京津冀地区是我国水资源承载压力最大、安全保障难度最大的地区^[5]，永定河流经京津冀，为保障首都用水安全，实现水资源的长期健康发展，需对其进行脆弱性研究。永定河发源于山西省，流经内蒙古、河北后汇入官厅水库，之后进入北京市。永定河全长共747 km，总流域面积为4.7万km²。本文选择永定河北京段进行生态环境脆弱性研究，其长度约为170 km，流域面积为3 168 km²，占总流域面积的6.7 %^[6]。永定河北京段根据河道特征可分为3段，其中官厅山峡段长92 km，自然生态环境较好；平原城市段长37 km，是城市发展的拓展区；平原郊野区长41 km，新建的大兴机场位于此区域^[7]，见图1。

永定河流域属温带大陆性季风气候，夏季多雨，春秋干燥。受地势影响，降雨强度由东南向西北递减，多年平均降雨量为590 mm，水面蒸发量1 000 mm/a。由于官厅水库的来水量锐减，永定河上游的水量受降雨影响大，而中下游则只能维持一定量的景观用水甚至断流。流域内部分地区砂、卵石裸露，平原区域是单一的卵砾石均匀结构层，受风力侵蚀水土流失严重。永定河上游主要植被为乔木或次生灌木，平原地区主要物种为杨树、柳树，下游由于河道干涸，多是荒地或荒石滩，部分河道被用来种植粮食或蔬菜。永定河北京段所在的5个区发展相对滞后，但近年来第三产业的发展速度较快。

为使指标体系实用且能够客观地反映问题，本文按照以下6个原则完成评价指标的选取：1）准确性；2）科学性；3）综合性；4）导向性；5）可行性；6）可量化性。

地表型水源地生态系统是一个复合系统，不仅包含水资源本身状况还包含其周边的生态环境与社会经济，因此，本研究从自然、经济和社会3个方面确定评价指标。自然因素指标是反映水源地气候条件、地表水水质水量、地理位置及水源涵养能力的性质，社会因素指标反映了人口因素、环境保护情况、水源地水资源管理和规划优劣以及污染治理情况的性质，经济因素指标反映了经济发展对环境的负面影响以及环保工作水平的性质。

基于以上基本原则和目前已有的地表水源地脆弱性相关研究^[4]，最终选取9项指标参与脆弱性评价，见表1。

降水能够补充地表水，年降水相对变化率反应了降水的时空均匀性，一般来说，降水量多，且降水时空分布均匀的水源地，水量充沛，脆弱性低。若年降水不稳定，出现集中暴雨的情况，则易导致污水溢出，细菌滋生，使水源受到污染。植被能够涵养水源、保持水土，水源地的森林覆盖率越高，其调节气候、保持水土的能力越强。水质由国家统计的水质级别得到。由于水质级别综合考虑了溶解氧（DO）、酸碱度（pH）、总磷（TP）、总氮（TN）及生化需氧量（BOD）等多种影响水质的因素，故选用此指标来表征水质的综合质量。水源地的水质越好，其抵抗污染的能力越强。

人口密度大的地区排污及资源消耗量都会增加；供需比对水源地的可持续性影响很大，供需比是否稳定合理能够直接影响水源地的脆弱性。

人均GDP能反映当地的经济技术发展水平，而经济结构和生产生活方式受经济技术发展水平影响，经济结构和生产生活方式与水源地脆弱性有直接关系；施用的农药、化肥可能会随地表径流注入河流，使水源地受到污染。环保资金的投入会减少污染物的产生及排放，也会对水源地的脆弱性产生影响。

选择模糊综合评价法对永定河的脆弱性进行评价，模糊综合评价法能够综合分析多种因素，并做出综合判断，在处理用其他方法无法处理的模糊信息时表现出了明显的优势，见式（1）。

式（1）中，B为评价结果，即表示评价对象对评价等级的隶属度；W为各评价指标权重，即指标权重模糊矩阵；R为各评价指标隶属度，即模糊关系矩阵。

量纲不同的数据是无法直接使用的，为使数据的量纲统一，将收集到的指标数据根据从优原则进行标准化。越大越优型指标标准化模型，见式（2）。

越小越优型指标标准化模型，见式（3）。

越接近某个常数越优型，见式（4）。

式（2～4）中，r_ij为第i个因素对应于第j个评价对象的从优隶属度，其中0≤r_ij≤1（i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n）。X_min为每项指标所有的X_ij中的最小值，X_max为每项指标所有的X_ij中的最大值。经标准化处理后即得到模糊关系矩阵R。各指标的从优原则，见表2。

采用层次分析法（AHP），通过构建判断矩阵，得到各级指标权重。利用SPSSAU在线SPSS分析软件进行层次分析。使用1～9标注法表示各指标层以及指标层内各指标的相对重要程度，进行矩阵运算后得到每个子系统对总目标的权重系数^[8]。对判断矩阵进行一致性检验，通过不断调整使其满足一致性，最终确定各指标的权重值，见表3，其一致性检验结果，见表4。

利用式（1）完成权重W与模糊关系矩阵R的运算即可得到评价结果。

水源地脆弱性等级划分模型根据模糊综合评价法计算结果构建，其中，脆弱性极高的水源地关联度为0≤V≤0.2，以V为标识，该类水源地受自然和外界环境因素影响很大，自身抗风险能力很低，需加大保护力度；脆弱性高的水源地关联度为0.2<V≤0.4，以IV为标识，该类水源地受自然和外界环境因素影响较大，自身抗风险能力较低，需有一定程度的保护力度；中等脆弱性水源地关联度为0.4<V≤0.6，以III为标识，该类水源地受自然和外界环境因素影响大，自身抗风险能力低，需有一定程度的保护力度；低脆弱性水源地关联度为0.6<V≤0.8，以II为标识，该类水源地受自然和外界环境因素影响较小，自身抗风险能力较高，应注意保护；极低脆弱性水源地关联度为0.8<V≤1.0，以I为标识，该类水源地受自然和外界环境因素影响小，自身抗风险能力高，应注意维持现状。具体脆弱性等级，见表5。

大部分评价指标通过搜集北京市资料获得，主要来源为(2008～2018年《北京统计年鉴》)^[9]、(2008～2018年《北京市水资源公报》)^[10]、(2008～2018年《北京市生态环境状况公报》)^[11]以及水利局历年的监测数据。部分指标如年降水相对变化率、人口密度及农药和化肥施用密度等在收集数据的基础上通过表1中公式计算得到。永定河水源地自然、经济和社会等因素中每项评价指标的数据结果，见表6。

依据所得统计数据，通过计算得出永定河水源地的脆弱性评价结果。自然脆弱性、社会脆弱性和经济脆弱性的关联度分别为0.36、0.61和0.40，水源地生态脆弱性为0.41。根据等级划分表可知，其脆弱性为中等脆弱性。由以上结果可知，三者关联度差异较大，其中自然脆弱性对永定河的脆弱性贡献最大，其次为经济脆弱性。为改善永定河水源地的脆弱性最重要的是降低其自然脆弱性，并兼顾经济脆弱性。自然因素中森林覆盖率影响最大；年降雨量是一个重要的影响因素，其直接关系到水源地的水量；经济因素主要受农药/化肥施用密度的影响，过分无节制的经济发展会给水源地带来更多的污染源，最终导致其水质急剧下降。因此，针对永定河脆弱性分析的结果，对其水源管控提出以下建议。

（1）自然脆弱性中各指标大部分由自然条件决定，难以人为改变，仅有森林覆盖率能够直接人为干预。森林与水资源的关系密切，一方面森林植被可以截留降水并进行再分配，调节林内小气候，减少地表蒸发以及改善土壤结构；另一方面森林有过滤降雨径流中的泥沙、净化有机污染物以及吸收地表营养元素等作用，这对改善和净化水质、减少面源污染十分重要。因此，要降低永定河的脆弱性最重要的是提高森林覆盖率，沿河流种植林木，提高河流区域的生态涵养能力。

（2）为了保障永定河水源地水质的稳定，应严格控制河流沿岸的农药、化肥施用量，科学施用农药及化肥，减少高污染农药的使用。对农田耕种者进行环保教育，并讲解相应的农药最佳使用方法，以期减少农药的使用。

（3）环保资金的投入对河流型水源地的脆弱性影响较大，政府应加大资金投入，同时调控环保资金投入结构，宏观调控永定河周边的生态环境，以降低其脆弱性。环保资金的使用效率受分配方式的直接影响，科学高效的分配方式不仅能够提高环境污染的整治效率，也有助于提升人们实际生活水平。以前我国用在排污企业的污染源治理上的环保资金占比较大，应调整资金分配方式，让排污企业自己承担整治污染的相关费用，将环保资金用在社会公益性的环境整治和建设中。另外，政府的财政部门应完善相应的管理监督机制，做到环保资金专项使用，最大限度地提高环保资金的使用效率。

综上所述，对于河流型水源地脆弱性的管控重点在于落实河流沿岸多省市的脆弱性控制。从国家规划到流域规划、省市规划、县市规划，要加强生态防治与保护方面的内容，以可持续发展为宗旨，从经济、社会和生态环境保护三方面综合考虑，进行区域总体布局和产业结构调整，优化水资源、土地资源等各种自然资源和人力资源的配置，退耕、退地、还林、还草，给自然生态环境提供必要的空间和水、土地等基本的物质保障。同时各部门应严格执行已有的水污染控制行动指南，各省市制定符合实际情况的入河污染物总量控制方案，保证污染物无超标排放。适当增加环保资金投入，解决流域内农村的生活垃圾和生活污水的处理问题，进行整体的环境整治，改善水源地周边环境。