泰山黃前流域生態系統健康評價

李浩宇,段炳志,徐鵬,董小花,孟令超,謝清華,顏宏亮

1.綏化學院農業與水利工程學院,黑龍江綏化152061

2.山東省膠東調水管理局東營分局,山東東營257000

3.淮委邳州河道管理局,江蘇徐州221000

4.濱州市小清河管理局,山東濱州256600

5.天津大學里仁學院,天津300000

6.棗莊市水利勘測設計院,山東棗莊277100

7.山東農業大學水利土木工程學院,山東泰安271018

泰山黃前流域生態系統健康評價

李浩宇1,段炳志2,徐鵬3,董小花4,孟令超5,謝清華6,顏宏亮7*

1.綏化學院農業與水利工程學院,黑龍江綏化152061

2.山東省膠東調水管理局東營分局,山東東營257000

3.淮委邳州河道管理局,江蘇徐州221000

4.濱州市小清河管理局,山東濱州256600

5.天津大學里仁學院,天津300000

6.棗莊市水利勘測設計院,山東棗莊277100

7.山東農業大學水利土木工程學院,山東泰安271018

本文以泰山黃前流域為研究對象，從水環境及其服務功能、生物、生境和人類活動影響四個方面，含有29個具體指標構建了流域生態系統健康評價指標體系，確定具體指標的分級標準，使用健康標準來衡量指標，并利用序關系分析法確定指標權重，最后采用綜合健康指數來整體評價了黃前流域的健康狀況，經過計算得到黃前流域的綜合健康指數為4.8932，健康狀況為臨界狀態，并對結果進行分析與討論，提出相應的措施與建議。

泰山黃前流域；生態系統健康；指標體系；評價

Huangqian watershedinMount

泰山黃前流域地處東經117°4′～117°22′與北緯36°16′～36°28′之間，屬于黃河流域。流域內具有一座中型水庫，總庫容為8.25×108m3。流域內多年平均降水量為783 mm，河流多年平均徑流深為254 mm，多年平均徑流量5.5×108m3。黃前流域總面積為292.2 km2，流域內森林覆蓋率40～50%，90%～95%植被情況良好，水土流失較輕，多年平均輸砂模數300～500 t/km2，流域內土壤侵蝕達到中度侵蝕的面積為93.01 km2，占流域總面積的31.83%。流域內有泰安市轄的四個鄉鎮、三個國營林場。總共86個行政村，人口密度為260人/km2，人均年純收入5100元。

1 研究方法

1.1 流域生態系統健康評價指標體系的構建

流域生態系統具有一定的復雜性，它不僅包括生境與生物兩個方面，更多的是要受到人類的干擾，這使生態健康評價的工作同樣呈現著復雜性。根據流域生態系統的特點，在建立評價體系時要遵循以下幾個原則：即單目標與多目標相結合的原則，定性分析和定量分析相結合的原則，模糊性和精確性相結合的原則，權威決策和專家群決策相結合的原則，現狀分析和預測研究相結合的原則[1]。根據以上原則，評價指標體系從以下四個方面建立：即流域的水環境及其服務功能方面（W），流域生物方面（B），流域生境方面（H）和人類活動對流域產生的影響方面（M）這4大類型的一級指標，并細化為29項二級指標[2-5]。其中H為：植被覆蓋率(%)、濕地保留率(%)、河岸穩定性(%)、河床穩定性、土壤侵蝕模數(t/(km2·a))、水土流失面積率(%)、河流蜿蜒性。B為：水生生物多樣性指數、水生動物完整性指數、生物量變化率(%)、陸生生物多樣性指數、斑塊密度、外來物種威脅程度。W為：生態需水滿足率(%)、水質安全、水景觀舒適度、水域面積率(%)、水資源開發利用率(%)、河流年徑流深(mm)、防洪安全。M為：污水處理率(%)、農藥施用強度(kg/hm2)、化肥施用強度(kg/hm2)、政策法規執行力度、平均受教育年限(年)、人口密度(人/km2)、恩格爾系數(%)、人口健康狀況(歲)、人均年純收入(元)。

1.2 評價標準的建立

評價指標確定后，采用健康標準來度量指標屬于何種健康狀況，把這一標準分為5個級別，依次為“很好、較好、臨界、疾病和惡疾”，分別對應的標準值為8～10、6～8、4～6、2～4和0～2。指標分級標準的確定所采用的方法為：（1）依據國家以及地方的標準和行業規范；（2）參考國內外相關的研究成果；（3）依據歷史背景資料來確定；（4）專家咨詢判斷法，根據專家的經驗確定指標分級的標準。表1為指標健康標準分級表。

表1 指標分級標準Table 1 The grade of indicators

1.3 指標的標準化處理

由于每個指標的量綱是不統一的，所以在評價其健康狀況時，指標之間難以作出準確的比較，并且在后期也難以統一計算，所以要將指標進行標準化的處理，具體處理的主要思路為：

假定xi為指標ai的量化值，并且處于第j級的標準里，則先計算出xi對于第j級標準兩端標準值a～b的隸屬度k，公式為：

由計算得到的隸屬度ka或kb，經過相反的計算過程，可計算出指標ai在第j級的標準里a～b上的健康標準值Ei，指標的健康標準值計算結果見表4。

1.4 指標權重的確定

本文將采用一種計算方便快捷并且能夠準確確定指標權重的方法—序關系分析法應用于流域生態系統健康評價[6,7]，運用該方法在進行權重確定的主要思路如下：

1.4.1 排定序關系如果ai相對于它上層準則a的重要程度大于同層的aj時，則記為aifaj。假定同層指標a1,a2,?,an相對于其上層準則a具有如下關系

時，稱指標a1,a2,...,an之間按“f”確立了一定的序關系。可以用表示按一定序關系“f”排定順序后的第i個指標(i=1,2,...,n )。

使指標集{a1,a2,...,an}按照下列步驟建立序關系:

(l)專家在指標集{a1,a2,...,an}中，選出某一個指標（唯一）認為其對于其上層準則是最重要的，記為;

(2)專家在剩余的n-1個指標中，選出某一個指標（唯一）認為其對于其上層準則是最重要的，記為;

…………

(m)專家在剩余的n-(m-1)個指標中，選出某一個指標（唯一）認為其對于其上層準則是最重要的，記為；

…………

如此，就確定了序關系(3)式。接下來的工作就是確定每個指標對于其上層準則的權重系數。

1.4.2 確定am-1與am之間相對于上層準則的重要性比較假定專家對于指標am-1與am的重要性之比的判定為

對于比值rm的賦值參見表2。

表2 rm賦值表Table 2 Assignment value ofrm

1.4.3 指標權重的計算若專家給出rm的賦值滿足下關系式

根據公式就可算得wn(n=1,2,3,...)的權重。指標的權重計算結果見表4。

1.5 評價結果的確定

本文使用健康指數來從整體上評價流域生態健康狀況，健康指數的分級與描述見表3。通過序關系分析法確定29項指標的權重，根據各指標健康標準值及權重，確定流域健康指數。計算公式為：

式中：E——流域生態健康指數；

wi——第i項指標的權重值；

Ei——第i項指標的健康標準值。

表3 流域綜合健康指數分級表Table 3 The classification of the comprehensive health index

流域生態系統綜合健康指數的計算結果見表4。

2 結果分析與建議

根據指標的量化，經過相應計算，確定了每個指標所對應的健康標準，計算得出黃前流域的綜合健康指數為4.8932，健康狀況處于臨界狀態，為更好的進行流域生態的保護與規劃、水資源的合理開發與利用和人類社會的可持續發展，針對評價結果進行分析，并提出相應的建議。

2.1 結果分析

（1）黃前流域內，生境指標處于惡疾的健康范圍內的指標只有濕地保留率，流域內天然濕地較少，大部分為河流形成，但黃前流域處于黃河下游區域，所以水量自然較少，流域內人工濕地比較大型的也就是水庫，所以總體來講，流域內濕地面積很小；處于臨界范圍內有水土流失面積率和河流蜿蜒性，雖然流域內水土流失并不嚴重，但也不可掉以輕心，如果不注重保持水土，在未來一段時間內可能會加重水土流失；河流的蜿蜒程度會受到人為因素的干擾，由于流域內有水庫大壩等水利工程對河流的蜿蜒性有一定的影響。

（2）從生物指標來看，水生生物多樣性處于疾病的狀態，這可能與水體污染有著直接的關系，而陸生生物多樣性隨處于臨界狀態，但好于水生生物的狀況，更能說明流域的水污染狀況是不容樂觀的，對于外來物種的影響幾乎是沒有，所以處于良好的狀態。

表4 黃前流域綜合健康指數計算表Table 4 The computation of comprehensive healthy index of Huangqian river basin

（3）從水環境及其服務功能指標來看，生態需水滿足率與水域面積率呈現惡疾的狀態，從我國華東華北地區缺水的角度來看，生態需水滿足程度較低不足為奇，山東地區人口較多，生活生產用水量大，擠占生態用水的程度自然較大，而水域面積較小也是北方地區缺水的體現；水資源開發利用率也呈現著惡疾的狀態，說明人類對水資源的不合理的開發利用正處于嚴重的形勢，對水資源的浪費也是愈加嚴重。

（4）從人類活動影響指標來看，污水處理率處于惡疾的狀態，據相關資料統計與實地調查，黃前流域人們的日常生活中，仍廣泛使用著含磷洗滌劑，再加上流域內各類賓館、飯店以及大量游客產生的生活垃圾、廢水，污染量相當巨大。所產生的垃圾、污水、廢渣大都沒有進行歸類、收集與無害化處理，直接傾倒、丟棄于村頭片尾、河道兩旁，汛期隨洪水沖入水庫，對水體是直接、嚴重的污染；流域內居民多數為農村人口，農村受教育問題也是比較嚴峻，大部分人都未完成九年義務教育，這部分人多為老年人與中年人，部分青壯年許多初中學業還未完成就外出打工。

2.2 建議

（1）濕地具有涵養水源、維持生態平衡、保持生物多樣性和局部氣候的調節等作用，對流域的生態環境具有十分重要的意義，黃前流域內天然濕地較少，主要體現在河流上，而人工濕地也主要體現在水庫上，客觀來說濕地面積較少，也并沒有從保護流域水生態環境的角度上刻意去保護自然濕地和建立人工濕地，所以在今后的發展規劃上可以將濕地考慮在內，在水利與生態的投資上加大這一塊的力度，建立人工濕地不僅可以保護生態，同樣可以作為流域內的水景觀。對于河道的整治工程，盡量不要使用裁彎取直、堤防護砌等方式，在保證防洪安全的前提下，盡可能的保持河流的自然形態，具有重要意義。

（2）盡快建立權威高效的水資源與水環境的管理保護體制，水資源與水環境的管理保護涉及面廣、牽扯各方面的利益，必須發揮政府行政、企業團體和人民群眾的作用，從法律政策、經濟投資、工程建設、宣傳教育等各個方面采取措施和對策，方可取得實效。積極推進生活垃圾向無害化、減量化、資源化發展，加快調整產業結構，禁止發展高污染的工業企業，有序發展低污染工業企業，積極發展生態旅游等第三產業。

（3）積極調整農業種植結構，大力推廣適用的生態農業生產模式，努力提高農產品科技含量和附加值；適度發展林果業，積極發展生態林、水源涵養林。加快改變農民群眾的不良生產生活習慣，控制化肥的施用量，增施農家肥；推廣使用生物農藥、植物農藥，高效、低毒和低殘留化學農藥；使用節水灌溉的技術，減少擠占生態用水的情況，減少化肥、農藥向水體的流失。加快實施生態水利工程建設，推進水源地水土流失綜合治理，以小流域為單元，采取坡面治理、溝道治理、生態修復等措施，加強水源保護，積極向流域的居民宣傳生態水利的理念。

（4）要盡快改變教育落后的狀況，必須從制度的層面給以必要的傾向，當地政府在不斷增加教育投入的同時，要根據公共教育財政體制的要求，調整教育支出結構，加大對農村教育的投入力度，建立規范的財政轉移支付制度、公平的公立學校資源分配制度和貧困生助學制度，堅持對貧困地區、薄弱學校和困難群體進行傾斜。

[1]王文杰,張哲,王維,等.流域生態健康評價框架及其評價方法體系研究[J].環境工程技術學報,2012,2(4):271-277

[2]劉國彬,胡維銀,許明祥.黃土丘陵區小流域生態經濟系統健康評價[J].自然資源學報,2003,18(1):44-49

[3]趙彥偉,楊志峰.河流健康概念、評價方法與方向[J].地理科學,2005,25(1):119-124

[4]龍笛,張思聰,樊朝宇.流域生態系統健康評價研究[J].資源科學,2006,28(4):38-44

[5]劉曉燕.構建黃河健康生命的指標體系[J].中國水利,2005,21:28-32

[6]王學軍,郭亞軍,蘭天.構造一致性判斷矩陣的序關系分析法[J].東北大學學報:自然科學版,2006,27(1):115-118

[7]陳陌,郭亞軍,于振明.改進型序關系分析法及其應用[J].系統管理學報,2011,20(3):352-355

The Health Assessment on Ecosystem of Huangqian Reservoir in Mountain Tai

LI Hao-yu1,DUAN Bing-zhi2,XU Peng3,DONG Xiao-hua4,MENG Ling-chao5, XIE Qing-hua6,YAN hong-liang7*
1.College of Agriculture and Water Engineering/Suihua University,Suihua 152061,China
2.Dongying Branch/Water Scheduling Administration of Jiaodong Shandong Province,Dongying 257000,China
3.Huaiwei River Administration of Pizhou City,Xuzhou 221000,China
4.Administration Bureau of Xiaoqinghe in Binzhou City,Binzhou 256600,China
5.Liren College/Tianjin University,Tianjin 300000,China
6.Institute of Water Survey Design in Zaozhuang,Zaozhuang 277100,China
7.College of Water Civil Engineering,Tai’an 271018,China

This paper took Huangqian watershedinMount Tai as an object of study,from four aspects including the water environment and its service function,biology,habitat and human activities,containing 29 specific indexes to construct the health evaluation index system of ecosystem and determined the classification standard of them,then measured them by health standard and determined the index weight by rank correlation analysis,finally,used ecological comprehensive health index to evaluate the comprehensive evaluation of the health status of Huangqian watershed,which was 4.8932 as a result,it was in a critical state,and through the analysis and discussion,we can propose corresponding measures and suggestions.

Tai;ecosystem health;index system;evaluation

X826

A

1000-2324(2016)06-0846-06

2015-12-11

2016-02-25

綏化學院科學技術研究重點項目(K1401008)

李浩宇(1987-),男,碩士研究生,從事水利水電工程專業的教學與研究工作.E-mail:lihaoyu000111@163.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:ss-yhl@163.com