黏壤土、砂壤土和壤土，土壤标度值的分配见表3。

表2 径流、植被类型和覆盖度的分配

表3 承德市土壤质地的分配

3.2 人类指数

3.2.1 水功能区划与饮用水水源

人类对水资源的依赖程度越高，对水资源的保护就越重要。各行政区集中式饮用水水源的分布见表4。水功能区域划分与饮用水源的配置见表5。

表4 集中式饮用水水源的分配

表5 水功能区域划分与饮用水源的配置

3.2.2 判断矩阵的确定

基于层次分析法的原理，利用德尔菲法，两两比较各指标的相对重要性，根据各指标对水资源保护效果的贡献来判断。通过整理专家的评价结果，得到指标矩阵，计算指标权重，然后通过一致性检查，证明结果具有令人满意的一致性。判断矩阵及指标权重的计算结果见表6和表7。

表6 判断矩阵

注：λ=4.010 2,CI=0.003 4,RI=0.90,CI=0.003 8<0.10

表7 指数权重

4 分区结果和发展方向

承德市水资源保护区评价结果见图1。

图1 承德市水资源保护区分布图

具体分析如下：

4.1 承德市极其重要的水资源保护区

承德最重要的水源保护区位于承德的中南部和北部。从行政上来说，它包括丰宁下游、围场大部分地区、兴隆中东部、宽城和平泉中西部。主要分布在潮白河上游、滦河上游、潵河上游、柳河上游、柴白河上游、暖河河上游、滦河干流、兴洲河上游、伊逊河上游、武烈河上游、瀑河上游和老牛河上游，总面积19 939.8 km2，占整个流域面积的52.4%。该地区的主要环境问题如下:森林生态系统功能相对薄弱，林型和树木的幼龄单一[13]。严重的森林砍伐和过度放牧导致严重的植被退化和土壤侵蚀。一些地区发生的采矿破坏导致大量土地被固体废物占据，这反过来加剧了土壤侵蚀，同时矿物筛选清洗的废水又导致了土壤及地下水的污染。承德地区未来的发展方向应为:通过植树造林和封山育林来保护水源、涵养林地，以提高植被覆盖率，恢复生态系统的生态功能；限制或禁止不利于节水功能的社会或经济活动。应该做好水土流失控制和水土保持工程任务，以避免水土流失加剧，并以此保证下游水库的供水。有必要在禁止陡坡耕作、砍伐森林和过度放牧的同时，将耕地归还给林地或草地。应将发展和保护并重，积极开展环境恢复工作，以尽快恢复该地区的自然生态系统。

4.2 承德市中等重要的节水区

中度重要的水源保护区位于承德的中部，大部分水源主要分布在两侧的主要河流上。主要分布于滦河、兴洲河、伊逊河、瀑河、老牛河下游、辽河南部和潮河干流，总面积11 946.7 km2，占整个流域的31.4 %。该地区的主要环境问题包括：城市地区人民生活和工业的发展带来了一系列环境问题，如河流污染、土壤侵蚀、植被退化、生态系统恶化等。这一地区未来的发展方向应为:在进行城市开发建设的同时，重视生态环境建设；保护现有的森林资源，同时进行植树、退耕还林和植被重建；促进采矿后的生态保护和恢复，建设“绿色矿业”。

4.3 承德市较重要的水资源保护区

较重要的水源保护区位于七老图山以南，行政上包括平泉以东和围场东北。主要分布在辽河以及青龙河，总面积3 989.28 km2，占整个流域的10.5 %。该地区的主要环境问题如下:严重的土壤侵蚀；缺乏水资源；该地区部分地区的土壤为重黏土。这一地区未来的发展方向是:沿河流两岸进行植树造林；继续加强小型农田水利建设，增加拦截降雨和灌溉土地的种植面积。提高植被覆盖率以减少土壤侵蚀。加强生态环境建设。

4.4 承德市普通水资源保护区

主要位于坝上以西，分散在平泉西北、辽河以北、宽城东南、兴隆西南，总面积2 146.9 km2，占整个流域的5.7%。该地区的主要环境问题包括：过度耕种和过度放牧导致草原退化、严重荒漠化和水土流失。该地区未来的发展方向应为：调整耕地比例，大力推进退耕还林工程；禁止开垦现有牧场，改造退化的牧场，以保护植被草原。严格控制草地使用承载力，禁止过度放牧；加强荒漠化的综合治理，尽可能减少水土流失；建设防护林发展生态农业，推进自然保护区管理，开展生态旅游。

5 结 论

承德市特殊的地理环境形成了脆弱的生态系统，不仅无法承受自然灾害的影响，也无法承受剧烈发展带来的影响。一旦森林、草地或其他植被被破坏，生态系统很难在短期内恢复。因此，必须重视和保护该地区重要的水源地。为了实现经济发展和环境保护的双赢目的，有必要优先发展一般地区和次要地区，保护极其重要的节水地区。并坚持绿色发展的理念，在保护当地生态系统的前提下，追求人与环境的可持续发展。