馬文鵬，武曉峰，段淑懷，楊 坤，李世榮，劉佳璇

(1.清華大學(xué) 水利水電工程系/水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點實驗室，北京 100084； 2.北京市水土保持工作總站，北京 100036)

北京市山區(qū)面積為10 072 km2，占北京市總面積的61.4%。為了有效應(yīng)對北京市水資源缺乏、水污染嚴(yán)重的形勢，適應(yīng)山區(qū)經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，北京市從2003年開始，以水源保護(hù)為首要目的，開始探索建設(shè)生態(tài)清潔小流域[1]。北京市作為國內(nèi)開展生態(tài)清潔小流域建設(shè)較早的區(qū)域，經(jīng)過多年的建設(shè)，取得了明顯的成效。根據(jù)北京市水土保持公報，2001—2011年，北京市各項水土保持措施累計減少土壤流失928.5萬t，減少總磷流失270.1 t、總氮878.5 t、CODMn4 468.1 t，有效地保護(hù)了北京水源，保障了首都的水環(huán)境安全，改善了農(nóng)村的人居環(huán)境。

目前北京市生態(tài)清潔小流域建設(shè)中還存在前期的調(diào)查和監(jiān)測較少或缺失、措施布局缺乏科學(xué)依據(jù)等問題，需要對小流域的生態(tài)清潔程度進(jìn)行科學(xué)評價[2]。開展分級研究，一方面可以識別小流域建設(shè)中的薄弱點，從而細(xì)化小流域在不同階段的發(fā)展目標(biāo)，并依此制定合理的建設(shè)規(guī)劃，采取針對性的措施，逐步深入地推進(jìn)生態(tài)清潔小流域建設(shè)；另一方面，各小流域自然和社會經(jīng)濟(jì)條件不同，在進(jìn)行治理方案的選擇時，可依照小流域存在的問題來確定合適的治理措施與投資額度，提高治理的效益，全面提升小流域建設(shè)水平。通過研究，可將不同的小流域劃分成不同的類型，實施分類管理，鞏固已有的治理成果，保證小流域的可持續(xù)發(fā)展。如對生態(tài)涵養(yǎng)有重要作用的小流域，需要控制開發(fā)強(qiáng)度，減少污染；對適宜開發(fā)的小流域，需在加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、資源合理配置的前提下確定合理的開發(fā)強(qiáng)度[3]。

1 小流域生態(tài)清潔程度評價指標(biāo)體系

生態(tài)清潔小流域建設(shè)是對小流域綜合治理工作的繼承和發(fā)展，綜合了水土保持、面源污染、點源污染、河流健康和人居環(huán)境等多方面的內(nèi)涵。為對北京山區(qū)小流域生態(tài)清潔程度進(jìn)行評價，謝磊等[4]結(jié)合北京實際建立了山區(qū)小流域生態(tài)清潔程度評價指標(biāo)體系。本研究以此評價體系為基礎(chǔ)，確定了表1中坡面、溝道和村莊三部分共11項指標(biāo)的調(diào)查與評價方法，以北京市平谷、密云、懷柔、延慶、昌平、門頭溝和房山7個區(qū)縣山區(qū)559條小流域為研究對象，獲取了反映小流域生態(tài)清潔程度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料，開展了小流域生態(tài)清潔程度的評價研究。

表1 小流域生態(tài)清潔程度評價指標(biāo)體系

2 生態(tài)清潔小流域評價

2.1 小流域生態(tài)清潔的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

北京市生態(tài)清潔小流域建設(shè)開展時間不長，還未形成明確的評價標(biāo)準(zhǔn)，需隨著研究和實踐的深入不斷進(jìn)行完善。謝磊等[4]篩選了表2中土壤侵蝕強(qiáng)度、林草覆蓋率等10項關(guān)鍵指標(biāo)作為小流域生態(tài)清潔與否的評價標(biāo)準(zhǔn)。

表2 生態(tài)清潔小流域評價標(biāo)準(zhǔn)

表2中溝道水文形態(tài)指河流中支撐生物生存的水文及形態(tài)要素，其對水體自然狀態(tài)保持、生物群落的多樣性和河流恢復(fù)管理具有重要意義[5]。溝道水文形態(tài)特征主要包括：①水流速度、水量、泥沙輸運(yùn)及河流縱向、橫向和垂向的連續(xù)性等；②溝道的平面形態(tài)、斷面形態(tài)、河床底質(zhì)及河岸帶狀況(如是否受石墻圈圍或束窄、橫向工程的數(shù)量和高度、河底襯砌、植被受擾動的程度)。溝道水文形態(tài)是人與自然共同作用的結(jié)果，受人類活動的影響比較顯著。

本研究使用的小流域溝道水文數(shù)據(jù)來自北京市2011年水務(wù)普查水土保持專項調(diào)查數(shù)據(jù)。調(diào)查水文形態(tài)特征時以溝段為單元開展，從溝口開始劃分溝段，將水文形態(tài)要素均勻、一致的劃為一個溝段，如果某個要素發(fā)生變化，則另起一段。通常規(guī)定各溝段長度最短為10 m，最長為500 m。現(xiàn)場調(diào)查完畢后根據(jù)已有的北京山區(qū)溝段水文形態(tài)分級標(biāo)準(zhǔn)(共5級，分為極好、良好、一般、較差、極差)對各溝段進(jìn)行定級，從而可以得到各小流域主溝道水文形態(tài)各級長度比例，進(jìn)而對溝道進(jìn)行綜合定級，對該小流域溝道水文特征做出評價。

此前的標(biāo)準(zhǔn)由于缺乏足夠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，在制定評價標(biāo)準(zhǔn)時主要參考北京市已有的地方標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)范，指標(biāo)的適用性和普遍性存在一定的局限，僅能作為初步的分類標(biāo)準(zhǔn)開展生態(tài)清潔小流域的評價。本研究以調(diào)查獲取的實際數(shù)據(jù)和資料為基礎(chǔ)，在謝磊等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善，選取8項指標(biāo)作為對小流域是否生態(tài)清潔進(jìn)行評價的指標(biāo)，調(diào)整后的指標(biāo)以及各指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 調(diào)整后的生態(tài)清潔小流域評價標(biāo)準(zhǔn)

與此前的評價標(biāo)準(zhǔn)相比，本研究基于大量數(shù)據(jù)的調(diào)研和分析，對指標(biāo)進(jìn)行了以下方面的改進(jìn)：

(1) “土壤侵蝕強(qiáng)度”改為“土壤侵蝕面積比例”。本次研究獲取的土壤侵蝕數(shù)據(jù)為利用遙感數(shù)據(jù)劃分的土壤侵蝕強(qiáng)度等級，而不是通過野外調(diào)查的方法得到的具體侵蝕數(shù)據(jù)，因而無法以既定的200 t/(km2·a)進(jìn)行評價。而通過已有的土壤侵蝕強(qiáng)度分級數(shù)據(jù)，可以計算得到每個小流域準(zhǔn)確的土壤侵蝕面積，通過土壤侵蝕面積比例能客觀地反映小流域的土壤侵蝕狀況。在制定具體的分類標(biāo)準(zhǔn)時，由于缺乏已有的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，此處結(jié)合北京山區(qū)實際狀況，采用研究區(qū)土壤侵蝕面積比例的平均值0.3作為限值。

(2) 對“溝道水文形態(tài)”的評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改。此前的評價標(biāo)準(zhǔn)中按照小流域主溝道是否存在“較差”和“極差”溝段來進(jìn)行劃分，這樣劃分時研究區(qū)內(nèi)僅有172條小流域滿足條件，并且存在小流域絕大部分溝段水文形態(tài)級別為“較差”以上，致使某些小流域因有極少部分“較差”或“極差”溝段的存在而未達(dá)到生態(tài)清潔小流域的標(biāo)準(zhǔn)，如昌平區(qū)的裕陵、門頭溝區(qū)的鰲魚溝、延慶縣的河口等小流域，其“較差”和“極差”溝段所占的比例不足2%。這說明此前的標(biāo)準(zhǔn)過嚴(yán)，將在很大程度上限制生態(tài)清潔小流域的數(shù)目，并對最終分類的結(jié)果產(chǎn)生較大影響，不能客觀地反映北京山區(qū)小流域的實際情況。為此，評價過程中我們將調(diào)查得到的溝段數(shù)據(jù)進(jìn)行了如下處理：先對表4中各級別的溝段進(jìn)行賦值，然后根據(jù)各溝段所占比例計算加權(quán)平均值T，并將其作為小流域溝道水文形態(tài)的評價依據(jù)。表3中即采用研究區(qū)溝道水文形態(tài)的平均值1.737作為標(biāo)準(zhǔn)限值。

表4 溝道水文形態(tài)分值計算表

(3) 將“流域出口斷面水質(zhì)”和“淺層地下水水質(zhì)”合并為“水質(zhì)狀況”。由于調(diào)查數(shù)據(jù)有限，對無水質(zhì)數(shù)據(jù)的小流域無法進(jìn)行這兩方面的評價，這會對小流域生態(tài)清潔程度評價與分級造成困難，不利于小流域互相比較，因此此處將出口斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)和淺層地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)(水樣從大口井取得)進(jìn)行合并，同時將限制標(biāo)準(zhǔn)定為“水質(zhì)評價在Ⅲ類以上(含Ⅲ類)”，無水質(zhì)數(shù)據(jù)的小流域暫定為滿足此項標(biāo)準(zhǔn)。

(4) “沿村溝道行洪能力”指標(biāo)暫不考慮。在此前的評價體系中，按照洪水重現(xiàn)期來劃分生態(tài)清潔小流域標(biāo)準(zhǔn)，此次由于受調(diào)查數(shù)據(jù)資料的限制，暫不能做出評價，可對此問題進(jìn)行專門研究，再將其作為評價指標(biāo)，進(jìn)一步完善評價體系。

(5) 在表1的評價體系中，共采用了11項指標(biāo)對北京山區(qū)小流域生態(tài)清潔程度進(jìn)行單因子評價，在確定分類標(biāo)準(zhǔn)時，未納入“土壤侵蝕強(qiáng)度”、“梯田完好率”和“綠化美化狀況”。土壤侵蝕強(qiáng)度指標(biāo)通過土壤侵蝕面積比例有充分的反映，后兩項指標(biāo)對小流域生態(tài)清潔程度影響相對較弱，相關(guān)專家和水土保持工作人員持有不同意見，故此次制定分類評價標(biāo)準(zhǔn)時不予考慮。

對研究區(qū)內(nèi)的每一條小流域，將調(diào)查得到的數(shù)據(jù)和對應(yīng)的指標(biāo)分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逐一比較，篩選出能夠滿足所有8項標(biāo)準(zhǔn)的小流域，即劃分為生態(tài)清潔小流域，否則為非生態(tài)清潔小流域。

2.2 評價結(jié)果及分析

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，對559條小流域的8項關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行對比，得出其中的57條小流域均滿足各項指標(biāo)的要求(圖1)。生態(tài)清潔小流域分布比較零散，在7個區(qū)縣均有分布，但各區(qū)縣生態(tài)清潔小流域在數(shù)量上有較大差別。延慶縣和懷柔區(qū)的生態(tài)清潔小流域數(shù)目最多，均為16條，延慶縣的生態(tài)清潔小流域主要集中在延慶縣北部，而懷柔區(qū)的生態(tài)清潔小流域則分布在區(qū)內(nèi)不同的地方。門頭溝區(qū)、平谷區(qū)和房山區(qū)的生態(tài)清潔小流域均不足5條，數(shù)目最少。對各區(qū)縣生態(tài)清潔小流域的比例進(jìn)行計算得出，延慶、昌平和懷柔境內(nèi)生態(tài)清潔小流域比例最大，分別為19.5%、16.7%和14.5%，同時生態(tài)清潔小流域數(shù)目也處于前三位，生態(tài)清潔程度較好，而房山和門頭溝境內(nèi)生態(tài)清潔小流域比例最低，均在5%以下，同時生態(tài)清潔小流域數(shù)目也較少，生態(tài)清潔程度較差。

為了深入分析非生態(tài)清潔小流域的“短板因素”，為小流域規(guī)劃和效益評價提供依據(jù)，評價過程中采用“打分”的方式來衡量小流域各項指標(biāo)的達(dá)標(biāo)情況：對每一項指標(biāo)，如果該小流域滿足評價標(biāo)準(zhǔn)，則得1分，否則得0分，若小流域能滿足表2中的8項標(biāo)準(zhǔn)，則得8分，被評為生態(tài)清潔小流域；若得分不足8分，則說明該小流域在某方面尚未滿足標(biāo)準(zhǔn)，有待加強(qiáng)。

圖1 北京山區(qū)生態(tài)清潔小流域分布

從單項指標(biāo)評價結(jié)果看，滿足生態(tài)清潔標(biāo)準(zhǔn)的小流域占絕大多數(shù)。在單項指標(biāo)中，滿足要求的小流域數(shù)目最少的是“土壤侵蝕面積比例”指標(biāo)，為285條，占被評價小流域總數(shù)的51.0%，滿足其他各項指標(biāo)要求的小流域的數(shù)目均在300條以上，占被評價小流域總數(shù)的60%以上，而在綜合考慮各項因素之后滿足條件的僅有57條，占小流域總數(shù)的10.2%。這表明很多小流域存在著“短板因素”，雖然沒有被評價為生態(tài)清潔小流域，但并不意味著這些非生態(tài)清潔小流域的總體情況都很差，而僅是其中的一些項目沒有達(dá)到要求。

得分為7分，即僅有一項指標(biāo)未滿足標(biāo)準(zhǔn)的小流域有159條，其中，土壤侵蝕面積比例不達(dá)標(biāo)的有74條，占46.5%，成為這些小流域中制約其歸類為生態(tài)清潔小流域的首要因素，只要對這些小流域采取合理的水土保持措施，就能早日建成生態(tài)清潔小流域?；适┯脧?qiáng)度和溝道水文形態(tài)不達(dá)標(biāo)的各有34條和31條，分別占21.4%和19.5%。

得分在6分及以上的小流域數(shù)目為402條，占小流域總數(shù)的71.9%，表明北京山區(qū)生態(tài)清潔程度總體情況良好。盡管目前僅57條小流域達(dá)到現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，但559條小流域中的345條小流域只有1～2項指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，只要對短板因素盡快采取針對性措施加強(qiáng)治理，即可在短期內(nèi)達(dá)到生態(tài)清潔小流域的目標(biāo)。

3 小流域生態(tài)清潔程度分級

開展小流域是否生態(tài)清潔的評價，可以綜合反映小流域的生態(tài)清潔程度，從現(xiàn)有的評價體系識別已達(dá)到各項評價標(biāo)準(zhǔn)的小流域，從而為進(jìn)一步明確生態(tài)清潔小流域的內(nèi)涵，推廣生態(tài)清潔小流域的建設(shè)經(jīng)驗提供示范。北京山區(qū)有559條小流域，受財力、物力和人力的限制，不可能同時開展治理。只有明確小流域治理的方向以及緊迫性，才能分期分重點地解決問題，合理有序地推進(jìn)全市生態(tài)清潔小流域建設(shè)。本研究以調(diào)查數(shù)據(jù)和資料為基礎(chǔ)，對小流域的各項指標(biāo)和綜合情況進(jìn)行排序，并依此將小流域劃分為不同的級別，開展北京山區(qū)小流域生態(tài)清潔程度的相對評價。

3.1 指標(biāo)排序

對各項評價指標(biāo)，根據(jù)實際調(diào)查得到的數(shù)據(jù)和資料，按照表5中的排序依據(jù)對11項指標(biāo)從好到差進(jìn)行排序，從而得到559條小流域各項指標(biāo)的排序值，該排序值反映了小流域在各項考察內(nèi)容中的相對生態(tài)清潔程度。在排序過程中，對同一指標(biāo)，若不同小流域取值相同，則取這些相同值的平均排位作為排序值。

表5 評價指標(biāo)排序依據(jù)

在得到小流域各單項評價指標(biāo)的排序值之后，即可獲知該小流域該項指標(biāo)在研究區(qū)的相對排名，由于排序過程中不涉及對指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)的選擇，該排序值能較客觀地反映小流域在該項指標(biāo)下的生態(tài)清潔相對狀況，明確小流域該項指標(biāo)在研究區(qū)內(nèi)的排名，獲知與排名靠前的小流域之間的差距，進(jìn)而引起管理人員對薄弱部分的關(guān)注。

將該小流域所有11項指標(biāo)的排序值相加得到的總分，作為小流域的綜合得分，并依此進(jìn)行類似單項指標(biāo)的綜合排序，綜合得分越小的小流域綜合排序越靠前。圖2即為本次研究中小流域的綜合排序的結(jié)果。排序靠前的小流域(1—100名)主要分布在懷柔區(qū)、密云縣以及延慶縣的松山自然保護(hù)區(qū)一帶，排名靠后的小流域(401—559名)則主要分布在平谷區(qū)、密云縣南部、門頭溝區(qū)和房山區(qū)。

圖2 山區(qū)小流域綜合排序分布

3.2 分級結(jié)果及分析

根據(jù)小流域綜合排序的分值即可對北京山區(qū)小流域進(jìn)行分級。本次研究將559條小流域共劃分為10個不同的級別，且分級時對生態(tài)清潔小流域和非生態(tài)清潔小流域按照綜合得分分別進(jìn)行排序，并以小流域綜合得分所處的不同區(qū)間各分為5級，即以生態(tài)清潔小流域總數(shù)的20%為級差，將57條生態(tài)清潔小流域分為“生態(tài)清潔1級”至“生態(tài)清潔5級”；同樣以非生態(tài)清潔小流域總數(shù)的20%為級差，將502條非生態(tài)清潔小流域劃分為“非生態(tài)清潔1級”至“非生態(tài)清潔5級”。在這10個級別中，生態(tài)清潔程度最高的為“生態(tài)清潔1級”，最低的為“非生態(tài)清潔5級”，且生態(tài)清潔小流域級別均高于非生態(tài)清潔小流域。

將分級結(jié)果按照區(qū)縣進(jìn)行統(tǒng)計，在圖3生態(tài)清潔小流域分級結(jié)果中，延慶縣和懷柔區(qū)的生態(tài)清潔小流域數(shù)目均為16條，但懷柔區(qū)14條生態(tài)清潔小流域位于前3級，占該區(qū)生態(tài)清潔小流域的87.5%，而延慶縣位于前3級的生態(tài)清潔小流域僅占43.8%，狀況明顯不如懷柔區(qū)。門頭溝區(qū)和平谷區(qū)的生態(tài)清潔小流域均為4條，但進(jìn)行分級比較可以發(fā)現(xiàn)，門頭溝區(qū)的生態(tài)清潔小流域均位于前3級，而平谷區(qū)的均位于后2級，生態(tài)清潔程度明顯劣于門頭溝區(qū)。

在圖4非生態(tài)清潔小流域分級中，懷柔區(qū)53條非生態(tài)清潔小流域位于前2級，占該區(qū)非生態(tài)清潔小流域數(shù)目的56.4%，而平谷區(qū)85.3%的非生態(tài)清潔小流域位于后2級，排名非常靠后，生態(tài)清潔狀況不容樂觀。

圖3 各區(qū)縣生態(tài)清潔小流域分級

4 結(jié)論與建議

本研究以北京山區(qū)小流域生態(tài)清潔程度評價指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，根據(jù)調(diào)查獲取的數(shù)據(jù)和資料對生態(tài)清潔小流域進(jìn)行了評價和分級。

圖4 各區(qū)縣非生態(tài)清潔小流域分級

(1)在進(jìn)行小流域是否生態(tài)清潔的評價時，首先根據(jù)實際調(diào)研的數(shù)據(jù)確定用于評價的關(guān)鍵指標(biāo)，并在對數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上確定合理的評價標(biāo)準(zhǔn)；然后對小流域的每項指標(biāo)進(jìn)行逐項評分，根據(jù)小流域8項指標(biāo)的得分情況，將小流域分為生態(tài)清潔小流域和非生態(tài)清潔小流域，同時揭示了不同小流域生態(tài)清潔建設(shè)中存在的“短板因素”，有利于快速識別小流域建設(shè)的薄弱部分，因地制宜地開展治理規(guī)劃和采取綜合治理措施。

(2)在分級時，首先對小流域的各項評價指標(biāo)進(jìn)行排序，得到其在各項指標(biāo)下的排序值；然后將所有排序值相加得到的數(shù)值作為小流域的綜合得分，并依此將小流域劃分為10個生態(tài)清潔程度不同的級別，開展北京山區(qū)小流域生態(tài)清潔程度的相對評價。

(3)綜合小流域生態(tài)清潔程度的分級結(jié)果，可以有效識別小流域的生態(tài)清潔狀況，為治理規(guī)劃提供參考。如對于非生態(tài)清潔小流域中級別較高的小流域，這些小流域存在未達(dá)到要求的個別關(guān)鍵指標(biāo)，但其他指標(biāo)合格且整體情況良好，在治理中只需針對未達(dá)標(biāo)指標(biāo)及時采取治理和修復(fù)措施，就可建設(shè)成為生態(tài)清潔小流域。而非生態(tài)清潔小流域中級別較低的小流域，不僅存在未達(dá)到要求的關(guān)鍵指標(biāo)，且大部分指標(biāo)情況較差，需要對流域整體采取綜合性治理和修復(fù)措施，通過長期努力才能對生態(tài)清潔狀況予以改善[3]。

隨著研究和實踐的深入，對小流域進(jìn)行生態(tài)清潔評價的指標(biāo)和評價標(biāo)準(zhǔn)會變化，因而對小流域是否生態(tài)清潔的劃分需要重新界定。同時，隨著小流域治理工作的開展，其各項指標(biāo)的相對排序值也會發(fā)生變化，最終影響小流域生態(tài)清潔程度的分級結(jié)果，需要對小流域進(jìn)行長期跟蹤，不斷優(yōu)化治理措施，提升北京市生態(tài)清潔小流域建設(shè)水平。

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