北京大清河流域生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性評價

賈三滿 張群 路璐

摘? 要：生態(tài)環(huán)境敏感性評價是用于表征外界干擾對生態(tài)系統(tǒng)可能造成結(jié)果的重要指標(biāo)，對生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的環(huán)境政策有效進行區(qū)域生態(tài)建設(shè)具有重要作用。針對北京大清河流域生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的土壤侵蝕性和水污染敏感性兩個生態(tài)敏感問題，根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境特點選取相應(yīng)的評價因子，并將運用GIS技術(shù)在單因子評價的前提下，采用地圖疊加法對研究區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性進行綜合分析。結(jié)果表明：北京大清河流域生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性分為4個等級，其中高敏感區(qū)面積約251km2，占16%，主要分布在百花山、霞云嶺、十渡、長溝峪等地區(qū)。研究進一步明確了北京大清河流域生態(tài)環(huán)境敏感性的空間分布特征，地層巖性、土層厚度及其理化性質(zhì)，在生態(tài)環(huán)境敏感性評價中起重要作用。

關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境;敏感性;北京;大清河流域;生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)

中圖分類號：X24? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1007-1903（2019）03-0001-06

Evaluation on Eco-environment Sensibility in Ecological Conservation Area of Daqing River Watershed of Beijing

JIA Sanman1， ZHANG Qun1， LU Lu2

（1.Beijing Institute of Geo-exploration Technology， Beijing 102218; 2. Beijing Institute of Geology， Beijing 100120）

Abstract： Evaluation on eco-environment sensibility is an important index to reflect the effect of external disturbance on ecosystem. The evaluation is important for making environmental policy and ecological construction. Based on the two eco-environmental problems （soil erosion and water pollution sensitivity） of the Daqing River ecological conservation area， and the geological and environmental characteristics of the research area， the appropriate assessment factors of eco-environment sensibility are selected in this study. GIS technology is used for the single-factor evaluation. And on the basis， overall merit of eco-environment sensibility has been obtained by using map overlay method. The results show that： there are four grades of eco-environment sensibility of the Daqing River ecological conservation area. The highly sensitive area is distributed in the Baihua Mountain， Xiayun Hill， Shidu and Changgou valley， with the area of 251km2， accounting for 16% of study area. This paper further clarifies the space distribution of eco-environment sensibility of the Daqing River ecological conservation area. It indicates that lithology， soil thickness and physical chemical properties play an important role in the evaluation on eco-environment sensibility.

Keywords： eco-environment; sensibility; Beijing; The Daqing River Watershed; ecological conservation area

0 前言

生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)在保護生物多樣性、保護環(huán)境、減少水土流失、凈化空氣和減少噪音、涵養(yǎng)水源、以及提高碳匯等方面，都體現(xiàn)出巨大的生態(tài)價值。

環(huán)境敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域中各種自然和人類活動干擾的敏感程度，它反映的是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)遇到干擾時，發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題的難易程度和可能性大小，也就是在同樣的干擾強度或外力作用下，各類生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題的可能性，用于表征外界干擾可能造成的結(jié)果（李君軼等，2007）。土壤侵蝕敏感性、鹽漬化敏感性、酸雨敏感性、沙漠化敏感性、生境敏感性、石漠化敏感性是生態(tài)環(huán)境敏感性評價的主要內(nèi)容（劉康等，2003）。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，大清河流域生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)鹽漬化、酸雨、沙漠化、石漠化不明顯，地質(zhì)災(zāi)害雖然較發(fā)育，但泥石流、崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的危害主要體現(xiàn)在對居民生命財產(chǎn)的威脅，對生態(tài)環(huán)境影響不大。所以本文選擇土壤侵蝕性、水污染敏感性兩個評價指標(biāo)。

1 工作區(qū)概況

工作區(qū)位于北京西南部，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)115°25′-116°15′，北緯39°30′-39°55′，包括房山區(qū)整個山區(qū)、少部分門頭溝區(qū)和豐臺區(qū)（圖1）。

區(qū)內(nèi)地貌類型復(fù)雜多樣，由西北向東南依次為中山、低山、丘陵、崗臺地，區(qū)內(nèi)的百花山海拔高度1991m，白草畔主峰海拔2035m，為本區(qū)最高峰。區(qū)內(nèi)有大小河流十余條，最主要的河流有拒馬河、大石河、永定河和小清河，其余河流規(guī)模較小。拒馬河是大清河的主支流，自西南方向入境，經(jīng)十渡、六渡、張坊于南尚樂南出區(qū)境。境內(nèi)全長61km。

本區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷干燥，多西北風(fēng);夏季炎熱多雨，多東南風(fēng);春季干旱，多風(fēng)沙;秋季天高氣爽，冷暖適宜。氣候特點是光熱有余，溫差較大，水熱同季，降水不均。年平均氣溫10.8℃（山區(qū)）～11.8℃（平原）。

多年平均降雨量山區(qū)為644.1mm，平原區(qū)為588.8mm，降雨多集中在夏季（6-8月），占全年降雨量的80%以上，汛期多暴雨。多年平均蒸發(fā)量為1500mm。

18.5億年來，經(jīng)歷了多次海陸變遷，形成了總厚度近2萬米的地層。區(qū)內(nèi)地層劃分為中元古界、新元古界、古生界、中生界、新生界，共計33個組，項目區(qū)內(nèi)地層出露較全，從中元古界薊縣系起，除個別地層缺失外，各時代地層均有出露，尤以中元古界最為發(fā)育。

區(qū)內(nèi)巖漿巖以侵入巖分布范圍較廣泛，大多數(shù)為中、酸性巖石，火山巖分布較少。其中房山巖體最為典型且出露面積最大，另外還有“燈泡巖體”“龍眼花崗巖”和少量閃長玢巖脈。區(qū)內(nèi)印支期、燕山期構(gòu)造活動強烈，形成了一系列較大規(guī)模的褶皺構(gòu)造及逆沖推覆斷裂構(gòu)造，對礦產(chǎn)資源、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育等由較強的控制作用。

區(qū)內(nèi)有著豐富的礦產(chǎn)資源，金屬礦包括鐵、銅、鉛、鋅、鋁土礦等，非金屬礦包括灰?guī)r、大理巖等主要礦種18種。礦產(chǎn)資源開采利用歷史悠久，開發(fā)程度較高，是京郊有名的“煤炭之鄉(xiāng)”“建材之鄉(xiāng)”，原共有各類礦山340個。礦產(chǎn)開發(fā)帶來經(jīng)濟效益的同時，也對生態(tài)環(huán)境造成了不利影響。

項目區(qū)旅游資源豐富，全區(qū)旅游單位近3000余家。區(qū)內(nèi)有世界文化遺址1處、國家級重點文保單位6處、市級15處、區(qū)級47處。區(qū)內(nèi)馳名中外的北京猿人遺址（周口店鎮(zhèn)）是世界文化遺產(chǎn)之一，享有“北京人之家”的美譽。

2 評價方法及因子選取

2.1 評價方法

生態(tài)環(huán)境敏感性評價方法很多，選取的指標(biāo)也不盡相同（武鵬達等，2016;李詠紅等，2015;許偉等，2011;史娜娜等，2017;吳翠等，2017），生態(tài)環(huán)境問題主要考慮水土流失、土地沙漠化、土壤鹽漬化和水環(huán)境等。本次評價選取土壤侵蝕性和水污染敏感性兩項指標(biāo)，通過公式（1）計算分別計算兩種指標(biāo)敏感性指數(shù)，評價其敏感性。

（1）

式中： SSj為j空間單元土地生態(tài)環(huán)境敏感性指數(shù);Ci為i因素敏感性等級值;n為因子數(shù)。

然后根據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)來確定敏感性等級。再根據(jù)其重要性，賦予不同權(quán)重，分別評價土壤侵蝕性和水污染敏感性。最后，采用利用地理信息系統(tǒng)軟件中的空間疊加分析功能，采用就高不就低的原則，綜合評價生態(tài)環(huán)境敏感性得到生態(tài)環(huán)境綜合敏感圖。

2.2 土壤侵蝕性評價因子選取

影響區(qū)域水蝕土壤流失量的因素很多，主要因素有降雨因子、土壤因子、地形地貌因子和地面覆蓋或植被因子和人為活動因子。根據(jù)通用水土流失方程的基本原理，選擇降雨侵蝕力、土壤可蝕性、坡長坡度因子以及地表植被覆蓋因子對研究區(qū)的土壤侵蝕敏感性進行評價。土壤侵蝕敏感性影響分級見表1。

（1）降雨侵蝕力

影響降雨因子的因素很多，降雨強度、歷時，本次評價采用綜合參數(shù)R值（降雨侵蝕力）來評價降雨對土壤侵蝕的影響。R值是一個地區(qū)降雨沖蝕潛勢的綜合量度。由于山區(qū)雨量監(jiān)測資料較少，本次采用采用北京師范大學(xué)徐麗等人（2007）的研究成果計算，公式（2）如下：

（2）

式中： R年為降雨侵蝕力數(shù)值;P年為年降雨量（mm）。本次研究中的年降雨量采用房山區(qū)多年平均降雨量等值線數(shù)值，計算降雨侵蝕力R值。

降雨侵蝕力R值大于5000的范圍分布較廣，可見全區(qū)大部分為高度敏感區(qū)。

（2）土壤可蝕性

國內(nèi)外很多學(xué)者根據(jù)土壤性質(zhì)的常規(guī)試驗確定的指標(biāo)來評價土壤對水力侵蝕的相對敏感性，包括SiO2/Al2O3、分散性、分散-滲透性指標(biāo)、粘粒率和團聚體指標(biāo)、水穩(wěn)指標(biāo)、崩解度和抗剪強度。這些指標(biāo)主要反映在地層成因時代、巖性特征等方面，一般形成時代越久，壓縮性越小，強度越大，抗侵蝕能力越強。碎石土，細(xì)、中、粗砂土顆粒大或粘粒含量高的土壤抗侵蝕能力強，顆粒較細(xì)、粘粒含量低的粉土、粉砂土抗侵蝕能力差。評價因子有選擇土壤類型的，也有選擇土壤質(zhì)地的。本次評價主要根據(jù)本次實際調(diào)查結(jié)果，用SiO2/Al2O3比值Sa值可以了解土壤中砂性成分的多寡。其中，Sa= SiO2表土/ Al2O3表土，SiO2 、Al2O3的含量單位均為%。Sa數(shù)值越大，則土壤中非粘土的砂質(zhì)成分越多，抗侵蝕能力越差。按Sa數(shù)值大小劃分為不敏感、輕度敏感、中度敏感和高度敏感四級，中高敏感區(qū)主要分布在工作區(qū)的中西部地區(qū)。

（3）地形地貌

地形是影響土壤侵蝕的重要因素之一。地形坡度、坡長、坡形、分水嶺與谷底及河面的相對高差等都對土壤侵蝕有較大影響。地面坡度是最重要的因素，一般坡度越大，徑流流速越大，侵蝕力越強。本次評價只選擇坡度作為評價因子，根據(jù)遙感解譯數(shù)據(jù)，按坡度大小分為小于5°、5°～15°、15°～35°、大于35°四級。大部分坡度大于15°，為中高度敏感區(qū)域。

（4）植被

植被覆蓋是自然因素中防治土壤侵蝕起積極作用的因素，地表植物可以攔截雨滴，調(diào)節(jié)地面徑流，固結(jié)土體，改善土壤性狀。不同的植被類型防控侵蝕作用差別較大，一般由森林到草地到農(nóng)田到荒漠依次減小。本次評價根據(jù)房山區(qū)植被特點，分為水體、水田，森林，草地、果樹，農(nóng)田、裸地4個級別。

2.3 水污染敏感性評價因子選取

水源涵養(yǎng)，是指以養(yǎng)護水資源，調(diào)節(jié)水文狀況，提升生態(tài)系統(tǒng)水分保持能力，改善水環(huán)境質(zhì)量為目的而實施的恢復(fù)植被、保持水土、防治污染等活動。水源涵養(yǎng)是生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)重要功能，主要是保護地表水，補給地下水，防治水污染。水源涵養(yǎng)能力與植被類型、覆蓋度、枯落物組成，地質(zhì)地貌，土層厚度及土壤物理性質(zhì)等因素密切相關(guān)。從地質(zhì)環(huán)境角度看，主要從地下水補給和水污染敏感性兩個方面。地下水補給能力與抗污染能力是矛盾的，一般地下水補給條件越好，抗污染能力越弱。本次評價從生態(tài)環(huán)境保護的角度，只對水污染敏感性評價。選擇因子有距地表水源的距離、巖性、土壤厚度、徑流深度、入滲系數(shù)。水環(huán)境污染敏感性影響分級見表2。

（1）距地表水源距離

以地表水為評價對象，選取主要河流向兩側(cè)呈梯度擴展，水庫湖泊向四周擴展，離地表水源越近敏感性越強。按距離分為一般、輕度敏感、中度敏感和高度敏感4個區(qū)。

（2）巖性

工作區(qū)地層出露有長城系、薊縣系、青白口系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系、燕山期花崗巖體和第四系。按含水介質(zhì)不同，分為碳酸鹽區(qū)、砂、頁巖區(qū)、火山碎屑巖區(qū)和花崗巖區(qū)。

碳酸鹽區(qū)主要是由薊縣系霧迷山組、鐵嶺組、奧陶系、寒武系中統(tǒng)碳酸鹽組成。分布面積較大，巖溶裂隙較發(fā)育，透水性強，防污染能力差。

砂頁巖區(qū)主要是石炭系、二疊系，透水性、富水性較差，單井出水量一般小于500 m3/d。

火山碎屑巖地區(qū)主要巖性為侏羅系火山巖，分布在本區(qū)西北邊緣。地下水多賦存于風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，透水性、富水性差。

花崗巖主要由燕山期侵入巖，構(gòu)成房山花崗巖體，透水性、富水性極差。

（3）土壤厚度

土壤厚度不僅對植物生長狀況、分布等有影響，也對降水和地表水入滲有較大影響，一般土壤層越厚，防污染能力越強，有利于地下水源防護。本次根據(jù)土壤層厚度分為無覆蓋層、薄層（<300mm）、中層（300～800mm）和厚層（>800mm）四級。

（4）徑流深度

一般情況下，地表徑流深大，降雨形成的地下徑流稀釋污染物的能力強。

影響徑流深的因素由氣候因素、地貌因素、地質(zhì)因素和植被因素。氣候因素它是影響河川徑流最基本和最重要的因素。氣候要素中的降水和蒸發(fā)直接影響河川徑流的形成和變化。地貌地貌中山地高程和坡向影響降水的多少，如迎風(fēng)坡多雨，背風(fēng)坡少雨。坡地影響流域內(nèi)匯流和下滲，流域內(nèi)地質(zhì)和土壤條件往往決定流域的下滲、蒸發(fā)和地下最大蓄水量，例如在巖溶發(fā)育區(qū)和節(jié)理和裂縫發(fā)育的地區(qū)，降水入滲好，地下水豐富，地表徑流深減小。植被，特別是森林植被，可以起到蓄水、保水、保土作用，削減洪峰流量，增加枯水流量，使河川徑流的年內(nèi)分配趨于均勻。根據(jù)北京市房山區(qū)水資源規(guī)劃報告，本區(qū)徑流深度75～85mm，屬于高敏感區(qū)域。

（5）入滲系數(shù)

大氣降水是地下水的主要補給源。降水入滲系數(shù)（α）是計算大氣降水入滲補給量的重要參數(shù)。影響大氣降水入滲系數(shù)的因素有包氣帶巖性、包氣帶土體的含水狀況及降水量年內(nèi)分配及降水強弱等，其中巖性是最主要的因素。此外還考慮城市化造成的路面硬化等因素，入滲系數(shù)0.15～0.30，房山巖體入滲系數(shù)較小，碳酸鹽分布區(qū)入滲系數(shù)較大。按其大小分為四級。

3 評價結(jié)果及防控建議

3.1 土壤侵蝕敏感評價

采用表1的評價因子和標(biāo)準(zhǔn)，按公式（1）計算敏感性指數(shù)，結(jié)果見圖2。

如圖2可見，土壤侵蝕敏感程度中—高度占工作區(qū)面積的55%，主要分布在中西部地區(qū)，中高度敏感區(qū)土壤質(zhì)地相對較粗，以粉土為主，可侵蝕性強，地貌類型為中山、低山，地形坡度較大，易侵蝕，在農(nóng)業(yè)開發(fā)中，注意水土保護，防止水土流失。其中高度敏感區(qū)零星分布在長溝峪、上水峪、百花山、十渡等地，占工作區(qū)的10%，區(qū)內(nèi)土壤質(zhì)地以粉土、砂性土為主，坡度較大。輕度敏感和無敏感區(qū)分布于調(diào)查區(qū)西北和東南臺地-丘陵區(qū)，地形坡度較小，土壤可侵蝕性弱-中等，植被較發(fā)育，土壤侵蝕的程度偏低。

3.2 水污染敏感性評價

采用表2的評價因子和標(biāo)準(zhǔn)，按公式（1）計算敏感性指數(shù)，結(jié)果見圖3。

如圖3可見，中高敏感性區(qū)域占工作區(qū)的63%，主要分布在中部地區(qū)，巖性為碳酸鹽，入滲系數(shù)較好，土壤厚度一般小于30mm，地表降水易入滲地下，防水污染能力較差，區(qū)內(nèi)盡量減少污染企業(yè)和大型養(yǎng)殖企業(yè)，加強水環(huán)境保護措施。其中高敏感區(qū)呈零星塊狀分布在十渡、霞云嶺等地，占工作區(qū)的7%。，區(qū)內(nèi)土層薄，入滲性好，距地表水源較近地區(qū);輕度敏感區(qū)分布在調(diào)查區(qū)中部，與呈塊狀分布，巖性以碳酸鹽夾碎屑巖為主，入滲系數(shù)較小，地表降水入滲能力較差，防水污染能力較好;不敏感區(qū)主要集中在西北部百花山-史家營-大安山地區(qū)和東部平原與山區(qū)交接地區(qū)，地表降水入滲能力較差，防水污染能力較好。百花山-史家營-大安山地區(qū)巖性以砂巖、頁巖為主，入滲能力一般，土壤厚度30～80mm。東部山區(qū)與平原區(qū)的過渡地帶，巖性以花崗巖和第四紀(jì)覆蓋層為主，土壤厚度大于80mm。

3.3 綜合評價

生態(tài)敏感性評價主要有地圖疊加法、加權(quán)疊加法和生態(tài)因子組合法，各種評價方法各有優(yōu)缺點（魯敏等，2014），不管那種方法，評價結(jié)果均應(yīng)與生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)功能定位相統(tǒng)一。北京生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)是首都重要的生態(tài)屏障和水源保護地，水土保持和水污染防護十分重要。從土壤侵蝕敏感評價和水污染敏感性評價結(jié)果看出，兩者的中高敏感區(qū)范圍有較好的相似，所以本次綜合評價采用地圖疊加法，就高不就低的原則，評價結(jié)果見圖4。

如圖4可見，由于工作區(qū)位于山區(qū)，地形起伏較大，巖石裸露，土層較薄，大部分生態(tài)環(huán)境比較敏感。高敏感區(qū)面積約251km2，主要分布在百花山、霞云嶺、十渡、長溝峪等地區(qū)，面積占全區(qū)的16%，應(yīng)加強保護，適度開發(fā)農(nóng)業(yè)種植，禁止礦山開發(fā)、污染企業(yè)和養(yǎng)殖場建設(shè)，對現(xiàn)有企業(yè)應(yīng)加強保護工作。

4 結(jié)論

生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)敏感性評價方法很多，選擇的評價因子也不盡相同，但地質(zhì)環(huán)境因素考慮較少，而大部分生態(tài)環(huán)境敏感性指標(biāo)都受地質(zhì)環(huán)境條件制約。本文在生態(tài)環(huán)境涵養(yǎng)區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查的基礎(chǔ)上，在評價中引入地層滲透系數(shù)、土壤化學(xué)組分等因子，對如何把地質(zhì)環(huán)境要素納入到評價中作了有益探討，結(jié)果表明，地層巖性、土層厚度及其理化性質(zhì)在生態(tài)環(huán)境敏感性評價中起重要作用。生態(tài)環(huán)境中高度敏感區(qū)主要分布在碳酸鹽、滲透系數(shù)較大，土層厚度較薄的砂性土地區(qū)，評價結(jié)果更接近實際情況。

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