基于遥感的湟水流域生态环境状况评价

赵翠平，龚家国，王 浩，王 英，杨 苗

(1.中国水利水电科学研究院水资源所，北京 100038;2.中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038)

生态环境是指由生物群落及非生物自然因素组成的各种生态系统所构成的整体，主要或完全由自然因素形成，并间接、潜在、长远地对人类的生存和发展产生影响[1,2]，是关系到社会和经济持续发展的复合生态系统[3]。随着社会经济快速发展，生态环境问题日益凸显，如环境污染物大量排放、土地沙化加剧、水资源短缺、优质耕地减少等，使得生态环境保护得到高度的关注[4]。针对不同地区，不同侧重点的生态环境评价研究已经很多[2-10]，对增强生态环境保护和管理工作的主动性、合理利用资源、改善生态环境，有重要的现实意义。

目前，生态环境质量评价的方法有多种，如层次分析法、主成分分析法和灰色关联分析法等[5]，相比较而言，层次分析法更具较强的逻辑性、系统性和实用性，方法较为成熟、应用较为广泛。有关生态环境评价指标、方法还没有形成统一的概念和规范，尤其是不同区域之间生态环境评价指标多样化，对不同类型的不同区域之间相互对比和借鉴带来困难。生态环境部基于层次分析法制定的《生态环境状况评价技术规范(HJ192-2105)》(简称“规范”)[6]，指标数据易获取，并具有代表性、全面性、综合性、简明性和实用性等特点，有利于在全国不同区域间进行横向比较。本文以青海省湟水流域为研究对象，依据规范分析区域内生物、植被、水资源、土地资源以及环境污染等情况，通过赋予不同生态环境状况指标权重，分别计算各行政单元生态环境状况指数，综合评价流域生态环境状况，为生态环境建设提供技术支撑。

1 研究区概况

湟水河是黄河上游最大的一级支流，位于北纬36°02′～37°28′，东经100°42′～103°01′之间，发源于青海省海北藏族自治州海晏县包呼图山，自西北向东南流经青海省海晏县、湟源县、湟中县、西宁城区、互助县、平安县、乐都县和民和县，在甘肃省永靖县注入黄河[7]，流域面积约为1.599 3 万km2，是人口密度、经济最发达的地区，又是政治、经济、文化和交通中心(见图1)。

图1 湟水流域地理位置图Fig.1 The geographical locations of Huangshui Basin

湟水干流全长373.90 km，面积>10 km2的大小一级支流94条，连同众多的次一级支沟，构成羽毛状、树枝状水系。流域属高原干旱半干旱大陆性气候，气候地理分布差异大，垂直变化明显。植被覆盖度较高，垂直带谱明显，其中海拔在3.0 km以上的山地阴坡分布着金露梅、杜鹃等灌丛，海拔在3.2 km以上大面积分布以蒿草为主的高寒草甸[11]。流域内土壤主要有灰钙土、栗钙土、黑钙土、草甸土等，大部分为第四纪风成堆积的黄土，土质疏松，团粒结构差、抗蚀性差，易水蚀，水土流失严重[12]。

2 生态环境状况评价方法

根据《生态环境状况评价技术规范(HJ192-2105)》，构建流域生态环境状况指标体系，包括生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地胁迫指数和污染负荷指数，具体指标权重见表1。综合评价流域生态环境状况，按其质量状况将其划分为优、良、一般、较差和差5个等级(表2)。

表1 生态环境状况评价体系指标及权重Tab.1 Ecological environment evaluation index system and weight

表2 生态环境状况分级Tab.2 The classification of ecological environment condition

生态环境状况指数计算公式为：

EI=0.35×生物丰度指数+0.2×植被覆盖指数+

0.15×水网密度指数+0.15×(100-土地胁迫指数)+

0.1×(100-污染负荷指数)

(1)

生物丰度指数=Abio(0.35×林地+0.21×草地+0.28×水域+

0.11×城镇+0.01×未利用地)÷区域面积

(2)

植被覆盖指数=NDVI区域均值

(3)

(4)

土地胁迫指数=Aero(0.4×重度侵蚀面积+

0.2×中度侵蚀面积+0.2×建设用地面积+

0.2×其他土地胁迫)÷区域面积

(5)

(6)

式中：Abio、Ariv、Alak、Ares、Aero、ACOD、ANH3、ASO2、AYFC、ANOX、ASOL分别为生境质量指数、河流长度、水域面积、水资源量、土地胁迫指数、COD、NH3、SO2、烟粉尘、氮氧化物和固体废物的归一化指数，选用推荐值。

3 数据来源

基础数据主要来源于网上下载和地方相关部门提供，具体见表3。

表3 数据来源Tab.3 The data source

4 结果与讨论

4.1 生态系统类型统计

基于中科院地理数据空间云Landsat8OLI遥感数据，利用ERDAS软件，经过几何校正、辐射校正及研究区矢量裁剪后，采用最大似然分类法，按照《土地利用分类标准》进行流域的生态系统类型分类(图2)。结果表明，全流域草地面积最大，接近一半；其次是耕地和林地，再次是城镇、水域和未利用地。从各区县生态类型构成来看，城镇面积较多的是湟中县和西宁城区；草地、林地、水域和未利用地面积最多的均是大通县。各区县生态系统类型面积具体比例见表4。

图2 生态系统类型空间分布图Fig.2 The Spatial distribution of ecosystem types

表4 流域各区县生态系统类型面积比例统计 %

4.2 生态环境状况评价结果

借助ArcGIS空间分析能力，分别计算流域生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、污染负荷指数。土地胁迫指数，则是根据通用土壤流失方程(USLE)[13-18]，甄别中度侵蚀区和重度侵蚀区。基于上述5个指数的结果，得到流域生态环境状况指数，具体见图3和表5。

结果表明：①流域生物丰度指数和植被覆盖指数分别为104.65和56.5，中等植被覆盖、较丰富的植物物种与流域生态系统类型中草地、耕地和林地面积较多有很大关系。②水网密度指数和污染负荷指数分别为9.28和169.93，这与流域近十年水资源量减少、水污染排放增加、水环境质量变差的结果相一致。水网密度指数较低、污染负荷指数较高的结果主要原因是流域城市化建设、水利工程建设等人类活动影响较为严重，因此水资源综合利用和污染治理是流域生态环境改善的重要措施之一。③流域生态环境状况指数为35.49，生态环境状况一般，较适合人类生存，但有不适合人类生存的制约性因子出现。生态环境状况指数较低主要是由于流域水资源短缺、污染排放较重、水土流失较多导致的。西宁城区和民和县生态环境状况一般，其他区县生态环境状况均为良，海晏县生态环境状况指数最高。④西宁城区和民和县的生态环境状况制约点主要是人口增加和不合理的生产活动，造成污染排放严重。据统计2015年流域水环境质量，湟水干流西钢桥、新宁桥、报社桥、小峡桥断面为劣Ⅴ类水体，民和桥断面为Ⅳ类水体，与《青海省水污染防治行动计划》水质断面目标还有一定差距。因此加强区域污染排放控制是改善生态环境工作的主要工作方向。

图3 生态环境状况指数空间分布图Fig.3 The spatial distribution of ecological index

区域生态环境状况指数评价结果西宁城区35.61一般大通县58.72良海晏县69.40良湟源县66.70良湟中县57.80良乐都县61.27良互助县56.69良民和县54.02一般平安县64.32良流域35.49一般

5 结 语

(1)保障河道生态流量，切实提高水网密度。首先针对湟水流域产生断流或者生态流量不足的河道，通过区域调水或引水工程，合理安排下泄水量和泄流时段。其次是加强用户取水过程监督，河道内流量“不低于适宜生态流量”为基本要求，减少人类活动影响，提升流域的水网密度。

(2)大力控制生活污染源。作为承载青海省60%以上的人口，随着社会发展，人口聚集的密集度会更加凸显。生活污染是目前和未来最主要的污染源，需加快推进生活污水处理设施和生活垃圾处理设施建设，提高生活污水和生活垃圾处理率。

(3)加快水土流失治理，减少面源污染。湟水流域面源污染与水土流失密切相关。依托国家水土保持重点工程青海省小流域综合治理等项目，对湟水流域重点小流域和坡耕地展开水土流失治理，减少由水土流失所引发的面源污染。

(4)加强宣传教育。把水源和环境保护等相关知识和危害进行宣传教育，在全社会树立“资源环境保护，人人有责”的行为准则，大力推广节水洁水行为，形成“全民行动格局”。

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参考文献：

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