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永定河是北京的母亲河,同时还是京津冀地区重要的水源涵养区和生态屏障[1]。《京津冀协同发展规划纲要》中特别提出了“六河五湖”的治理与修复问题,永定河作为“六河”之一,目前存在许多问题亟待解决,如环境承载能力差、河道断流和生态系统退化等。永定河的治理和修复对推进京津冀协同发展战略来说十分重要[2],所以2016年国家印发了《永定河综合治理与生态修复总体方案》,以期恢复永定河水源地生态环境。随着相关政策的不断完善以及一系列修复项目的实施,永定河的生态状况已经有所改善。对生态脆弱性的定量分析,有助于了解各影响因素对脆弱性的贡献大小,从而制定精细化和更有针对性的管理策略,以降低脆弱性,提升其应对自然环境和社会经济变化的内在能力[3]。因此,为推进环境精细化管理,提升未来治理设施的效益和针对性,使永定河流域环境质量得到显著提高,有必要对其进行脆弱性评价。
参考其他领域对脆弱性的定义以及前人的研究,我们定义地表水源地生态脆弱性为:在一定环境背景下,地表水源地系统在响应人类活动和自然灾害等外界环境变化过程中易于遭受损害的性质[4]。因此,水源地的生态环境脆弱性评价需要综合考虑影响水源地脆弱性的自然、经济和社会因素,为了使水源地脆弱性评价较为全面,需要选取大量的评价指标。不同评价指标所占权重不同,并且脆弱性难以准确量化,本文使用模糊综合评价法在AHP(层次分析法)确定权重的基础上,来评价水源地的生态脆弱性。
基于模糊综合评价法的北京永定河水源地生态脆弱性评价
Assessment of ecological vulnerability of water source in Yongding River based on fuzzy comprehensive evaluation method
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摘要: 随着我国水资源短缺问题的日益凸显,水源地生态脆弱性对水环境质量的影响亟待研究,以优化相关的管理措施。文章首先分析了永定河的环境概况,并根据脆弱性的影响因素选取9项评价指标,构建评价指标体系,最后基于模糊综合评价法和层次分析法(AHP)对永定河水源地生态环境进行脆弱性评价。结果表明,永定河水源地的脆弱性关联度为0.41,其中自然脆弱性、社会脆弱性和经济脆弱性关联度分别为0.36、0.61和0.40。自然因素对永定河水源地的脆弱性影响最大,其次为经济脆弱性。因此,就永定河水源地而言,应在自然保护的基础上进行经济管控以降低其脆弱性,确保水源地在后续供水运行中稳定发展。Abstract: With the shortage of water resources becoming more and more serious, the influence of water source ecological vulnerability on the water environment needs to be studied to optimize the management measures. The environment status of Yongding River is investigated at first in this paper. According to the influence factors of vulnerability, 9 indicators are selected to establish the assessment index system. Based on the fuzzy comprehensive evaluation method and the analytic hierarchy process (AHP), the ecological environment vulnerability evaluation of the water source of Yongding River is performed. The results show that the vulnerability correlation degree of Yongding River is 0.41, the natural vulnerability correlation degree is 0.36, the social vulnerability correlation degree is 0.61, and the economic vulnerability correlation degree is 0.40. The natural factors are the most influential paramerters on the vulnerability, followed by the economic aspects. Therefore, the economic management and control should be carried out on the basis of the natural protection to reduce the vulnerability, thus ensuring the stable development of water source for a safe follow-up water supply operation.
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表 1 水源地脆弱性评价指标体系
目标层 准则层 指标层 数据来源或计算方法 水源地脆弱性 自然因素 年降水量/mm 研究区统计年鉴 年降水相对变化率/% 汛期降水量/年降水量×100% 森林覆盖率/% 森林覆盖面积/流域面积×100% 水质级别 水源地级别 社会因素 人口密度/人·km−2 周边人口数量/流域面积 供需比/% 水源上游年来水量/水厂年需水量×100% 经济因素 人均GDP GDP/保护区人数 农药、化肥施用密度/t·hm−2 农药、化肥使用量/耕地面积 环保资金投入/万元·a−1 研究区统计年鉴 表 2 各指标从优性
越大越优型 越小越优型 常数从优型 年降水量、森林覆盖率、水质级别、环保资金投入 年降水相对变化率、人口密度、
人均GDP、农药和化肥施用密度供需比 表 3 各指标权重值
准则层 权重 指标 权重 X1 0.54 X11 0.28 X12 0.13 X13 0.31 X14 0.28 X2 0.16 X21 0.33 X22 0.67 X3 0.30 X31 0.30 X32 0.54 X33 0.16 表 4 一致性检验结果
目标层 一致性
指数/C一致性
比率/R准则层 一致性
指数/C一致性
比率/R水源地
脆弱性0.005 0.009 自然因素 0.007 0.008 社会因素 0.000 — 经济因素 0.005 0.009 表 5 脆弱性等级划分
项目 极高脆弱性 高脆弱性 中等脆弱性 低脆弱性 极低脆弱性 关联度K 0≤V≤0.2 0.2<V≤0.4 0.4<V≤0.6 0.6<V≤0.8 0.8<V≤1.0 脆弱性等级 V IV III II I 表 6 复合物元矩阵
脆弱性 指标 t/a 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 自然 X11 563.0 373.0 490.0 446.0 575.0 465.0 378.0 534.0 650.0 521.0 496.0 X12 78.0 79.0 67.0 87.0 75.0 91.0 80.0 77.0 79.0 81.0 85.0 X13 − − − − − 40.0 41.0 41.6 42.3 43.0 43.5 X14 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 社会 X21 1 079.0 1 133.0 1 196.0 1 230.0 1 261.0 1 289.0 1 311.0 1 323.0 1 324.0 1 323.0 1 313.0 X22 102.0 56.0 67.0 69.0 108.0 72.0 58.0 8.0 90.0 73.0 94.0 经济 X31 63 029.0 68 788.0 75 804.0 80 394.0 87 091.0 93 213.0 99 995.0 106 284.0 115 000.0 129 000.0 − X32 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4 0.4 − X33 273.7 360.0 378.2 415.8 494.2 515.6 603.6 586.3 774.4 818.3 − -
[1] 户作亮. 永定河综合治理与生态修复战略实践[J]. 中国水利, 2019(22): 16 − 18. doi: 10.3969/j.issn.1000-1123.2019.22.017 [2] 刘克勇. 永定河综合治理与生态修复是京津冀生态率先突破的一个亮点[J]. 中国水利, 2019(22): 4. doi: 10.3969/j.issn.1000-1123.2019.22.009 [3] OKEY T A, AGBAYANI S, ALIDINA H M. Mapping ecological vulnerability to recent climate change in Canada’s Pacific marine ecosystems[J]. Ocean & Coastal Management, 2015, 106: 35 − 48. [4] 王惠. 城市地表饮用水源地脆弱性评价方法研究[D]. 天津: 天津大学, 2012. [5] 赵勇, 翟家齐. 京津冀水资源安全保障技术研发集成与示范应用[J]. 中国环境管理, 2017, 9(4): 113 − 114. [6] 衣强, 郑宇, 原翠萍, 等. 北京市永定河平原城市段生态治理经验及建议[J]. 中国防汛抗旱, 2018, 28(3): 28 − 32. [7] 朱晓博, 高甲荣, 李诗阳, 等. 北京市永定河生态系统服务价值评价与研究[J]. 北京林业大学学报, 2015, 37(4): 90 − 97. [8] 李玉平, 蔡运龙. 河北省土地生态安全评价[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2007(6): 784 − 789. [9] 北京市统计局. 北京统计年鉴2008~2018[M]. 北京: 中国统计出版社, 2008~2018. [10] 北京市水务局. 北京市水资源公报(2008~2018)[EB/OL]. [2020-05-20]. http://swj.beijing.gov.cn/zwgk/szygb/. [11] 北京市生态环境局. 北京市生态环境状况公报(2008~2018)[EB/OL]. [2020-05-20]. http://sthjj.beijing.gov.cn/so/s.