北京山區(qū)小流域生態(tài)清潔程度分級研究

馬文鵬，武曉峰，段淑懷，楊 坤，李世榮，劉佳璇

(1.清華大學 水利水電工程系/水沙科學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%。為了有效應對北京市水資源缺乏、水污染嚴重的形勢，適應山區(qū)經濟社會快速發(fā)展，北京市從2003年開始，以水源保護為首要目的，開始探索建設生態(tài)清潔小流域[1]。北京市作為國內開展生態(tài)清潔小流域建設較早的區(qū)域，經過多年的建設，取得了明顯的成效。根據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，有效地保護了北京水源，保障了首都的水環(huán)境安全，改善了農村的人居環(huán)境。

目前北京市生態(tài)清潔小流域建設中還存在前期的調查和監(jiān)測較少或缺失、措施布局缺乏科學依據等問題，需要對小流域的生態(tài)清潔程度進行科學評價[2]。開展分級研究，一方面可以識別小流域建設中的薄弱點，從而細化小流域在不同階段的發(fā)展目標，并依此制定合理的建設規(guī)劃，采取針對性的措施，逐步深入地推進生態(tài)清潔小流域建設；另一方面，各小流域自然和社會經濟條件不同，在進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)強度，減少污染；對適宜開發(fā)的小流域，需在加強環(huán)境保護、資源合理配置的前提下確定合理的開發(fā)強度[3]。

1 小流域生態(tài)清潔程度評價指標體系

生態(tài)清潔小流域建設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)境等多方面的內涵。為對北京山區(qū)小流域生態(tài)清潔程度進行評價，謝磊等[4]結合北京實際建立了山區(qū)小流域生態(tài)清潔程度評價指標體系。本研究以此評價體系為基礎，確定了表1中坡面、溝道和村莊三部分共11項指標的調查與評價方法，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)清潔程度的基礎數(shù)據和資料，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)清潔的指標標準

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

表2 生態(tài)清潔小流域評價標準

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)據來自北京市2011年水務普查水土保持專項調查數(shù)據。調查水文形態(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?，F(xiàn)場調查完畢后根據已有的北京山區(qū)溝段水文形態(tài)分級標準(共5級，分為極好、良好、一般、較差、極差)對各溝段進行定級，從而可以得到各小流域主溝道水文形態(tài)各級長度比例，進而對溝道進行綜合定級，對該小流域溝道水文特征做出評價。

此前的標準由于缺乏足夠的基礎數(shù)據支撐，在制定評價標準時主要參考北京市已有的地方標準和相關規(guī)范，指標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準開展生態(tài)清潔小流域的評價。本研究以調查獲取的實際數(shù)據和資料為基礎，在謝磊等標準的基礎上進一步完善，選取8項指標作為對小流域是否生態(tài)清潔進行評價的指標，調整后的指標以及各指標的評價標準見表3。

表3 調整后的生態(tài)清潔小流域評價標準

與此前的評價標準相比，本研究基于大量數(shù)據的調研和分析，對指標進行了以下方面的改進：

(1) “土壤侵蝕強度”改為“土壤侵蝕面積比例”。本次研究獲取的土壤侵蝕數(shù)據為利用遙感數(shù)據劃分的土壤侵蝕強度等級，而不是通過野外調查的方法得到的具體侵蝕數(shù)據，因而無法以既定的200 t/(km2·a)進行評價。而通過已有的土壤侵蝕強度分級數(shù)據，可以計算得到每個小流域準確的土壤侵蝕面積，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準時，由于缺乏已有的標準和規(guī)范，此處結合北京山區(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)”的評價標準進行修改。此前的評價標準中按照小流域主溝道是否存在“較差”和“極差”溝段來進行劃分，這樣劃分時研究區(qū)內僅有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”溝段的存在而未達到生態(tài)清潔小流域的標準，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%。這說明此前的標準過嚴，將在很大程度上限制生態(tài)清潔小流域的數(shù)目，并對最終分類的結果產生較大影響，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查得到的溝段數(shù)據進行了如下處理：先對表4中各級別的溝段進行賦值，然后根據各溝段所占比例計算加權平均值T，并將其作為小流域溝道水文形態(tài)的評價依據。表3中即采用研究區(qū)溝道水文形態(tài)的平均值1.737作為標準限值。

表4 溝道水文形態(tài)分值計算表

(3) 將“流域出口斷面水質”和“淺層地下水水質”合并為“水質狀況”。由于調查數(shù)據有限，對無水質數(shù)據的小流域無法進行這兩方面的評價，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數(shù)據和淺層地下水水質數(shù)據(水樣從大口井取得)進行合并，同時將限制標準定為“水質評價在Ⅲ類以上(含Ⅲ類)”，無水質數(shù)據的小流域暫定為滿足此項標準。

(4) “沿村溝道行洪能力”指標暫不考慮。在此前的評價體系中，按照洪水重現(xiàn)期來劃分生態(tài)清潔小流域標準，此次由于受調查數(shù)據資料的限制，暫不能做出評價，可對此問題進行專門研究，再將其作為評價指標，進一步完善評價體系。

(5) 在表1的評價體系中，共采用了11項指標對北京山區(qū)小流域生態(tài)清潔程度進行單因子評價，在確定分類標準時，未納入“土壤侵蝕強度”、“梯田完好率”和“綠化美化狀況”。土壤侵蝕強度指標通過土壤侵蝕面積比例有充分的反映，后兩項指標對小流域生態(tài)清潔程度影響相對較弱，相關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準時不予考慮。

對研究區(qū)內的每一條小流域，將調查得到的數(shù)據和對應的指標分類標準進行逐一比較，篩選出能夠滿足所有8項標準的小流域，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 評價結果及分析

根據上述標準，對559條小流域的8項關鍵指標進行對比，得出其中的57條小流域均滿足各項指標的要求(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行計算得出，延慶、昌平和懷柔境內生態(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，評價過程中采用“打分”的方式來衡量小流域各項指標的達標情況：對每一項指標，如果該小流域滿足評價標準，則得1分，否則得0分，若小流域能滿足表2中的8項標準，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準，有待加強。

圖1 北京山區(qū)生態(tài)清潔小流域分布

從單項指標評價結果看，滿足生態(tài)清潔標準的小流域占絕大多數(shù)。在單項指標中，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，為285條，占被評價小流域總數(shù)的51.0%，滿足其他各項指標要求的小流域的數(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到要求。

得分為7分，即僅有一項指標未滿足標準的小流域有159條，其中，土壤侵蝕面積比例不達標的有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┯脧姸群蜏系浪男螒B(tài)不達標的各有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條小流域達到現(xiàn)有的標準，但559條小流域中的345條小流域只有1～2項指標不達標，只要對短板因素盡快采取針對性措施加強治理，即可在短期內達到生態(tài)清潔小流域的目標。

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到各項評價標準的小流域，從而為進一步明確生態(tài)清潔小流域的內涵，推廣生態(tài)清潔小流域的建設經驗提供示范。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，合理有序地推進全市生態(tài)清潔小流域建設。本研究以調查數(shù)據和資料為基礎，對小流域的各項指標和綜合情況進行排序，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 指標排序

對各項評價指標，根據實際調查得到的數(shù)據和資料，按照表5中的排序依據對11項指標從好到差進行排序，從而得到559條小流域各項指標的排序值，該排序值反映了小流域在各項考察內容中的相對生態(tài)清潔程度。在排序過程中，對同一指標，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 評價指標排序依據

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

將該小流域所有11項指標的排序值相加得到的總分，作為小流域的綜合得分，并依此進行類似單項指標的綜合排序，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 分級結果及分析

根據小流域綜合排序的分值即可對北京山區(qū)小流域進行分級。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。

將分級結果按照區(qū)縣進行統(tǒng)計，在圖3生態(tài)清潔小流域分級結果中，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?？亢?，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)清潔程度評價指標體系為基礎，根據調查獲取的數(shù)據和資料對生態(tài)清潔小流域進行了評價和分級。

圖4 各區(qū)縣非生態(tài)清潔小流域分級

(1)在進行小流域是否生態(tài)清潔的評價時，首先根據實際調研的數(shù)據確定用于評價的關鍵指標，并在對數(shù)據進行詳細分析的基礎上確定合理的評價標準；然后對小流域的每項指標進行逐項評分，根據小流域8項指標的得分情況，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)清潔建設中存在的“短板因素”，有利于快速識別小流域建設的薄弱部分，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進行排序，得到其在各項指標下的排序值；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到要求的個別關鍵指標，但其他指標合格且整體情況良好，在治理中只需針對未達標指標及時采取治理和修復措施，就可建設成為生態(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，不僅存在未達到要求的關鍵指標，且大部分指標情況較差，需要對流域整體采取綜合性治理和修復措施，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，對小流域進行生態(tài)清潔評價的指標和評價標準會變化，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)清潔程度的分級結果，需要對小流域進行長期跟蹤，不斷優(yōu)化治理措施，提升北京市生態(tài)清潔小流域建設水平。

[參考文獻]

[1] 畢小剛,楊進懷,李永貴,等.北京市建設生態(tài)清潔型小流域的思路與實踐[J].中國水土保持,2005(1):22-24.

[2] 常國梁.北京市生態(tài)清潔小流域治理措施布局研究[J].北京水務,2012(4):48-51.

[3] 楊坤,李世榮.北京市生態(tài)清潔小流域分類分級建設對策研究[J].中國水土保持,2012(2):7-9.

[4] 謝磊,武曉峰,段淑懷.北京市山區(qū)小流域生態(tài)清潔程度評價指標體系研究[J].中國水土保持,2012(10):1-2.

[5] Boon P J,Holmes N T H,Raven P J.Developing standard approaches for recording and assessing river hydromorphology: the role of the European Committee for Standardization (CEN)[J].Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems,2010,20(S1):55-61.