门头沟小流域主沟道生态健康评价体系研究

范雪环，冯 阳，丁 聪，刘杰祥，许永利

(1.生态环境部 信息中心,北京 100029； 2.北京地拓科技发展有限公司,北京 100084)

河流健康是河流持续为人类提供服务的基础。汇水级别较低的小流域主沟道是河流湖泊重要的水源地，小流域主沟道生态健康状况直接影响着河流水库的生态健康。北京山区小流域主沟道受地质地貌和经济发展的影响，容易产生水土流失、洪水和泥石流灾害[1]，并对旅游、养殖等沟域经济造成水环境污染。现阶段，河流健康评价研究较为成熟[2-4]，而对沟道生态健康状况的研究却鲜有人问津。

为了准确掌握小流域主沟道生态健康状况，为下游水环境问题精准分析溯源[5]、河流水生态可持续恢复[6]和河流的长治久安提供科学依据，基于北京市第一次水利普查数据，以门头沟小流域86条主沟道和1 298条沟段为研究对象，系统分析了小流域主沟道生态指标体系和评价体系的构建方法，并对主沟道和沟段的生态健康状况进行了评价，旨在为门头沟山区水污染治理、水生态修复、水资源保护“三水共治”提供全面精准数据服务。

1 研究方法

基于DEM数据提取门头沟小流域主沟道86条，并且搜集了门头沟水系、道路、村庄、泥石流、调查单元数据，将这些基础数据准备好后导入到GPS中，利用GPS根据北京市第一次水务普查确定的20项指标开展外业普查工作。根据主沟道水文形态变化情况，将86条主沟道分成1 298段，基于国内外河流健康评价研究成果，结合门头沟实际情况，选取15项指标构建门头沟小流域主沟道生态健康评价指标体系；利用层次分析法，得到各项指标权重，再结合普查结果数据，得到各沟段生态健康评价结果，然后通过加权平均法，得到沟道生态健康评价结果，并通过空间数据处理分析，在GIS中对评价结果进行直观展示。

2 指标体系

综合考虑小流域主沟道人为干扰情况、自然生态状况，选择具有代表性、可操作性及整体性强的15个指标作为评价指标(表1)，这15项指标涵盖了沟道的基本情况、水文形态情况、植被状况[7]、岸边带土地利用特征及污染物等其他人为活动状况，能够全面反映沟道的生态健康状况。

3 评价体系

3.1 评价方法

沟道人为干扰的情况受多个因素的影响，而门头沟小流域主沟道水文形态普查数据又是定性数据，据此进行评价其结果存在不确定性，因此采用层次分析法进行评价[8]。该方法的原理是根据问题或决策所要达到的目标，将研究问题分成不同的指标层，根据各个指标间的影响关系和隶属度进行分组，从而形成多层结构，并在此基础上对目标问题进行定量和定性分析。

3.2 指标分类

主沟道分段标准是指标分类和确定指标权重的重要因素，门头沟小流域主沟道分段根据其重要程度分为四级：第一级是水文形态发生改变，包括圈围、束窄、横向工程和河底状况，以上任意指标发生改变，即分段；第二级是沟底植被状况和岸边带状况，如果第一级未发生改变，而第二级发生改变，即分段；第三级是沟道平面形态和沟宽，如果第二级未发生改变，而第三级发生改变，即分段； 第四级是污染及其他人类活动描述。上一级对沟道的人为影响大于下一级。

表1 主沟道生态健康评价指标和权重

根据分段标准，以及各指标对沟道人为干扰的影响程度，将沟道指标分成基本特征、水文形态特征、植被及岸边带土地利用特征、污染等其他人为干扰活动四类。

3.3 评价模型

(1)对评价系统进行层次分析，建立目标层、准则层和指标层。通过分析普查数据的特征，将门头沟小流域主沟道生态健康评价体系目标层T分成4个准则层(Bi，i=1,2,3,4)，即

T=(B1，B2，B3，B4)

每个准则层Bi又包含若干指标，具体数量由准则层下的指标数决定，即

Bi=(Ci1，Ci2，……，Cim)

其中Cim是第i个准则层下第m个指标。

(2)确定各层次的权重。权重值包括准则层对目标层的权重WB和指标层对准则层的权重WC，即

WB=(WB1，WB2，WB3，WB4)

WC=(WC1，WC2，…，WCm)

由层次分析法，根据主沟道分段标准，确定各个指标对准则层的权重及准则层对目标层的权重，并满足一致性检验。一致性检验是为了检验各元素重要度之间的协调性，避免出现A比B重要，B比C重要，而C又比A重要这样的矛盾情况。

3.4 指标权重

判断矩阵是根据专家打分法判断下级层次各指标对上级相对应指标的重要性，指标重要性分为同样重要、稍微重要、比较重要、十分重要、绝对重要五级。判断矩阵是计算权重的关键步骤，直接影响最后的评价结果，本研究过程中判断矩阵经过反复试验，由多名普查员完成了判断矩阵的专家打分，得到了比较科学合理的判断矩阵，各指标权重见表1。

3.5 评价标准

参照北京市小流域主沟道水文形态分级标准，以原始的不受人为干扰的沟道为本底，将主沟道生态健康状况分为极好状况、良好状况、一般状况、较差状况、极差状况五级，具体见表2。

表2 主沟道生态健康评价分级标准

4 评价结果

4.1 沟段评价

门头沟小流域1 298个沟段中，极差状况沟段141段，较差状况沟段291段，一般状况沟段390段，良好状况沟段470段，极好状况沟段6段。下游沟段多有村庄分布，特别是永定河沿岸，污水、垃圾等干扰活动严重，沟段生态受人为破坏较大；部分沟段中有废弃的煤矿，虽然采取生物措施等进行了治理，但由于缺乏管理，栽植的苗木大多数已死亡，治理效果不明显。

4.2 沟道评价

门头沟小流域主沟道生态健康评价空间分布状况见图1。

图1 门头沟小流域主沟道生态健康评价空间分布状况

通过评价可知：门头沟86条主沟道中，极差状况沟道1条，较差状况沟道14条，一般状况沟道40条，良好状况沟道31条；大部分主沟道在一般状况以上，数量是71条，占82.6%；较差状况以下沟道为15条，占17.4%，大多分布在东部；没有极好状况下的主沟道。

根据评价结果可知，目前门头沟主沟道受人为干扰较大，越接近市区沟道受人为干扰越大，越远离市区，居住的人口越少，小流域主沟道受人为干扰也越小。