基于AHP和GIS的承德市水資源保護(hù)重要性分區(qū)研究

翟衛(wèi)軍

(河北省承德水文水資源勘測(cè)局，河北 承德 067000)

1 概 述

隨著環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，生態(tài)安全服務(wù)功能研究已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。水源保護(hù)是一項(xiàng)重要的生態(tài)系統(tǒng)功能保障方式[1-2]。對(duì)于不同地區(qū)的不同生態(tài)系統(tǒng)，保存水的能力是不同的[3]。一般來(lái)說(shuō)，生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型可以根據(jù)水源保護(hù)的功能來(lái)確定其重要的程度。水源保護(hù)區(qū)是體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要區(qū)域。大江源頭和大型水利工程為城市和農(nóng)村地區(qū)提供了穩(wěn)定的水源，具有較高蓄水能力的地區(qū)都被認(rèn)定為水資源保護(hù)區(qū)[4-5]。目前，張三煥等[6]、吳波等[7]、黃志剛等[8]、薛達(dá)元等[9]和段曉峰等[10]分別采用降雨量存儲(chǔ)容量估算法、地下徑流增長(zhǎng)法、森林集水區(qū)、區(qū)域年徑流和土壤水分核算法等方法劃分了水源保護(hù)區(qū)。這些研究主要集中在突出生態(tài)功能方面，很少考慮水資源保護(hù)功能的外部因素。此外，對(duì)如何界定水資源保護(hù)區(qū)的劃分的研究也很少。本文基于GIS技術(shù)，將人為因素作為外部客觀因素評(píng)價(jià)指標(biāo)，并運(yùn)用層次分析法針對(duì)所提出的承德市劃分水資源保護(hù)分區(qū)的新評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行探討。

2 研究區(qū)概況

承德市位于河北省東北部，在內(nèi)蒙古高原和燕山山脈的邊緣，處于寒溫帶和暖溫帶、干旱和半干旱、森林和草原地區(qū)。承德市地形多樣，土壤類(lèi)型多樣，植被覆蓋率高。此外，自然資源、森林、草原分布廣泛，這有助于形成多樣化的生態(tài)系統(tǒng)。承德市是灤河和潮河的發(fā)源地，其不僅是當(dāng)?shù)氐乃?，也是密云水?kù)和潘家口水庫(kù)上游的重要水源地，并承擔(dān)著京津地區(qū)的供水任務(wù)。因此，保護(hù)承德市的生態(tài)水資源尤為重要。水資源保護(hù)的重要性決定了承德市未來(lái)的發(fā)展方向。目前，水資源分區(qū)和分類(lèi)被認(rèn)為是該地區(qū)的首要問(wèn)題。因此，為了解決以上問(wèn)題，本文運(yùn)用Arcgis軟件和層次分析法，對(duì)承德市水資源保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行綜合研究。

3 研究方法

本文采用的層次分析法原理如下:首先，一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題應(yīng)該分解成它的組成部分；然后將這些組成部分分成層狀結(jié)構(gòu)，并將下一級(jí)的每個(gè)因素與前一級(jí)進(jìn)行比較，即對(duì)所有因素進(jìn)行成對(duì)比較；其次是構(gòu)造判斷矩陣來(lái)檢查其一致性，并對(duì)其等級(jí)進(jìn)行排序以獲得各因素組合的權(quán)重；最后，根據(jù)排序結(jié)果來(lái)分析和評(píng)價(jià)所研究的問(wèn)題。本文的分析過(guò)程如下[11]：①建立層次結(jié)構(gòu)及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見(jiàn)表1；②判斷矩陣的結(jié)構(gòu)，賦予權(quán)重[12]；③計(jì)算各元素的相對(duì)權(quán)重，并進(jìn)行一致性測(cè)試；④總層次的排序；⑤綜合評(píng)價(jià)。

表1 水資源保護(hù)重要性的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

區(qū)域水資源保護(hù)的重要性通常通過(guò)其對(duì)整個(gè)流域的貢獻(xiàn)以及對(duì)徑流調(diào)節(jié)的作用來(lái)評(píng)估。評(píng)估要素包括自然因素和人為因素。本研究確定的水源保護(hù)區(qū)指標(biāo)如下:

3.1 自然指數(shù)

3.1.1 降雨分布

降雨量的分布是評(píng)價(jià)水資源量和徑流調(diào)節(jié)重要性的重要指標(biāo)。平均年降水量圖可以用來(lái)表征水資源總量的區(qū)域分布。根據(jù)承德年平均降水量等值線圖，承德市年平均降水量等值線可以進(jìn)行分級(jí)和賦值，以表征承德市降水量的分布。區(qū)域徑流、植被類(lèi)型和覆蓋度的分類(lèi)及分配見(jiàn)表2。

3.1.2 植被類(lèi)型

植被類(lèi)型對(duì)水源涵養(yǎng)功能的影響主要表現(xiàn)在降雨攔截上。不同的植被類(lèi)型攔截降雨及控制地表蒸發(fā)的能力不同，對(duì)水源保護(hù)能力的影響也不同。根據(jù)植被類(lèi)型圖，承德市的植被可分為林地、灌木、草地和農(nóng)田。根據(jù)不同的植被類(lèi)型對(duì)水源保護(hù)的功能進(jìn)行分類(lèi)和分配，其分類(lèi)結(jié)果見(jiàn)表2。

3.1.3 植被覆蓋率

植被覆蓋度主要影響降雨截留能力。植被覆蓋率越高，攔截降雨的能力就越強(qiáng)，保持水分的能力也越強(qiáng)。承德市的植被覆蓋數(shù)據(jù)可以通過(guò)氣象衛(wèi)星獲得，通過(guò)對(duì)landsat數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化以獲得植被覆蓋圖。NDVI的限值在0.01～0.97之間。植被覆蓋率的范圍見(jiàn)表2。

3.1.4 土壤粗密度

土壤質(zhì)地對(duì)水土保持的影響主要是增加滲透和抑制蒸發(fā)。根據(jù)土壤質(zhì)地，承德市的土壤可分為基巖、礫石、砂土、黏壤土、砂壤土和壤土，土壤標(biāo)度值的分配見(jiàn)表3。

表2 徑流、植被類(lèi)型和覆蓋度的分配

表3 承德市土壤質(zhì)地的分配

3.2 人類(lèi)指數(shù)

3.2.1 水功能區(qū)劃與飲用水水源

人類(lèi)對(duì)水資源的依賴程度越高，對(duì)水資源的保護(hù)就越重要。各行政區(qū)集中式飲用水水源的分布見(jiàn)表4。水功能區(qū)域劃分與飲用水源的配置見(jiàn)表5。

表4 集中式飲用水水源的分配

表5 水功能區(qū)域劃分與飲用水源的配置

3.2.2 判斷矩陣的確定

基于層次分析法的原理，利用德?tīng)柗品?，兩兩比較各指標(biāo)的相對(duì)重要性，根據(jù)各指標(biāo)對(duì)水資源保護(hù)效果的貢獻(xiàn)來(lái)判斷。通過(guò)整理專(zhuān)家的評(píng)價(jià)結(jié)果，得到指標(biāo)矩陣，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，然后通過(guò)一致性檢查，證明結(jié)果具有令人滿意的一致性。判斷矩陣及指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6和表7。

表6 判斷矩陣

注：λ=4.010 2,CI=0.003 4,RI=0.90,CI=0.003 8<0.10

表7 指數(shù)權(quán)重

4 分區(qū)結(jié)果和發(fā)展方向

承德市水資源保護(hù)區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 承德市水資源保護(hù)區(qū)分布圖

具體分析如下：

4.1 承德市極其重要的水資源保護(hù)區(qū)

承德最重要的水源保護(hù)區(qū)位于承德的中南部和北部。從行政上來(lái)說(shuō)，它包括豐寧下游、圍場(chǎng)大部分地區(qū)、興隆中東部、寬城和平泉中西部。主要分布在潮白河上游、灤河上游、潵河上游、柳河上游、柴白河上游、暖河河上游、灤河干流、興洲河上游、伊遜河上游、武烈河上游、瀑河上游和老牛河上游，總面積19 939.8 km2，占整個(gè)流域面積的52.4%。該地區(qū)的主要環(huán)境問(wèn)題如下:森林生態(tài)系統(tǒng)功能相對(duì)薄弱，林型和樹(shù)木的幼齡單一[13]。嚴(yán)重的森林砍伐和過(guò)度放牧導(dǎo)致嚴(yán)重的植被退化和土壤侵蝕。一些地區(qū)發(fā)生的采礦破壞導(dǎo)致大量土地被固體廢物占據(jù)，這反過(guò)來(lái)加劇了土壤侵蝕，同時(shí)礦物篩選清洗的廢水又導(dǎo)致了土壤及地下水的污染。承德地區(qū)未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)為:通過(guò)植樹(shù)造林和封山育林來(lái)保護(hù)水源、涵養(yǎng)林地，以提高植被覆蓋率，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能；限制或禁止不利于節(jié)水功能的社會(huì)或經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。應(yīng)該做好水土流失控制和水土保持工程任務(wù)，以避免水土流失加劇，并以此保證下游水庫(kù)的供水。有必要在禁止陡坡耕作、砍伐森林和過(guò)度放牧的同時(shí)，將耕地歸還給林地或草地。應(yīng)將發(fā)展和保護(hù)并重，積極開(kāi)展環(huán)境恢復(fù)工作，以盡快恢復(fù)該地區(qū)的自然生態(tài)系統(tǒng)。

4.2 承德市中等重要的節(jié)水區(qū)

中度重要的水源保護(hù)區(qū)位于承德的中部，大部分水源主要分布在兩側(cè)的主要河流上。主要分布于灤河、興洲河、伊遜河、瀑河、老牛河下游、遼河南部和潮河干流，總面積11 946.7 km2，占整個(gè)流域的31.4 %。該地區(qū)的主要環(huán)境問(wèn)題包括：城市地區(qū)人民生活和工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了一系列環(huán)境問(wèn)題，如河流污染、土壤侵蝕、植被退化、生態(tài)系統(tǒng)惡化等。這一地區(qū)未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)為:在進(jìn)行城市開(kāi)發(fā)建設(shè)的同時(shí)，重視生態(tài)環(huán)境建設(shè)；保護(hù)現(xiàn)有的森林資源，同時(shí)進(jìn)行植樹(shù)、退耕還林和植被重建；促進(jìn)采礦后的生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)，建設(shè)“綠色礦業(yè)”。

4.3 承德市較重要的水資源保護(hù)區(qū)

較重要的水源保護(hù)區(qū)位于七老圖山以南，行政上包括平泉以東和圍場(chǎng)東北。主要分布在遼河以及青龍河，總面積3 989.28 km2，占整個(gè)流域的10.5 %。該地區(qū)的主要環(huán)境問(wèn)題如下:嚴(yán)重的土壤侵蝕；缺乏水資源；該地區(qū)部分地區(qū)的土壤為重黏土。這一地區(qū)未來(lái)的發(fā)展方向是:沿河流兩岸進(jìn)行植樹(shù)造林；繼續(xù)加強(qiáng)小型農(nóng)田水利建設(shè)，增加攔截降雨和灌溉土地的種植面積。提高植被覆蓋率以減少土壤侵蝕。加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)。

4.4 承德市普通水資源保護(hù)區(qū)

主要位于壩上以西，分散在平泉西北、遼河以北、寬城東南、興隆西南，總面積2 146.9 km2，占整個(gè)流域的5.7%。該地區(qū)的主要環(huán)境問(wèn)題包括：過(guò)度耕種和過(guò)度放牧導(dǎo)致草原退化、嚴(yán)重荒漠化和水土流失。該地區(qū)未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)為：調(diào)整耕地比例，大力推進(jìn)退耕還林工程；禁止開(kāi)墾現(xiàn)有牧場(chǎng)，改造退化的牧場(chǎng)，以保護(hù)植被草原。嚴(yán)格控制草地使用承載力，禁止過(guò)度放牧；加強(qiáng)荒漠化的綜合治理，盡可能減少水土流失；建設(shè)防護(hù)林發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，推進(jìn)自然保護(hù)區(qū)管理，開(kāi)展生態(tài)旅游。

5 結(jié) 論

承德市特殊的地理環(huán)境形成了脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，不僅無(wú)法承受自然災(zāi)害的影響，也無(wú)法承受劇烈發(fā)展帶來(lái)的影響。一旦森林、草地或其他植被被破壞，生態(tài)系統(tǒng)很難在短期內(nèi)恢復(fù)。因此，必須重視和保護(hù)該地區(qū)重要的水源地。為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的雙贏目的，有必要優(yōu)先發(fā)展一般地區(qū)和次要地區(qū)，保護(hù)極其重要的節(jié)水地區(qū)。并堅(jiān)持綠色發(fā)展的理念，在保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的前提下，追求人與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。