辽河流域生态健康评价环境生态工程专业

1、辽河流域生态健康评价Ecological health evaluation of liaohe river basin摘要在生态系统健康受人类活动的影响愈加密切的同时，人们对该领域状况也更加重视。许多科学研究者也愈加重视流域生态系统健康，作为社会经济-自然相协调的生态系统，在一定程度上具有完整性，与人类的社会生产和日常生活密切相关。特别是近几年，评价生态系统健康使用了RS和GIS技术，这个更优化的方法被广泛应用于实际生活，并在使用过程中日趋成熟完善。辽河流域作为本文的研究对象，在水生态功能方面，根据遥感数据等数据划分为三级分区，其生态结构包括三个子系统：水域、岸边带、陆域。不同的评价指标对应

2、不同的子生态系统。按照水生生境和水生态胁迫两方面特征确定水域子系统，岸边带考虑生态结构、功能和胁迫三个方面，从生态功能、格局、胁迫三方面确定陆域子系统，确定17项评价指标来测评生态健康。权重确定主要是通过层次分析法，结合专家打分，计算出综合指数。各项指标的获取主要通过RS和GIS技术来获取并加以计算，评价研究对象状况，揭示本流域三级功能分区的综合健康状况。通过研究证明，将水域、岸边带、陆域分别作为该流域的三个划分区域来选取指标进行综合评价的方法是可行的，结合遥感和GIS技术对研究对象进行综合评价，得出的分析结果能够分析并表达研究对象在空间上具备的特性，作为科学依据供社会公共管理者和公共事务决策

3、者更好地治理流域生态，对保护和管理流域的生态健康，乃至推动整个社会的生态文明建设具有重要意义。 关键词：辽河流域，生态健康，RS，GIS，水生态分区1、研究区概况1.1 地理位置辽河流域是我国七大流域之一,在东部地区河流中最大的。它地处我国东北的西南方向，从河北省发源，流经内蒙、吉林、辽宁汇入渤海，其中辽宁省段作为本研究对象(以下简称辽河流域)，位于辽宁中部，分布形状从整体上看呈菱形，地理位置在东经117°00' 125°30',北纬40°30'45°10'之间，面积为6.48万km2。1.2 土壤类型辽河流域按照土壤类型

4、来说，包括棕壤、草甸、水稻等种类达12类之多。棕壤占地面积的比例最大，约占该流域土壤总面积的31.81%，位于整个流域的东部;流域内中西部的土壤占比排名2、3，其中潮土占整个研究区的26.39%，黄堰土占19.31%；其余土壤面积较小。1.3 河流水系辽河干流、浑河、太子河和大辽河是辽河流域的4大水系，水资源总量为130.47亿m3.流域内包括绕阳河、招苏台河、清河等多条主支流，共同构成发达的水系。工业化快速发展，严重污染了辽河流域，多年来该流域的综合污染指数在七大流域位于前列，是国家“三江三河”治理的重点流域。同时，流域内健康水资源相对匮乏，随之出现了突出的供求矛盾，过度的水资源开发利用，也

5、使得流域水体进一步污染加剧功能随之下降。面对经济快速增长带来的挑战，辽河流域环境压力和形势更加严峻，流域内能否实现可持续发展已经在某种程度取决于水污染的控制和治理了。1.3.1辽河流域现状政府在“九五”“十五”期间，高度重视辽河流域的污染控制，在不懈努力下有效控制了流域内的水污染，在一定程度上改善了水质，辽河干流断面的评测指标中，化学需氧量在2009 年达标率100%实现了治理胜利，明显减轻污染程度，在化学需氧量浓度指标方面创造了2001 年历史新低，辽河、浑河、太子河年均1624 mg/L，同比分别下降59.4%、6.3%、2.5%、5.5%；41 条主要支流中，支流中占比58.5%的化学需

6、氧量浓度比去年同期下降17.3%84.5%。但也要清醒地看到，整个；流域内水质污染问题依然突出，持续改善水质方面的工作在“十一五”期间仍然形势严峻。2009 年，仍有69.2%的干流断面和65.8%的支流超类水质标准，污染因子中氨氮是最突出的主要问题。研究区域的干流断面氨氮浓度年均值并不稳定，达标率一直在较低水平波动，干流断面为类水质标准的氨氮比例，在20052009 年期间分别占15.4%、38.5%、15.4%、34.6%、30.8%。1.3.2辽河流域水污染特征水环境容量已经无法承载污染物的排放总量。水质受到严重污染的原因主要在于，全省地表水环境容量有限，已经远远不能接受过量的废水及污染

7、物排放。例如2009 年，全省排放废水37.5 亿t，其中工业废水16.8 亿t，生活废水20.7 亿t，排放化学需氧量56.26 万t，分别位居全国第11 位和第12 位。从全国七大水域看，海河流域污染最严重，辽河水域的污染程度次之。研究区域内环境水质模型计算容量只有16.9 万t，2006年入河的化学需氧量达到39 万t，而排放量远超容量，甚至达到容量的2.3倍，氨氮排放达到4 倍以上。应当看到，工业城市在流域内呈现密集分布，城市段的河流污染问题严重。辽河流经城市时，接纳了大量工业和生活污水，对水体造成了严重污染。沈阳、鞍山、抚顺、本溪、辽阳、营口、盘锦和铁岭等城市密集分布在境内的400

8、km2 区域内，是全省总产值的74.3%，这部分庞大的人口总数约占全省61.5%，排放的化学需氧量、氨氮排放等主要污染物总量分别在全省占66.8%、57.2%。城市段突出污染，并且污染沿程逐渐加重，浑河流经抚顺、沈阳2 市后，水质由类恶化到超类。比如沈阳位于浑河下游，抚顺位于下游，2009 年对化学需氧量、氨氮浓度进行评测，与流入抚顺断面相比，流出沈阳的断面分别增长为5.5 倍、14.6 倍；辽阳、鞍山两市属于太子河流域，辽阳处于上游，鞍山处于下流，与流入辽阳的断面相比，流出鞍山的化学需氧量、氨氮浓度达到1.4 倍、4.3 倍，水质从类下降到超类，河流受控严重，辽河流域各河流多数为受控类型，随

9、着季节变化流量变化也比较明显。为有效控制和保障城市用水和农业灌溉用水，建有干流水库、堤坝，河流水量高度受控。另外，辽宁省地表径流季节、各个地区径流分布不均，全年的春季径流占比3%4%，夏季汛期径流量占70%80%。季节间歇性占小河流的绝大多数，全年中69 月径流量占90%。从近3年的枯水期来看，2009 年达到最好，虽然个别断面在有的月份有超类标准现象，但36 个省控断面首次在枯水期达到均值符合类水质的的成绩，超标比例占9.1%；化学需氧量、氨氮浓度分别是丰水期的1.2 倍、8.2 倍。还有部分间歇性河流属于季节性的，比如平原地区的很多中小河流，全年中这部分河流汛期径流量占90%，非汛期河道经

10、常出现干涸断流。41 条支流在全省监测范围，其中超类水质的有27 条，占监测总数的65.8%。1.4 湿地辽河流域横贯吉、辽、冀三省和内蒙古自治区治区的部分城市，流域面积21.9x10* km2，流经盘山进入渤海，辽洲金流规由两条独立的水系组成，一条水系是辽河东西汇流，全长约1394km:另一水系为浑河、 太子河，源头都在辽东山地，在三岔河汇合，流经大辽河子从营口进入渤海、长约s20 km。陆地与海洋实现生态系统之间过渡的河口湿地，是陆地与海洋相互作用所形成的自然综合体，具有较强的净初级生产力和固碳能力此外，混地可以截断阻留和过滤氮、磷等营养元素同。因此，河口湿地作为最后道自然性屏障，足以有效

11、减少河流中营养物进入海洋，从而削弱近海富营养化用。吴涛等间经过对大洋河河口湿地的探究，发现河口湿地自身有一定的地理发育、 成长和衰落的过程。但是，人类的各项活动通常可以直接影响甚至改变河口湿地的环境因子，在实际生产生活中，改善河口沉积环境，减少泥沙输入量，直接或间接地加速了河口湿地的发育，缩短了发育进程和时间，进步促使河口湿地步入萎缩乃至消亡时期。据统计，盘锦市陆域湿地总面积高达3022 km2,约占土地总面积76%，其中河流、河口、滨海、沼泽芦苇、草甸、灌从疏林等各种类型的湿地1532 km2。作为生态系统之一，湿地拥有较高生产力，它的生态功能除表现在蓄水、调洪防洪、去除和转化过量的营养物，

12、抵御海浪冲击，确保海岸线的稳定之外，也是野生动物重要的栖息地和繁殖地。根据董张玉等1问基于地理信息系统(GIS) 及遥感技术的分析及评价方法而言，盘锦湿地水禽栖息地按照适宜性优、良、一般和差进行划分，各类面积分别为803.79, 913.47. 905.29, 1023.65 hm2,各占总面积的2.04%，25.05%，24.83%，28.07%;而且，前三类湿地总面积为225 hm2,占71.93%，说明盘锦地区拥有较多的适宜水禽栖息的地区，主要分布在较少为人类活动干扰的流域、河漫滩芦苇湿地，此外，拥有较为充足的食物及水源的大面积耕地也是上佳的选择。双台子河口湿地处辽宁省西南部辽河平原南端

13、，辽东湾北岸，双台子河入口处，西、北邻锦州，东界鞍山。该湿地植被类型主要为芦苇、翅碱蓬等，区内有世界第二大的芦苇沼泽，土壤类型包括盐遗水稻土、滨海沼泽盐土等四种该湿地为河口湾湿地，总面积可以达到2100为辽河水系汇人港海城的个0该湿地由携带大面机外功成的河流淡水海水相互混合而形成。活宜多种水陆生物紫街是中山面全亚洲规模最大的滨海芦苇湿地该湿地年平均气温为8.6'C，年平均降雨量约为631mm。2.辽河流域生态健康评价指标体系构建2.1评价对象划分流域相对独立和完整，是分水线包围的以河流水系为核心，由陆域、岸边带和水域等区域构成的集水区域，从而在流域尺度进行生态评价的话，不仅需要从流域内

14、的河网河道，岸边带自然格局结构和自然生态系统的健康状况进行考虑，还需要分析流域内各种人类活动、资源开发利用对流域生态系统健康状况的综合影响。最终要得到河流域生态健康状况，除了在上面的基础上，还要结合流域的空间结构，根据水文过程和生态功能空间的差异，划分研究区域为水域-岸边带_陆域子系统，并以每个子系统作为单独的评价对象，最终叠加而成。水生态系统就是水域，不仅供给人类水资源，还为水生生物提供栖息地，它的生态状况变化直接影响人类和水生生物的健康。其中就包括河道边界周围的河槽中范围内的水体、水生生物群落和河源、河床。岸边带是兼有水域和陆域双重特征的水陆交界区域。其在广义上是指临近河道、直接受水流影响

15、的以植物为主要种群的生长区域；狭义上是指位于水域和陆域交界位置延伸到水流影响消失的中间区域。岸边带是减少人为干扰对河流的影响，具有阻隔、过滤、吸收、滞留河岸带物理、化学和生物沉积物的功能，降低地表以及地下水的污染程度153 ,在水域和陆域之间起到缓冲作用，这也是它最重要的功能之一。而岸边带中的植被又有发挥走廊、过滤和屏蔽阻隔的能力，是水生态系统和陆域生态系统之间交换物质、能量、信息的担当者。陆域是位于岸边带和流域分外围边界之间的陆地地区;陆域地区不仅为各类生物提供栖息地的陆域生态系统，也提供各种生态服务功能，譬如水资源保护，水土保持等等。2.2指标体系建立2.2.1指标选取作为生态系统的流域，

16、有一定复杂性的结构，需要从生态自然因素和人为因素对流域的影响来评价其健康状况。水域生态健康从水生生境和水生态胁迫两个要素选取;岸边带生态健康主要根据生态结构、生态功能和生态胁迫三个要素进行分析;陆域生态健康则从生态格局、生态功能、生态胁迫三个要素剖析。从而选取17项指标对辽河流域生态健康进行评价。2.2.2指标权确定指标权的确定是利用层次分析法和专家打分法完成。层次分析法(AHP,AnalyticHierarchy Process)5Sl是一种多目标决策分析方法，其中心思想是将复杂的问题分解为多个层次和多个要素，通过比较判断两两指标之间的重要程度，为选择最佳方案提供较为科学的判断依据。它将定量

17、与定性分析方法相结合，利用数学方法来分析问题和解决问题的层次分析，能有好的地理现象反映。在进行评价指标的权重确定，需分析每个层次的指标的重要性，在参考流域生态健康评价相关研究的文献资料和专家意见。评价指标体系构架中，水域健康是流域健康的基础，比陆域和岸边带更重要。其权重排序为水域>陆域>岸边带。人类的正常生活和生产的维持离不开生态系统服务功能，所以，不论是在陆地还是在河岸边带，在其所有要素层中最为关键的因素仍然是生态功能，陆地要素层中所有要素按照重要性可以排列为生态功能，其次是生态格局，最后是生态胁迫。对于岸边逮的要素层来说，其要素按照重要性可以排列为功能，其次是生态结构，最后是生

18、态胁迫。对于水域来说，水生的生物环境更能够准确的体现出其健康状况，所以对水域要素的来说，其要素按照重要系可以排列为水生生境，其次是水生态胁迫。2.3评价模型与等级划分2.3.1评价模型本研究所选用的评价模型是层次相对明显的多指标综合指数模型，选用该类评价模型来评价流域生态的健康状况。所谓综合指数评价方法，其实就是。根据评价对象的特点，以及评价要求。，针对评价对象进行典型性质参数的提取，最终将这些参数组合成评价指标，接着参照相关评价标准对系统的状态进行综合度量的一种评价形式。这种评价方法被普遍应用于环境质量方面的评价，对管理进行综合考核以及生态经济的研究方面等诸多领域现代数学技巧的引入使使得这种

19、方法在综合评价领域的地位越来越高。所有的流域可以划分为三个系统，其一是水域，其二是岸边带，其三是陆域，在每个系统当中根据有差别的要素层进行指标的选取:如果每个评价因子的标准是处于同一要素层内的，便可以按照重要性进行层层叠加，而后把每个要素层的评价总值根据重要性进行叠加，最终把每一个系统指标按照重要性分布进行叠加，从而得到整个流域在生态健康方面的指数，即BHI。2.3.2等级划分通过对国内和海外在外流域生态健康水平划分进行详细研究，参照辽河流域地理环境、生态环境以及社会环境 ，以流域生态健康指数的高低为标准，按照递减的顺序排列，从而体现出流域生态水平由优至差的改变，最后，辽河流域生态健康水瓶被分为五个等级，分别是优、良、一般、较差和差。3.计算指标3.1水质质量计算方法:参照辽河流域获取的核心控断监测数据予以插值。其中，I类水及以上为10分，类水为6分，IV类水及以下为2分。数据来源:环保部门的监测数据3.2自然植被河段比例计算方法:自然植被河段比例=自然植被河段面积/河流边缘缓冲带总面积。获取方法:在ArcGIS中，以水域边界向外50m做缓冲区，从而确定河流边缘缓冲带范围;统计自然植被河段和河流边缘缓冲带的面积，对自然植被河段比例进行计算。3.3水利工程建设强度计算方法:水利工程建设强度=分区内水利工程数量/水域面积获取方法:进行数据采集