基于指標體系法的密云水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評價

吳佳鵬，劉玲花，王淑賢，霍煒潔，劉來勝，吳雷祥

(1.中國水利水電科學研究院，北京100038；2.陜西水環(huán)境工程勘測設計研究院，陜西西安710018)

基于指標體系法的密云水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評價

吳佳鵬1，劉玲花1，王淑賢2，霍煒潔1，劉來勝1，吳雷祥1

(1.中國水利水電科學研究院，北京100038；2.陜西水環(huán)境工程勘測設計研究院，陜西西安710018)

為了科學保護和合理利用密云水庫的水域資源，采用指標體系法對密云水庫的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行評價。結(jié)果表明，密云水庫生態(tài)系統(tǒng)目前總體上處于較健康的狀態(tài)，評估指標中處于健康、較健康和一般病態(tài)的指標分別占64%、21%和7%。密云水庫流域生態(tài)系統(tǒng)健康水平偏低的根本原因是流域內(nèi)水資源無序開發(fā)利用，導致流域上下游水資源分配不均，進而導致水庫供水能力不足及庫區(qū)周圍濕地萎縮。

水域生態(tài)系統(tǒng)；生態(tài)系統(tǒng)健康；評價；密云水庫

0 引 言

生態(tài)系統(tǒng)健康的概念是Constanza于1997年提出的。其內(nèi)涵包括自我平衡、沒有病征、多樣性、有恢復力、有活力、能夠保持系統(tǒng)組分間的平衡6個方面[1]。水域生態(tài)系統(tǒng)是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在為人類提供生產(chǎn)、生活基礎產(chǎn)品的同時，還具有維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)過程和區(qū)域生態(tài)環(huán)境的功能[2]。而隨著人類將水庫作為開發(fā)利用水資源或水能資源的重要手段，水庫已成為水域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成單元。根據(jù)國際大壩委員會截至2013年底的統(tǒng)計，世界已建在建的各類大壩共計6.8萬座。其中，中國壩高15m以上的大壩3.8萬座，占55.9%。健康的水庫一方面應長久有效地發(fā)揮其工程設計功能，另一方面它應是一個物種多樣性豐富，食物鏈結(jié)構(gòu)復雜而完善，物質(zhì)循環(huán)、能量流動及物種流動通暢的生態(tài)系統(tǒng)[3]。由于人類頻繁活動不同程度地破壞了水域生態(tài)環(huán)境，使水庫健康狀況及功能不斷受到威脅；因此，對水庫健康狀況評價已成為近年生態(tài)學、環(huán)境學等領域的研究熱點。

為使水域生態(tài)系統(tǒng)健康相應研究指標具有可操作性，眾多學者根據(jù)研究目的的不同提出了各種紛繁復雜的評價方法。根據(jù)指標選取角度的不同，大體上分為兩大類。即，指示物種法和指標體系法。前者比較適宜水域自然生態(tài)系統(tǒng)的健康評價，通常選用藻類[3]、無脊椎動物[4-5]和魚類[6]等水生生物作為指示物種。對于水域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的綜合評價，指標體系法應用較多，如塔里木河[7]、東陽江[8]、東溪[9]、汝溪河[10]、衡水湖[11]、艾比湖[12]等生態(tài)系統(tǒng)健康評價均采用指標體系法。

表1 密云水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評價指標體系

密云水庫位于北京市密云區(qū)北部山區(qū)，橫跨潮河、白河主河道上，流域面積15 788 km2，涉及河北省和北京市的9個縣區(qū)。密云水庫分為白河、潮河和內(nèi)湖3個庫區(qū)，最大水面面積188 km2，最大蓄水量43.75×108m3，最高蓄水位159.9m，平均年徑流量11.9×108m3。該水庫兼具供水、漁業(yè)、旅游等綜合功能，是北京唯一的地表飲用水水源地，也是南水北調(diào)中線來水進入北京的調(diào)節(jié)水庫。密云水庫也是華北地區(qū)重要的漁業(yè)資源產(chǎn)地，是開展魚類保護、科研及生物多樣性保護和環(huán)境污染監(jiān)測活動的重要場所。因此，對密云水庫水域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進行監(jiān)測和評價對區(qū)域居民生活和水產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。但目前，針對密云水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行評價的文獻尚未見報道。為此，筆者應用指標體系法對水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行評價，旨在了解水庫近年的水域生態(tài)環(huán)境健康狀況，為其生態(tài)安全和水域的綜合開發(fā)利用提供科學依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本次評價數(shù)據(jù)包括監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)包括水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、水庫蓄水量(水位)觀測數(shù)據(jù)和水庫水生生物調(diào)查數(shù)據(jù)；現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)主要包括庫區(qū)周圍綠化、公路交通、法律法規(guī)執(zhí)行等基本情況。

1.2 研究方法

1.2.1 評價指標體系

從國內(nèi)外研究進展來看，最初眾多研究者在指標體系的選擇上多采用生態(tài)類指標；但隨著人類對生態(tài)環(huán)境的認識與研究，發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)健康應該包括整個環(huán)境，既有生物的組分，也有非生物的景觀組分。由于人類是景觀的組成部分，所以景觀滿足人類需求和愿望的程度應該納入生態(tài)系統(tǒng)健康的評價之中。另外，生態(tài)系統(tǒng)健康概念具有綜合性和整體性；因此，很難將人類、社會和經(jīng)濟與生態(tài)系統(tǒng)健康評價分隔開來。筆者依據(jù)上述理論，結(jié)合密云水庫的功能特點，選取以下指標建立評價體系(見表1)。其中，準則層包括水庫理化狀況指標、水庫功能指標、水庫生物結(jié)構(gòu)指標和人類社會環(huán)境指標；指標層包含水質(zhì)狀況、富營養(yǎng)化狀況、水庫整體安全，等等14個指標。指標權(quán)重決定了各個因子對水庫生態(tài)健康狀況的正反面貢獻大小，通常采用層次分析法、變異系數(shù)法、神經(jīng)網(wǎng)絡法等確定。本研究中采用層次分析法。

1.2.2 指標標準化

依據(jù)密云水庫的實際情況，本次評價標準通過歷史資料法、實地考察、參照對比、借鑒國家標準與相關(guān)研究成果、公眾參與和專家評判等方法選定。密云水庫生態(tài)健康評價中，按不同取值范圍將其分為很健康、健康、較健康、一般病態(tài)和病態(tài)5個級別(見表2)，每個級別賦予不同分值，分別為1，0.75，0.5，0.25，0，以便進行健康綜合評價賦分。

表2 密云水庫生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標等級體系

1.2.3 評價方法

根據(jù)各評價指標數(shù)據(jù)，判斷流域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，其值在0～1之間，評價公式

式中，E為綜合評價得分；Fi為第i個指標的分值；Wi為第i個指標的權(quán)重；n為指標數(shù)量。

2 結(jié)果及分析

采用監(jiān)測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，依據(jù)前文構(gòu)建的評價指標體系和標準，對密云水庫進行了生態(tài)健康評價(見表3)。

密云水庫生態(tài)健康評價得分0.692，健康的指標占總參評指標的64%，較健康指標占21%，一般病態(tài)占7%；說明其流域生態(tài)系統(tǒng)總體上處于較健康的狀態(tài)。分析表明，水庫理化狀況和水庫功能指標準則層得分分別為0.625和0.664，處于較健康的狀態(tài)。其主要原因：①氣候變化和人為活動(如潮白河上游水資源過渡開發(fā)利用)等，導致密云水庫入庫徑流量持續(xù)減少，自1998年以后，密云水庫蓄水量基本維持在11×108～12×108m3，相對于水庫總蓄水庫容(43.75×108m3)蓄水量嚴重不足；②由于密云水庫近年來處于低水位運行，導致庫區(qū)周圍濕地面積萎縮，進而在一定程度上降低了庫區(qū)周圍濕地的生物棲息地和水質(zhì)凈化功能；③近年來，出于保證流域內(nèi)水源地供水安全的需要，對水源地周邊旅游進行了嚴格控制，如密云水庫周邊拆除違章建筑物、取締經(jīng)營活動等在一定程度上降低了水庫的休閑娛樂功能；④盡管密云水庫水質(zhì)狀況可以穩(wěn)定達到GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅲ類標準要求，但相對于歷史水質(zhì)，個別因子(如總氮、總磷)濃度仍呈現(xiàn)處上升趨勢，主要是水庫上游流域人類活動尚未得到有效控制。

表3 密云水庫生態(tài)健康狀況評價結(jié)果

密云水庫生物結(jié)構(gòu)和人類社會環(huán)境指標準則層得分均為0.75，處于健康狀態(tài)。上述評價結(jié)果與2014年密云水庫管理處開展密云水庫調(diào)查，水庫生態(tài)系統(tǒng)良好的結(jié)論相一致。上述準則層生態(tài)健康的主要原因：①由于密云水庫水質(zhì)相對較好，且近年來采取嚴格措施控制網(wǎng)箱養(yǎng)魚，發(fā)展生態(tài)漁業(yè)，為密云水庫營造了良好的水生態(tài)環(huán)境；②為了保證水庫供水安全，劃定了密云水庫飲用水源保護區(qū)，按照水源保護相關(guān)要求，對庫區(qū)周圍的違規(guī)生產(chǎn)生活和交通設施進行了拆除，避免了路面徑流等面源對水庫水體的污染；③出于保護水源地供水安全考慮，流域內(nèi)相關(guān)部門制定了一系列法律法規(guī)，且得到認真貫徹執(zhí)行，如1985年和1995年分別出臺了《北京市密云水庫、懷柔水庫和京密引水渠水源保護管理暫行辦法》和《北京市密云水庫、懷柔水庫和京密引水渠水源保護管理條例》，2005年密云縣制定《密云縣人民政府關(guān)于密云水庫消落區(qū)土地種植實施辦法》等。

3 結(jié)論與討論

(1)采用構(gòu)建的4個準則，14個指標的指標評價體系，對密云水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行評價的結(jié)果顯示：目前密云水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況總體上處于較健康的水平。但應通過開展流域水資源統(tǒng)一管理或跨流域調(diào)水等手段，改善密云水庫長期蓄水不足的現(xiàn)狀；同時應加強流域?qū)用娴奈廴局卫砹Χ龋M一步改善水庫水質(zhì)，保障密云水庫的供水安全。

(2)指標體系法是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的特征及其服務功能所建立的指標體系進行定量評價，是目前水域生態(tài)系統(tǒng)健康評價的主要方法。水庫是在山溝或河流的狹口處建造攔河壩而形成的人工湖泊，建設目的就是為人類服務，在評價水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況時不應割裂人的要素。水庫生態(tài)系統(tǒng)既要滿足人類社會的合理要求，又要保持自我維護與更新的能力。由于人類的發(fā)展，對自然環(huán)境的索求和干擾愈來愈多，使自然生態(tài)環(huán)境受到一定破壞，但隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，健康的水域生態(tài)系統(tǒng)必將成為水域管理的主要目標。

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(責任編輯 陳 萍)

Evaluation of Ecosystem Health Status Based on Index System in Miyun Reservoir

WU Jiapeng1, LIU Linghua1, WANG Shuxian2, HUO Weijie1, LIU Laisheng1, WU Leixiang1

(1. China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China; 2. Shaanxi Reconnaissance Design & Research Institute of Water Environmental Engineering, Xi’an 710018, Shaanxi, China)

In order to scientifically protect and rationally utilize the water resources of Miyun Reservoir, the index system is employed to evaluate the ecosystem health status of reservoir. The results show that the ecosystem in Miyun Reservoir is sub-health on the whole at present, and the indices of health, sub-health and general abnormal state are 64%, 21% and 7% respectively. The basic reason for the low level of ecosystem health in Miyun Reservoir basin is that the water resources in the basin is disorderly exploited, which leads to the unequal distribution of water resources in upper and lower reaches of river basin and then leads to insufficient water supply capacity and shrinking of wetland.

aquatic ecosystem; ecosystem health; assessment; Miyun Reservoir

2015-10-26

國家科技支撐計劃項目 (2011BAJ21B03)

吳佳鵬(1980—)，男，吉林扶余人，高級工程師，博士，從事水環(huán)境保護與生態(tài)健康評價研究.

X82；TV213.3

A

0559-9342(2016)12-0006-04