王冰潔,劉朋鋼,楊海龍,劉慧博,王志剛,張薔

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京)

北京山區(qū)河流自然性評(píng)價(jià)系統(tǒng)及其應(yīng)用

王冰潔,劉朋鋼,楊海龍?,劉慧博,王志剛,張薔

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京)

合理的河流自然性評(píng)價(jià)對(duì)于開發(fā)利用水土資源,做好水土保持工作有積極作用。通過構(gòu)建包含定性、定量共23個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的北京山區(qū)河流自然性評(píng)價(jià)體系,用層次分析法(AHP)確定各指標(biāo)的權(quán)重,將北京山區(qū)河流分為“自然狀態(tài)”“近自然狀態(tài)”“退化狀態(tài)”“嚴(yán)重退化狀態(tài)”和“人工化狀態(tài)”5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。為了提高評(píng)價(jià)效率,實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)過程的程序化,為河流管理者分析問題、制訂相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)措施等決策提供依據(jù),以五元聯(lián)系數(shù)為評(píng)價(jià)模型,用Java語(yǔ)言開發(fā)出北京山區(qū)河流自然性評(píng)價(jià)系統(tǒng)?；跇?gòu)建的評(píng)價(jià)體系,以北京山區(qū)安達(dá)木河上游2008、2011年的數(shù)據(jù)為例,采用所開發(fā)的系統(tǒng)對(duì)安達(dá)木河進(jìn)行自然性評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,安達(dá)木河評(píng)價(jià)等級(jí)整體呈下降趨勢(shì),16個(gè)河樣帶中有9個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)不同程度下降,這些河段靠近村莊,受人為活動(dòng)影響較大。

河流自然性評(píng)價(jià)；評(píng)價(jià)系統(tǒng)；層次分析法；五元聯(lián)系數(shù)

人們常把河流比作地球的大動(dòng)脈[1],河流生態(tài)系統(tǒng)的自然性狀況關(guān)系到人類的生存和發(fā)展。近些年,由于人為干擾等因素的影響河,河流水質(zhì)不斷惡化,水土流失加劇,伴隨而來的河流生態(tài)問題日益嚴(yán)重,人類社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展亦受到威脅,因此,河流生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)及保護(hù)顯得格外重要。河流是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),能否對(duì)河流的自然性狀況做出準(zhǔn)確地判斷和評(píng)價(jià)直接影響到修復(fù)措施的效果。目前,國(guó)內(nèi)外的河流自然性評(píng)價(jià)方法主要有生物監(jiān)測(cè)法和綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)法[2]2種。前者由于指標(biāo)單一,對(duì)系統(tǒng)整體評(píng)價(jià)結(jié)果影響較大,有一定的局限性[3]；后者指標(biāo)綜合,在系統(tǒng)評(píng)價(jià)水平上適用性更強(qiáng),應(yīng)用較廣泛[2]。層次分析法(AHP)和集對(duì)分析相結(jié)合的方法屬于綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)法的一種,用其對(duì)河流進(jìn)行自然性評(píng)價(jià),結(jié)果準(zhǔn)確、合理,已經(jīng)得到驗(yàn)證[4-5]；但是,此方法評(píng)價(jià)過程復(fù)雜,計(jì)算步驟繁瑣,需要借助計(jì)算機(jī)技術(shù),將評(píng)價(jià)過程程序化,以縮減評(píng)價(jià)時(shí)間。

筆者通過構(gòu)建適合北京山區(qū)河流的具有層次性的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,用層次分析法(AHP)確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值[6],以五元聯(lián)系數(shù)為評(píng)價(jià)模型,用Java語(yǔ)言開發(fā)北京山區(qū)河流自然性評(píng)價(jià)系統(tǒng),以期將復(fù)雜的評(píng)價(jià)過程極大地優(yōu)化,提高評(píng)價(jià)效率,簡(jiǎn)潔、直觀地顯示評(píng)價(jià)對(duì)象的自然性評(píng)價(jià)等級(jí),為河流管理者分析問題、制訂相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)措施等決策提供指導(dǎo)。

1 評(píng)價(jià)系統(tǒng)的核心模型

1.1 選取評(píng)價(jià)指標(biāo)以及構(gòu)建評(píng)價(jià)體系

1.1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)獲取原則 考慮到地域差異性,需要按照河流的實(shí)際情況,選擇合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[7]。按照科學(xué)性、獨(dú)立性、可操作性、目標(biāo)性、系統(tǒng)性等評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則,在借鑒英國(guó)河流生境調(diào)查法(RHS)[8]和國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料[4,9-11]的基礎(chǔ)上,先選取一部分候選指標(biāo),然后結(jié)合北京山區(qū)河流特性,剔除對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)特征貢獻(xiàn)率不高的指標(biāo),最終確定了流速等23個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

影響河流自然性評(píng)價(jià)的多種因素具有顯著的層次性,這決定了建立的評(píng)價(jià)體系亦應(yīng)具有相應(yīng)的層次性[12-13]。構(gòu)建的評(píng)價(jià)體系包含3個(gè)層次:1)目標(biāo)層,反映河流自然性的總體水平,是指標(biāo)層、準(zhǔn)則層逐層聚合的結(jié)果；2)準(zhǔn)則層,銜接目標(biāo)層和指標(biāo)層。從6個(gè)方面反映河流自然性水平；3)指標(biāo)層,評(píng)價(jià)的最基本單元,包含定量指標(biāo)和定性指標(biāo),共23個(gè)。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見表1。

1.1.2 定量指標(biāo)的測(cè)定方法

1)流速C11:采用經(jīng)典漂浮法。

2)水資源開發(fā)利用率C13:為水資源開發(fā)利用量與水資源總量的比值。

3)生態(tài)需水滿足程度C14:指能夠滿足河流水量平衡、水沙平衡、水質(zhì)達(dá)標(biāo)、生物群落存活及河流生態(tài)所需要的最小水資源量,選取最佳滿足度100%為參考值。

4)河道蜿蜒度C21:河段彎曲長(zhǎng)度與河段直線長(zhǎng)度的比值。

5)寬深比C24:河段寬度與河段深度的比值。

6)水質(zhì)污染狀況 C31:用水質(zhì)平均污染指數(shù)(WQI)評(píng)定,公式為

式中:W為水質(zhì)平均污染指數(shù)；n為調(diào)查評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)目；m為調(diào)查區(qū)域內(nèi)的調(diào)查斷面的數(shù)目；Cij為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)在j取樣點(diǎn)處的實(shí)測(cè)值；Sij為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的參照GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的三類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

7)底泥污染狀況C32:計(jì)算公式為

式中:I為底泥平均污染指數(shù)；n為調(diào)查評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)目；m為某一調(diào)查研究區(qū)域中調(diào)查斷面的數(shù)目；Ci為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值；C0i為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)參照GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。

8)防洪標(biāo)準(zhǔn)C43:指堤防等防洪設(shè)施防御洪水的重現(xiàn)期或頻率。

9)浮游動(dòng)物C51、浮游植物C52:用Shannon-Wiener生物多樣性指數(shù)評(píng)定。

10)底棲動(dòng)物多樣性C53:用Goodnight修正指數(shù)(G.B.I)評(píng)定。

11)景觀多樣性指數(shù)C61:用Romme的景觀豐富度指數(shù)計(jì)算。

12)觀賞游憩價(jià)值 C62:采用旅行計(jì)算法(TCM)[14]計(jì)算。

1.1.3 定性指標(biāo)的測(cè)定方法

1)流態(tài)C12:記錄某種流態(tài)(自由跌落、斜槽、混流、上涌、平滑、靜止、干涸等)在調(diào)查斷面中出現(xiàn)的頻次。

2)岸坡結(jié)構(gòu)C22:岸坡的材料以及石塊占到護(hù)坡高度的比例。

3)邊灘C23:調(diào)查斷面中邊灘的數(shù)量。

4)特殊生境C25:某種特殊生境類型(辮狀河道、淺水沼澤、地下水出口、林沼等)出現(xiàn)的情況。

表1 指標(biāo)層和準(zhǔn)則層指標(biāo)權(quán)重值Tab.1 Calculation of weights of index layer and rule layer

5)河床底質(zhì)C26:考察基巖、漂礫、圓石、砂礫、卵石、細(xì)砂、淤泥、泥土等天然河床底質(zhì)在調(diào)查斷面中出現(xiàn)的頻率。

6)河岸特征C41:調(diào)查天然的河岸特征生境(如侵蝕或穩(wěn)定河岸、有無植被的曲流或側(cè)向邊灘)出現(xiàn)的頻率。

7)河岸植被結(jié)構(gòu)C42:調(diào)查河岸喬、灌、草空間層次情況。

8)河岸土地利用方式C44:考察左右岸的土地利用類型。

9)河岸林相關(guān)特征C45:考察喬木的分布情況。

10)水土流失C46:選取植被覆蓋率和坡度2個(gè)要素構(gòu)建指標(biāo)交叉表模型來評(píng)價(jià)河岸帶水土流失風(fēng)險(xiǎn)度,歸一化處理后作為評(píng)價(jià)對(duì)象的水土流失指標(biāo)。

1.1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 通過查閱相關(guān)資料、對(duì)比參考等方法,將河流的自然性劃分為5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)等級(jí),即“自然狀態(tài)”“近自然狀態(tài)”“退化狀態(tài)”“嚴(yán)重退化狀態(tài)”“人工化狀態(tài)”。

1)自然狀態(tài)Ⅰ:生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整,具有協(xié)調(diào)性、穩(wěn)定性以及一定程度的可恢復(fù)性,人類干擾極少,原生態(tài)特征顯著。

2)近自然狀態(tài)Ⅱ:河流水速、深度、縱斷面的坡度交替變化,河床和河岸帶植被為動(dòng)物的生存提供了良好的生境,原生植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),河道存在自然的深潭和淺灘,景觀美學(xué)價(jià)值極高。

3)退化狀態(tài)Ⅲ:部分河道出現(xiàn)人工整治現(xiàn)象,河床受輕微擾動(dòng),河寬變化較?。坏螒B(tài)與自然河溪相似,河岸帶植被包括原始種和少部分引入種,河流岸坡穩(wěn)定,河岸帶具有豐富的小生境,娛樂休閑日數(shù)較長(zhǎng)。河流存在退化征兆。

4)嚴(yán)重退化狀態(tài)Ⅳ:河流功能退化。人工干擾河流現(xiàn)象強(qiáng)烈,大部分河道人工固砌,有小型的固底工程和跌水,影響了魚類的洄游,河岸帶植被退化,景觀娛樂功能消失。

5)人工化狀態(tài)Ⅴ:河流原始結(jié)構(gòu)消失,人工痕跡占優(yōu)勢(shì),具體表現(xiàn)包括實(shí)施河道整治工程,剪成了直線型渠道,同時(shí),采用梯形斷面,對(duì)側(cè)坡及河底全面進(jìn)行混凝土襯砌,種植了整齊的樹木等。

定性指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下(自然狀態(tài)為4分,近自然狀態(tài)為3分,退化狀態(tài)為2分,嚴(yán)重退化狀態(tài)為1分,人工化狀態(tài)為0分)。

1)流態(tài)C12:某種流態(tài)在調(diào)查河段中——若出現(xiàn)6～10次,為自然狀態(tài)；若出現(xiàn)4～5次,為近自然狀態(tài)；若出現(xiàn)2～3次,為退化狀態(tài)；若出現(xiàn)1次或在調(diào)查河段中出現(xiàn)的流態(tài)不是優(yōu)勢(shì)流態(tài),為嚴(yán)重退化狀態(tài)；若河床干涸,則為人工化狀態(tài)。

2)岸坡結(jié)構(gòu)C22:若岸坡穩(wěn)定,有喬、灌、草本護(hù)坡,為自然狀態(tài)；若岸坡穩(wěn)定,有灌木和草本護(hù)坡,為近自然狀態(tài)；若岸坡松散,僅有稀疏灌木和草本,為退化狀態(tài)；若岸坡不穩(wěn)定,僅有疏松泥沙或土壤,為嚴(yán)重退化狀態(tài)；若人工化占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì),則為人工化狀態(tài)。

3)邊灘C23:若邊灘總數(shù)大于8個(gè),為自然狀態(tài)；若邊灘總數(shù)4～7個(gè),為近自然狀態(tài)；邊灘總數(shù)2～3個(gè),為退化狀態(tài)；邊灘總數(shù)1個(gè),為嚴(yán)重退化狀態(tài)；若人工化占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì),則為人工化狀態(tài)。

4)特殊生境C25:只要某種特殊生境類型出現(xiàn),就為自然狀態(tài)；沒有特殊生境類型出現(xiàn),則為人工化狀態(tài)。

5)河床底質(zhì) C26:天然河床底質(zhì)在調(diào)查斷面中——若出現(xiàn)6～10次,為自然狀態(tài)；若出現(xiàn)4～5次,為近自然狀態(tài)；若出現(xiàn)2～3次,為退化狀態(tài)；若出現(xiàn)1次,為嚴(yán)重退化狀態(tài)；若河床干涸、人工底質(zhì),則為人工化狀態(tài)。

6)河岸特征C41:天然的河岸特征生境——若出現(xiàn)6～10次,為自然狀態(tài)；若出現(xiàn)4～5次,為近自然狀態(tài)；若出現(xiàn)2～3次,為退化狀態(tài)；若出現(xiàn)1次或某天然的河岸特征生境在調(diào)查河段中出現(xiàn)但未在調(diào)查斷面中出現(xiàn),為嚴(yán)重退化狀態(tài)；若天然的河岸特征生境沒有出現(xiàn),則為人工化狀態(tài)。

7)河岸植被結(jié)構(gòu)C42:對(duì)河流左右岸、坡頂和坡面分別評(píng)分。10個(gè)調(diào)查斷面中——植被層次≥2的斷面有7個(gè)以上,為自然狀態(tài)；若植被層次≥2的斷面有4～6個(gè),為近自然狀態(tài)；若植被層次≥2的斷面2～3個(gè),為退化狀態(tài)；若植被層次≥2的斷面只有1個(gè),為嚴(yán)重退化狀態(tài)；若沒有植被層次≥2的斷面,則為人工化狀態(tài)。

8)河岸土地利用方式C44:若兩岸的土地主要為天然林地、草地或山體,無生產(chǎn)、生活活動(dòng)痕跡,為自然狀態(tài)；若兩岸的土地主要為人工林,無農(nóng)田等利用方式,為近自然狀態(tài)；若兩岸的土地主要為農(nóng)田,特別是高桿的莊稼,靠近河邊有部分林地存在,為退化狀態(tài)；若兩岸的土地主要為道路,道路侵占了河岸帶,在外圍可有一定量農(nóng)田,但無林地存在,為嚴(yán)重退化狀態(tài)；若兩岸的土地主要為建筑用地(民宅),并伴有一定交通用地存在,則為人工化狀態(tài)。

9)河岸林相關(guān)特征C45:若喬木分布連續(xù)或樹枝覆蓋河床、河岸樹根裸露、水下樹根、粗木質(zhì)殘?bào)w、倒木生境出現(xiàn),且倒木分布廣泛,為自然狀態(tài)；若喬木分布半連續(xù)或粗木質(zhì)殘?bào)w分布廣泛,為近自然狀態(tài)；若喬木呈等間距分布或廣泛在≥33%的河段范圍內(nèi)出現(xiàn),為退化狀態(tài)；若喬木分布稀疏,為嚴(yán)重退化狀態(tài)；若無喬木,則為人工化狀態(tài)。

10)水土流失C46:若微度水土流失,為自然狀態(tài)；若輕度水土流失,為近自然狀態(tài)；若中度水土流失,為退化狀態(tài)；若強(qiáng)度水土流失,為嚴(yán)重退化狀態(tài)；若極強(qiáng)度水土流失,則為人工化狀態(tài)。

定量指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

1.3 評(píng)價(jià)方法

采用五元聯(lián)系數(shù)對(duì)河流的自然性進(jìn)行合理評(píng)價(jià),以期達(dá)到真實(shí)反映評(píng)價(jià)對(duì)象現(xiàn)狀的目的。五元聯(lián)系數(shù)是集對(duì)分析的推廣,可準(zhǔn)確地表達(dá)分類系統(tǒng)的不確定性和提高系統(tǒng)分析的精確性。其表達(dá)式[15]可寫為

表2 定量指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Criteria for quantitative evaluation indexes

式中:相似度a∈[0,1]；差異度bi∈[0,1]；對(duì)立度c∈[0,1]；滿足a+b1+b2+b3+c=1；fi∈[-1,1]；j=-1。

假定目標(biāo)層集合A={河流自然性評(píng)價(jià)等級(jí)},評(píng)價(jià)對(duì)象集合B={河流自然性評(píng)價(jià)指標(biāo)},m(1≤m≤5)代表評(píng)價(jià)等級(jí),建立五元聯(lián)系度集合u(A～B),然后進(jìn)一步將各個(gè)等級(jí)中的標(biāo)準(zhǔn)值與評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際取值進(jìn)行對(duì)比分析。具體過程[5,16]如下:

1)計(jì)算聯(lián)系度參數(shù)a、bi、c:若評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際取值處在標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)等級(jí)中,則a=1,b1=b2=b3=c= 0；若實(shí)際取值處在相鄰等級(jí)中,則c=0,實(shí)際取值與標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)等級(jí)越接近,則a越大,反之c越大；若所處等級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)等級(jí)相隔1個(gè)等級(jí),則a=0, c=0,與標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)等級(jí)越接近則b1越大,反之b2越大；若所處等級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)等級(jí)相隔3個(gè)或3個(gè)以上等級(jí),則c=1,a=b1=b2=b3=0[17]。

為方便計(jì)算,需先將定性指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)量化然后再進(jìn)行計(jì)算分析,式(2)給出了河流自然性評(píng)價(jià)指標(biāo)層指標(biāo)相對(duì)于“自然狀態(tài)”的聯(lián)系度計(jì)算方法,以此求得各個(gè)指標(biāo)相對(duì)于“自然狀態(tài)”的聯(lián)系度參數(shù)a、b1、b2、b3、c。

式中:um為評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于第m評(píng)價(jià)等級(jí)的五元聯(lián)系數(shù)；Smi為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)各級(jí)的閾值；xi為評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際取值。

2)準(zhǔn)則層指標(biāo)的五元聯(lián)系數(shù)為

4)同理,可以計(jì)算出目標(biāo)層指標(biāo)相對(duì)于“近自然狀態(tài)”“退化狀態(tài)”“嚴(yán)重退化狀態(tài)”“人工化狀態(tài)”的聯(lián)系度參數(shù)。根據(jù)均分原理,令f1=0.5,f2= 0,f3=-0.5,j=-1,分別得到目標(biāo)層相對(duì)于5個(gè)等級(jí)的聯(lián)系數(shù)u1、u2、u3、u4、u5,最后,比較它們的大小以確定評(píng)價(jià)對(duì)象所屬的河流自然性評(píng)價(jià)等級(jí)。

2 評(píng)價(jià)系統(tǒng)的主要功能設(shè)計(jì)

北京山區(qū)河流自然性評(píng)價(jià)模型系統(tǒng)引入眾多適合研究對(duì)象的評(píng)價(jià)指標(biāo),并用層次分析法(AHP)計(jì)算分析各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重,用五元聯(lián)系數(shù)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行河流自然性評(píng)價(jià)分析,方便評(píng)價(jià)信息的存儲(chǔ)、管理與查詢,可以呈現(xiàn)直觀的評(píng)價(jià)效果圖,更好地為河流管理者服務(wù)。本系統(tǒng)的主要功能有系統(tǒng)管理、河流信息管理、河流自然性評(píng)價(jià)。

1)系統(tǒng)管理模塊設(shè)計(jì):出于對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性和系統(tǒng)的安全性考慮,系統(tǒng)登錄用戶分為管理員用戶和普通用戶,管理員用戶登錄系統(tǒng)后有權(quán)限添加、刪除用戶,以及編輯用戶的信息。

2)河流信息管理模塊設(shè)計(jì):主要包含河流基本信息、河流子段信息的編輯與存儲(chǔ)。在河流信息管理界面,可以添加、刪除河流,添加河流需要編輯河流的名稱、長(zhǎng)度、位置、數(shù)據(jù)錄入年份等基本信息,每條河流又可以添加、編輯子段信息,錄入的子段信息含子段長(zhǎng)度、眾評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際取值等。河流信息管理按年份存儲(chǔ)、管理河流數(shù)據(jù),方便對(duì)比分析同一條河流自然性變化趨勢(shì)。

3)河流自然性評(píng)價(jià)模塊設(shè)計(jì):本系統(tǒng)的核心功能。對(duì)輸入的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算,得出河流各子段目標(biāo)層指標(biāo)相對(duì)于“自然狀態(tài)”“近自然狀態(tài)”“退化狀態(tài)”“嚴(yán)重退化狀態(tài)”“人工化狀態(tài)”的聯(lián)系度參數(shù),自動(dòng)判斷子段的自然性評(píng)價(jià)等級(jí),并生成整條河流的評(píng)價(jià)效果圖。

4)功能模塊間的銜接:進(jìn)入系統(tǒng),在河流管理中,添加河流,編輯并保存河流基本信息,然后添加子段,編輯子段信息并輸入評(píng)價(jià)指標(biāo)取值,保存后,系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算聯(lián)系度參數(shù),進(jìn)入自然性評(píng)價(jià)結(jié)果界面,點(diǎn)擊評(píng)價(jià)效果圖,進(jìn)入整條河流的評(píng)價(jià)效果圖界面。

3 評(píng)價(jià)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

以北京市密云縣安達(dá)木河為研究對(duì)象,利用該系統(tǒng)對(duì)安達(dá)木河2008、2011年分別做出評(píng)價(jià)。

3.1 研究區(qū)概況

北京市密云縣安達(dá)木河發(fā)源于河北省,于北嶺和黑關(guān)進(jìn)入密云縣境內(nèi),后在曹家路村東匯合形成安達(dá)木河,流經(jīng)新城子、大城子等3個(gè)鄉(xiāng),在桑園村西匯入潮河。安達(dá)木河北京境內(nèi)全長(zhǎng)68 km,流域面積 364.31 km2,流域內(nèi)為山地,海拔 904.6～ 463.4 m,是典型的北京山區(qū)河流。流域內(nèi)霧靈山海拔較高,降水以霧靈山為分水嶺進(jìn)行擴(kuò)散,集中在6—9月份,年平均降水量470～850 mm,流域內(nèi)地下水豐富。研究區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候,全年以東北偏東風(fēng)為主。

研究區(qū)為霧靈山自然保護(hù)區(qū)至遙橋峪水庫(kù)入庫(kù)口河段,整個(gè)評(píng)價(jià)河段長(zhǎng)1萬(wàn)1 854.2 m。每500 m作為1個(gè)評(píng)價(jià)調(diào)查河樣帶,在每個(gè)評(píng)價(jià)調(diào)查河樣帶中,又劃分成10個(gè)評(píng)價(jià)調(diào)查斷面,每個(gè)調(diào)查斷面長(zhǎng)50 m。對(duì)每個(gè)調(diào)查斷面和河樣帶,采取點(diǎn)狀調(diào)查(Spot-check)和整體調(diào)查法(Sweep-up)相結(jié)合的方式進(jìn)行記錄。研究區(qū)共設(shè)置評(píng)價(jià)調(diào)查河樣帶24個(gè),但在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)過程中,根據(jù)河流生境的相似性原則,最終共設(shè)置16個(gè)調(diào)查河樣帶。

3.2 結(jié)果與分析

將2008和2011年安達(dá)木河的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)分別輸入系統(tǒng),得到安達(dá)木河16個(gè)河樣帶2008、2011年的自然性評(píng)價(jià)結(jié)果(表3)。

可以看出,1、3、10和16號(hào)河樣帶評(píng)價(jià)等級(jí)維持不變,2、14和15號(hào)河樣帶評(píng)價(jià)等級(jí)上升,4～9號(hào)和11～13號(hào)河樣帶評(píng)價(jià)等級(jí)下降；因此,2008—2011年安達(dá)木河自然性評(píng)價(jià)等級(jí)整體呈下降趨勢(shì)。

1～3號(hào)、14～16號(hào)河樣帶評(píng)價(jià)等級(jí)維持不變或評(píng)價(jià)等級(jí)上升的主要原因是:1～3號(hào)河樣帶臨近霧靈山自然保護(hù)區(qū),14～16號(hào)河樣帶臨近遙橋峪水庫(kù)自然保護(hù)區(qū),自然保護(hù)區(qū)內(nèi)注重生態(tài)保護(hù)和治理,人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的干擾呈下降趨勢(shì),河流兩岸的自然生態(tài)環(huán)境得到很好的改善。

4～9號(hào)和11～13號(hào)河樣帶評(píng)價(jià)等級(jí)下降的主要原因有以下幾方面:1)河岸帶利用方式的改變是主導(dǎo)因素——近年來,當(dāng)?shù)剞r(nóng)家樂旅游發(fā)展較快,沿河景觀娛樂開發(fā)成為農(nóng)家樂的一部分,而較快的粗放式發(fā)展成為影響河流自然性的重要因素；2)人工挖沙、河灘取石等人為活動(dòng)破壞了河流的自然連續(xù)性,河流開發(fā)利用力度過大導(dǎo)致河流水資源量下降,部分河段甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象,生態(tài)需水滿足度得不到有效的滿足,造成河流自然性評(píng)價(jià)等級(jí)下降；3)河流渠道化工程不僅改變了河流的自然形態(tài),亦使水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能受到影響,河流兩岸生物的多樣性隨之降低,進(jìn)而影響了河流的自然性。

4 結(jié)論與建議

北京山區(qū)河流自然性評(píng)價(jià)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、內(nèi)容較全面、結(jié)果清晰直觀,實(shí)現(xiàn)了河流信息的存儲(chǔ)、查詢、自然性評(píng)價(jià)程序化等功能,在實(shí)際應(yīng)用中能大幅提高評(píng)價(jià)效率,在一定程度上滿足了河流管理者的工作需求,系統(tǒng)的理論框架以及建設(shè)思路對(duì)今后河流自然性評(píng)價(jià)的研究具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

表3 2008、2011年安達(dá)木河的河流自然性評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3 Results of Andamu river naturalness evaluation in 2008 and 2011

北京山區(qū)河流自然性評(píng)價(jià)系統(tǒng)是為河流管理者服務(wù),在進(jìn)一步開發(fā)中,針對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果可顯示供參考的生態(tài)修復(fù)措施建議。以本次安達(dá)木河評(píng)價(jià)結(jié)果為例:自然、近自然河段應(yīng)以保護(hù)為主,其他河段,要加強(qiáng)垃圾處理、農(nóng)家樂旅游可持續(xù)性發(fā)展、監(jiān)管人工挖沙等治理措施。

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(責(zé)任編輯:宋如華)

Naturalness evaluation system of rivers in Beijing mountainous areas and its application

Wang Bingjie,Liu Penggang,Yang Hailong,Liu Huibo,Wang Zhigang,Zhang Qiang
(School of Soil and Water Conservation,Beijing Forestry University,100083,Beijing,China)

Resonable river naturalaess evaluation has a positive effect for exploting soil and water resources.Meanwhile,it plays an active role in soil and water consercation.We established a naturalness evaluation system of rivers in Beijing mountainous areas which consists of 23 qualitative and quantitative indexes.The analytic hierarchy process(AHP)is used to determine the weight of each index.We classify the rivers in Beijing mountainous areas into five grades:natural state,nearly natural state, degraded state,seriously degraded state and artificial state.In order to improve the evaluation efficiency, we developed the evaluation system using Java language,with five-element connection number as the evaluation model.The system realizes procedural evaluation process.It also provides scientific support for the river managers to analyze problems or to take ecological restoration measures.Based on the data in 2008 and 2011,we assessed the naturalness of Andamu river using the system.The results show that evaluation grade of Andamu Rive is on the decline on the whole,and that of nine out of the totally 16 samples drops to different degrees.The nine samples are all adjacent to villages greatly influenced by human activities.

river naturalness evaluation；evaluation system；analytic hierarchy process；five-element connection number

X826

A

1672-3007(2015)04-0067-07

2014- 09- 20

2015- 03- 25

項(xiàng)目名稱:國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研項(xiàng)目“建設(shè)工程損毀林地植被修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(200904030)

王冰潔(1990—),女,碩士。主要研究方向:山地災(zāi)害防治。E-mail:wbj903@126.com

?通信作者簡(jiǎn)介:楊海龍(1966—),男,副教授。主要研究方向:流域管理。E-mail:yang_hlong@163.com