王歡歡，尹心安，田凱，劉世存，趙彥偉*，孫家君

（1.水環(huán)境模擬國家重點實驗室，北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京100875；2.中國雄安集團(tuán)生態(tài)建設(shè)投資有限公司，河北 保定071700）

白洋淀是“華北之腎”，被譽為“華北明珠”，主要位于河北省保定市安新縣內(nèi)，是華北平原唯一的天然湖泊，具有緩洪、治澇和蓄水灌溉等重要功能，對調(diào)節(jié)小氣候、改善區(qū)域溫濕狀況、補充地下水、維護(hù)華北平原生態(tài)平衡發(fā)揮不可忽視的作用[1]。白洋淀也是雄安新區(qū)生態(tài)建設(shè)的重要依托，雄安新區(qū)是國家級新區(qū)，是千年大計、國家大事，其目標(biāo)是打造城市建設(shè)與發(fā)展的典范，具有極高的發(fā)展定位，這也對白洋淀的污染控制與風(fēng)險管控提出了更高的要求。因此，開展白洋淀環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性研究，明確其空間分布特征，可以為白洋淀的水環(huán)境保護(hù)與生態(tài)安全保障提供重要依據(jù)，并直接支持雄安新區(qū)的環(huán)境風(fēng)險管理和環(huán)境污染風(fēng)險應(yīng)急體系建設(shè)。

環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性評價旨在通過評估風(fēng)險受體在環(huán)境污染事故中可能經(jīng)受的傷害及傷害程度，來辨識潛在風(fēng)險問題。近年來，隨著環(huán)境污染事故日益增加，環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性評價研究受到廣泛關(guān)注，國內(nèi)外以區(qū)域人地系統(tǒng)為對象，針對環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性評價開展了比較深入的研究。Tixier 等[2]構(gòu)建了包括人、自然環(huán)境、設(shè)施的區(qū)域環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性指標(biāo)體系；Collins等[3]從污染事故危害性和社會經(jīng)濟脆弱性兩個維度研究了區(qū)域環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性；薛鵬麗等[4]綜合考慮社會經(jīng)濟脆弱性和生態(tài)系統(tǒng)脆弱性，構(gòu)建了上海市環(huán)境污染事故風(fēng)險受體脆弱性評價指標(biāo)體系；楊小林等[5]選取受體暴露性和抗逆力兩類指標(biāo)，評價了河南省風(fēng)險受體的脆弱性，明確了其空間分布特征；He等[6]綜合考慮自然、社會、經(jīng)濟、環(huán)境污染和人類健康，對我國的環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性進(jìn)行了評價。經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)基本形成系統(tǒng)的區(qū)域環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性評價指標(biāo)體系與方法，推動了脆弱性評價在實踐中的應(yīng)用。但目前脆弱性評價多以城市、區(qū)域為對象，對湖泊水域脆弱性評價的研究相對缺乏。湖泊水域是人類賴以生存的重要生態(tài)空間，在人類的生存發(fā)展中發(fā)揮著重要的生態(tài)環(huán)境功能，但湖泊水域多是水環(huán)境污染事故的潛在受體，更容易受到水環(huán)境風(fēng)險事故的損害，因此，亟待開展湖泊水環(huán)境風(fēng)險脆弱性評價研究。

本文綜合考慮敏感性和緩沖能力，構(gòu)建評價指標(biāo)體系，基于RS 與GIS 平臺，對白洋淀水環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性進(jìn)行評價，明確風(fēng)險受體脆弱性的空間分布特征，為突發(fā)水環(huán)境污染事故風(fēng)險防控和管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

白洋淀（115°38′～116°07′E，38°43′～39°02′N）是華北平原最大的淡水湖泊，淀區(qū)主要由白洋淀、燒車淀、馬棚淀、藻苲淀等143 個淀泊和3 700 多條溝壕組成（圖1），總面積366 km2，水面面積150 km2，平均水位7.5 m，平均水深2.3 m。白洋淀還是大清河水系中重要的蓄水樞紐，自然生態(tài)資源豐富，動植物種類多，生境異質(zhì)性高，發(fā)揮重要的生態(tài)功能，淀內(nèi)分布有自然保護(hù)區(qū)、重點濕地等各類敏感目標(biāo)。

圖1 白洋淀地理位置圖Figure 1 Location of Baiyangdian Lake

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)主要為自然環(huán)境數(shù)據(jù)。其中，水質(zhì)、水生物、高程數(shù)據(jù)通過實地監(jiān)測和測量獲得，土地利用類型數(shù)據(jù)由遙感影像解譯獲得，旅游區(qū)分布、水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)、自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)來源于相關(guān)規(guī)劃，具體數(shù)據(jù)來源見表1，監(jiān)測指標(biāo)的統(tǒng)計值見表2，水質(zhì)、水生物采樣點分布和土地利用類型見圖2。數(shù)據(jù)處理基于GIS軟件平臺進(jìn)行，評價單元為30 m×30 m柵格。

表1 數(shù)據(jù)來源Table 1 The data source

1.3 評價方法

1.3.1 指標(biāo)體系建立

環(huán)境風(fēng)險受體是環(huán)境污染風(fēng)險事故的潛在承受體，指環(huán)境風(fēng)險因子在環(huán)境轉(zhuǎn)運過程中，可能影響的人群、社會和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)[7]。研究區(qū)中，自然生態(tài)系統(tǒng)是水環(huán)境污染事故發(fā)生時的主要受損者，其狀態(tài)決定了水環(huán)境風(fēng)險受體的脆弱性?？紤]研究區(qū)實際及數(shù)據(jù)獲取的可行性，遵循科學(xué)性、全面性、主導(dǎo)性、定性與定量相結(jié)合的原則，選取敏感性和緩沖能力2個層面的14項指標(biāo)（表3），構(gòu)建水環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性評價指標(biāo)體系。

表2 采樣點各監(jiān)測指標(biāo)統(tǒng)計值Table 2 Statistical values of monitoring indicators at sampling points

圖2 土地利用類型及采樣點分布示意圖Figure 2 Schematic diagram of land use type and sampling point distribution

敏感性是風(fēng)險受體對水環(huán)境污染事故的敏感程度，指在不考慮人類活動影響的前提下，水污染事故發(fā)生的可能性大小、可能發(fā)生的區(qū)域及程度。敏感性指標(biāo)中，水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)由水環(huán)境功能區(qū)劃決定，不同的功能分區(qū)要求的水環(huán)境質(zhì)量保護(hù)目標(biāo)不同[8]，敏感性不同；與人口集中區(qū)距離越近，水體越容易受到干擾，敏感程度越高；旅游區(qū)功能分區(qū)不同，保護(hù)與管理要求不同，敏感性不同；涉水自然保護(hù)區(qū)對水污染事故敏感，評價區(qū)域內(nèi)涉水自然保護(hù)區(qū)越多，等級越高，越接近核心區(qū)，受體敏感性越高[9]；浮游動物E/O 指數(shù)表示水體富營養(yǎng)化程度，E/O 指數(shù)越大，富營養(yǎng)化程度越高，敏感性越高[10]；浮游植物密度、底棲動物多樣性表征生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與水體生物學(xué)狀況，結(jié)合白洋淀實際，浮游植物密度越高，富營養(yǎng)化程度越高[11]，底棲動物多樣性越高，分別對應(yīng)的敏感性也越高。

緩沖能力的大小取決于風(fēng)險受體納污能力和自身恢復(fù)能力。緩沖能力指標(biāo)中，水質(zhì)現(xiàn)狀表征水環(huán)境質(zhì)量狀況，反映水體納污能力，水質(zhì)狀況越好，納污能力越強，緩沖能力越強；水深、水體連通性、河網(wǎng)密度[12]表示水體物理環(huán)境狀況，反映水體對污染物的稀釋能力，水越深、水體連通性越好、河網(wǎng)密度越大，稀釋能力越強，緩沖能力越強；水生植被類型與蓋度表征生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定性，反映風(fēng)險受體受到擾動時的恢復(fù)能力[13]，植被越多、水生植被蓋度越高，恢復(fù)能力越強，緩沖能力越強；不同土地利用類型對水污染的緩沖能力不同，分別賦予不同分值[5]。各指標(biāo)的計算見表3。

1.3.2 評價方法

采用極差法進(jìn)行指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，采用線性加權(quán)法分別評價水環(huán)境風(fēng)險受體敏感性和緩沖能力，并基于此進(jìn)行脆弱性評價并分級。

（1）指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

由于不同指標(biāo)的量級不同，評價前首先對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

式中：pij為各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果；xij為實際值；xmax、xmin分別為最大值和最小值。

（2）敏感性/緩沖能力評價

采用線性加權(quán)組合法，分別計算風(fēng)險受體的敏感度和緩沖能力指數(shù)，具體計算公式為：

式中：SI、ACI分別為風(fēng)險受體敏感度指數(shù)和緩沖能力指數(shù)；n為評價指標(biāo)的個數(shù)；Wi為第i個評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；Xi為第i個評價指標(biāo)的數(shù)值。

采用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，其中判斷矩陣由專家判斷法獲取。該方法是一種定性和定量相結(jié)合、系統(tǒng)化、層次化的分析方法，主要解決多因素相互關(guān)聯(lián)、相互制約，且缺少定量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析問題[14]。賦權(quán)結(jié)果如表3所示。

（3）脆弱性評價

風(fēng)險受體的脆弱性由敏感性和緩沖能力共同決定，風(fēng)險受體的敏感程度越高，緩沖能力越弱，脆弱性就越大，反之，脆弱性就越小[7，15]，因此脆弱性計算公式為：

式中：VI為水環(huán)境風(fēng)險受體脆弱度指數(shù)；SI、ACI分別為風(fēng)險受體敏感度指數(shù)和緩沖能力指數(shù)。

（4）評價分級

敏感性指數(shù)、緩沖能力指數(shù)取值區(qū)間為[0，1]，脆弱性指數(shù)取值區(qū)間為（0，+∞）。參考以往研究[16-18]，結(jié)合研究區(qū)實際情況，將敏感性均分為5 級，即低度敏感（＜0.2）、較低敏感（0.2～0.4）、中度敏感（0.4～0.6）、較高敏感（0.6～0.8）、高度敏感（0.8～1）；將緩沖能力均分為5 級，即弱緩沖能力（＜0.2）、較弱緩沖能力（0.2～0.4）、中緩沖能力（0.4～0.6）、較強緩沖能力（0.6～0.8）、強緩沖能力（0.8～1）；采用自然斷點法將脆弱性分為5級[17]，即低度脆弱（＜1.2）、較低脆弱（1.2～2.1）、中度脆弱（2.1～3.4）、較高脆弱（3.4～5.4）、高度脆弱（＞5.4）。

表3 白洋淀淀區(qū)水環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性指標(biāo)體系及權(quán)重Table 3 Indicators system and weight of water environmental risk target vulnerability evaluation

2 結(jié)果與分析

2.1 敏感性/緩沖能力評價結(jié)果

根據(jù)公式（1）、公式（2）分別評價白洋淀淀區(qū)水環(huán)境風(fēng)險受體敏感性和緩沖能力，敏感度指數(shù)為0.186 9～0.790 8，空間分布如圖3所示，緩沖能力指數(shù)為0.019 6～0.880 8，空間分布如圖4所示。

由圖3 可知，白洋淀風(fēng)險受體敏感性以較低敏感和中度敏感為主，低度敏感區(qū)極少。其中，較低敏感區(qū)主要分布在淀區(qū)邊緣區(qū)域；中度敏感區(qū)分布廣泛，在淀區(qū)的西北部、北部、中部、西南部區(qū)域均有所分布；較高敏感區(qū)主要位于淀區(qū)中部，該區(qū)域敏感目標(biāo)集中，敏感性高于其他區(qū)域?？傮w上，白洋淀水環(huán)境風(fēng)險受體敏感性由外向內(nèi)升高。

由圖4 可知，水環(huán)境風(fēng)險受體較強和強緩沖能力區(qū)域少，主要分布在白洋淀北部的燒車淀和王家寨周邊。中度緩沖能力區(qū)也較少，分布分散，在北部燒車淀等區(qū)域分布較多。較弱緩沖能力區(qū)域占比較大，多分布在淀區(qū)南部的羊角淀、白洋淀、泛魚淀等區(qū)域，少數(shù)分布在西北部及北部。弱緩沖能力區(qū)主要分布在淀區(qū)西北部、西南部及東北部的邊緣區(qū)域?？傮w上，白洋淀水環(huán)境風(fēng)險受體以弱緩沖能力和較弱緩沖能力為主。

圖3 敏感性空間分布圖Figure 3 The spatial distribution of sensitivity

圖4 緩沖能力空間分布圖Figure 4 The spatial distribution of buffering capacity

圖5 脆弱性空間分布圖Figure 5 The spatial distribution of vulnerability

2.2 脆弱性評價結(jié)果

根據(jù)公式（3）評價白洋淀水環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性，脆弱度指數(shù)為0.285 5～15.545 2，空間分布如圖5所示。由圖5 可知，白洋淀水環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性差異大，淀區(qū)東北部脆弱性指數(shù)最高，該區(qū)域為中度敏感，緩沖能力低于其他區(qū)域，導(dǎo)致脆弱性高。其次是淀區(qū)西北部及西南部，這兩個區(qū)域緩沖能力較弱，脆弱性較高。淀區(qū)中部大部分區(qū)域脆弱性較低，該區(qū)域敏感性較強，但有一定緩沖能力。淀區(qū)北部、東南部的大部分區(qū)域脆弱性低于其他區(qū)域，該區(qū)域緩沖能力相對較強，脆弱性低?？傮w上，白洋淀水環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性不高，以低度和較低脆弱區(qū)為主，高度脆弱區(qū)集中在東北部、西北部和中部的小部分區(qū)域。

3 討論

對評價結(jié)果進(jìn)行分析可知，白洋淀水環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性的空間分布與土地利用類型、植被分布格局呈現(xiàn)出相關(guān)性。白洋淀東北部人口集中，以建設(shè)用地和耕地為主，人類活動干擾相對嚴(yán)重[19]，脆弱度最高。淀區(qū)西北部、西南部和中部的部分地區(qū)表現(xiàn)為較高脆弱，所對應(yīng)的土地類型基本為建設(shè)用地，且植被覆蓋度低，水質(zhì)狀況差，水體連通性差，緩沖能力弱。中度脆弱區(qū)所在區(qū)域主要土地利用類型為耕地，敏感程度不高，有作物覆蓋，生態(tài)系統(tǒng)較穩(wěn)定，具有一定的緩沖能力，脆弱度不高。較低脆弱區(qū)對應(yīng)的土地類型基本為水域，水較深，且有植被分布，能對水體污染物起到稀釋降解作用，緩沖作用較強，脆弱度較低。低度脆弱區(qū)基本為荷花、蘆葦、香蒲等挺水植物覆蓋較好的區(qū)域，該區(qū)域水質(zhì)狀況相對較好，常年維持一定水深，連通性較好，稀釋緩沖能力強，水生植被蓋度較高，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，自我恢復(fù)能力強，脆弱性低。

白洋淀是雄安新區(qū)建設(shè)的主要生態(tài)載體，新區(qū)規(guī)劃中賦予其較高生態(tài)定位，是生態(tài)上需要保護(hù)的區(qū)域，無法通過降低敏感性來降低脆弱性，白洋淀脆弱性的降低應(yīng)該通過提升緩沖能力來實現(xiàn)。結(jié)合緩沖能力評價結(jié)果，對于淀區(qū)高度脆弱、較高脆弱和中度脆弱區(qū)域，可通過控制入淀河流及淀區(qū)內(nèi)污染，改善水質(zhì)，加強生態(tài)補水，恢復(fù)淀區(qū)水面面積，提升緩沖能力。對于較低脆弱區(qū)域，應(yīng)加強蘆葦、香蒲、荷花、輪藻和篦齒眼子菜的植物群落組合的種植，提高緩沖能力[20]。水生植物密度影響水質(zhì)凈化效果，水生植被為高密度香蒲、中密度蘆葦時，凈化效果明顯[21]，種植時應(yīng)匹配不同的密度。淀區(qū)圍堤圍埝眾多，有1 700處，阻礙了物理連通性，應(yīng)加強拆除與微地形改造。

白洋淀是以自然生態(tài)系統(tǒng)為主的區(qū)域，其自然生態(tài)環(huán)境相對較好，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對完整，新區(qū)的規(guī)劃建設(shè)也對其生態(tài)保護(hù)提出了更高的要求。因此，本文主要考慮白洋淀的自然特征，構(gòu)建包括敏感性和緩沖能力的指標(biāo)體系，評價了白洋淀對水環(huán)境風(fēng)險的脆弱性。但環(huán)境風(fēng)險受體實際是包含社會、生態(tài)環(huán)境及人群的復(fù)雜系統(tǒng)，脆弱性評價除了需要考慮系統(tǒng)內(nèi)部指標(biāo)外，還需考慮外部壓力指標(biāo)[22]。本文通過與人口集中區(qū)距離這一指標(biāo)反映系統(tǒng)外部壓力，但隨著新區(qū)發(fā)展建設(shè)，淀外人口逐漸增加，產(chǎn)業(yè)將逐步發(fā)展，交通體系日趨完善，系統(tǒng)外部壓力會不斷增加。未來應(yīng)考慮將更多的人口密度、社會經(jīng)濟及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)指標(biāo)納入指標(biāo)體系。同時，本文采用自然斷點法對脆弱性指數(shù)進(jìn)行分級。這種方法是一種根據(jù)數(shù)值統(tǒng)計分布規(guī)律來分級分類的方法，具有類中差異最小化，類間差異最大化的優(yōu)勢，但對脆弱性分級不夠精確。未來應(yīng)基于網(wǎng)格化調(diào)查成果，進(jìn)行更精細(xì)化的分級。

4 結(jié)論

結(jié)合白洋淀實際，考慮人口、旅游區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、水環(huán)境、水生態(tài)等因素及對脆弱性的影響，選取敏感性和緩沖能力兩類共14 項指標(biāo)，構(gòu)建白洋淀水環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性評價指標(biāo)體系，提出了水環(huán)境風(fēng)險受體脆弱性評價與分級方法。

評價結(jié)果表明，白洋淀水環(huán)境風(fēng)險受體敏感性以較低和中度敏感為主，在淀區(qū)中廣泛分布；緩沖能力以弱和較弱緩沖能力為主，集中分布在淀區(qū)南部的羊角淀、白洋淀、泛魚淀等區(qū)域，少數(shù)分布在西北部、西南部及東北部的邊緣區(qū)域；脆弱性以較低和低度脆弱為主，高脆弱性區(qū)域集中在淀區(qū)東北部、西北部和中部的小部分區(qū)域，低脆弱性區(qū)域在淀區(qū)分布廣，主要在北部、東南部。未來應(yīng)加強污染控制、生態(tài)補水、水生植被種植、微地形改造等，提高緩沖能力，降低脆弱度。