北京大清河流域生态涵养区生态环境敏感性评价

贾三满 张群 路璐

摘  要：生态环境敏感性评价是用于表征外界干扰对生态系统可能造成结果的重要指标，对生态涵养区的环境政策有效进行区域生态建设具有重要作用。针对北京大清河流域生态涵养区的土壤侵蚀性和水污染敏感性两个生态敏感问题，根据研究区地质环境特点选取相应的评价因子，并将运用GIS技术在单因子评价的前提下，采用地图叠加法对研究区生态环境敏感性进行综合分析。结果表明：北京大清河流域生态涵养区生态环境敏感性分为4个等级，其中高敏感区面积约251km2，占16%，主要分布在百花山、霞云岭、十渡、长沟峪等地区。研究进一步明确了北京大清河流域生态环境敏感性的空间分布特征，地层岩性、土层厚度及其理化性质，在生态环境敏感性评价中起重要作用。

关键词：生态环境;敏感性;北京;大清河流域;生态涵养区

中图分类号：X24     文献标识码：A     文章编号：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

生態涵养区在保护生物多样性、保护环境、减少水土流失、净化空气和减少噪音、涵养水源、以及提高碳汇等方面，都体现出巨大的生态价值。

环境敏感性是指生态系统对区域中各种自然和人类活动干扰的敏感程度，它反映的是区域生态系统遇到干扰时，发生生态环境问题的难易程度和可能性大小，也就是在同样的干扰强度或外力作用下，各类生态系统出现区域生态环境问题的可能性，用于表征外界干扰可能造成的结果（李君轶等，2007）。土壤侵蚀敏感性、盐渍化敏感性、酸雨敏感性、沙漠化敏感性、生境敏感性、石漠化敏感性是生态环境敏感性评价的主要内容（刘康等，2003）。根据调查结果，大清河流域生态涵养区盐渍化、酸雨、沙漠化、石漠化不明显，地质灾害虽然较发育，但泥石流、崩塌、滑坡等地质灾害的危害主要体现在对居民生命财产的威胁，对生态环境影响不大。所以本文选择土壤侵蚀性、水污染敏感性两个评价指标。

1 工作区概况

工作区位于北京西南部，其地理坐标为东经115°25′-116°15′，北纬39°30′-39°55′，包括房山区整个山区、少部分门头沟区和丰台区（图1）。

区内地貌类型复杂多样，由西北向东南依次为中山、低山、丘陵、岗台地，区内的百花山海拔高度1991m，白草畔主峰海拔2035m，为本区最高峰。区内有大小河流十余条，最主要的河流有拒马河、大石河、永定河和小清河，其余河流规模较小。拒马河是大清河的主支流，自西南方向入境，经十渡、六渡、张坊于南尚乐南出区境。境内全长61km。

本区属温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，多西北风;夏季炎热多雨，多东南风;春季干旱，多风沙;秋季天高气爽，冷暖适宜。气候特点是光热有余，温差较大，水热同季，降水不均。年平均气温10.8℃（山区）～11.8℃（平原）。

多年平均降雨量山区为644.1mm，平原区为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。多年平均蒸发量为1500mm。

18.5亿年来，经历了多次海陆变迁，形成了总厚度近2万米的地层。区内地层划分为中元古界、新元古界、古生界、中生界、新生界，共计33个组，项目区内地层出露较全，从中元古界蓟县系起，除个别地层缺失外，各时代地层均有出露，尤以中元古界最为发育。

区内岩浆岩以侵入岩分布范围较广泛，大多数为中、酸性岩石，火山岩分布较少。其中房山岩体最为典型且出露面积最大，另外还有“灯泡岩体”“龙眼花岗岩”和少量闪长玢岩脉。区内印支期、燕山期构造活动强烈，形成了一系列较大规模的褶皱构造及逆冲推覆断裂构造，对矿产资源、地质灾害发育等由较强的控制作用。

区内有着丰富的矿产资源，金属矿包括铁、铜、铅、锌、铝土矿等，非金属矿包括灰岩、大理岩等主要矿种18种。矿产资源开采利用历史悠久，开发程度较高，是京郊有名的“煤炭之乡”“建材之乡”，原共有各类矿山340个。矿产开发带来经济效益的同时，也对生态环境造成了不利影响。

项目区旅游资源丰富，全区旅游单位近3000余家。区内有世界文化遗址1处、国家级重点文保单位6处、市级15处、区级47处。区内驰名中外的北京猿人遗址（周口店镇）是世界文化遗产之一，享有“北京人之家”的美誉。

2 评价方法及因子选取

2.1 评价方法

生态环境敏感性评价方法很多，选取的指标也不尽相同（武鹏达等，2016;李咏红等，2015;许伟等，2011;史娜娜等，2017;吴翠等，2017），生态环境问题主要考虑水土流失、土地沙漠化、土壤盐渍化和水环境等。本次评价选取土壤侵蚀性和水污染敏感性两项指标，通过公式（1）计算分别计算两种指标敏感性指数，评价其敏感性。

（1）

式中： SSj为j空间单元土地生态环境敏感性指数;Ci为i因素敏感性等级值;n为因子数。

然后根据分级标准来确定敏感性等级。再根据其重要性，赋予不同权重，分别评价土壤侵蚀性和水污染敏感性。最后，采用利用地理信息系统软件中的空间叠加分析功能，采用就高不就低的原则，综合评价生态环境敏感性得到生态环境综合敏感图。

2.2 土壤侵蚀性评价因子选取

影响区域水蚀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盖或植被因子和人为活动因子。根据通用水土流失方程的基本原理，选择降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡长坡度因子以及地表植被覆盖因子对研究区的土壤侵蚀敏感性进行评价。土壤侵蚀敏感性影响分级见表1。

（1）降雨侵蝕力

影响降雨因子的因素很多，降雨强度、历时，本次评价采用综合参数R值（降雨侵蚀力）来评价降雨对土壤侵蚀的影响。R值是一个地区降雨冲蚀潜势的综合量度。由于山区雨量监测资料较少，本次采用采用北京师范大学徐丽等人（2007）的研究成果计算，公式（2）如下：

（2）

式中： R年为降雨侵蚀力数值;P年为年降雨量（mm）。本次研究中的年降雨量采用房山区多年平均降雨量等值线数值，计算降雨侵蚀力R值。

降雨侵蚀力R值大于5000的范围分布较广，可见全区大部分为高度敏感区。

（2）土壤可蚀性

国内外很多学者根据土壤性质的常规试验确定的指标来评价土壤对水力侵蚀的相对敏感性，包括SiO2/Al2O3、分散性、分散-渗透性指标、粘粒率和团聚体指标、水稳指标、崩解度和抗剪强度。这些指标主要反映在地层成因时代、岩性特征等方面，一般形成时代越久，压缩性越小，强度越大，抗侵蚀能力越强。碎石土，细、中、粗砂土颗粒大或粘粒含量高的土壤抗侵蚀能力强，颗粒较细、粘粒含量低的粉土、粉砂土抗侵蚀能力差。评价因子有选择土壤类型的，也有选择土壤质地的。本次评价主要根据本次实际调查结果，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的含量单位均为%。Sa数值越大，则土壤中非粘土的砂质成分越多，抗侵蚀能力越差。按Sa数值大小划分为不敏感、轻度敏感、中度敏感和高度敏感四级，中高敏感区主要分布在工作区的中西部地区。

（3）地形地貌

地形是影响土壤侵蚀的重要因素之一。地形坡度、坡长、坡形、分水岭与谷底及河面的相对高差等都对土壤侵蚀有较大影响。地面坡度是最重要的因素，一般坡度越大，径流流速越大，侵蚀力越强。本次评价只选择坡度作为评价因子，根据遥感解译数据，按坡度大小分为小于5°、5°～15°、15°～35°、大于35°四级。大部分坡度大于15°，为中高度敏感区域。

（4）植被

植被覆盖是自然因素中防治土壤侵蚀起积极作用的因素，地表植物可以拦截雨滴，调节地面径流，固结土体，改善土壤性状。不同的植被类型防控侵蚀作用差别较大，一般由森林到草地到农田到荒漠依次减小。本次评价根据房山区植被特点，分为水体、水田，森林，草地、果树，农田、裸地4个级别。

2.3 水污染敏感性评价因子选取

水源涵养，是指以养护水资源，调节水文状况，提升生态系统水分保持能力，改善水环境质量为目的而实施的恢复植被、保持水土、防治污染等活动。水源涵养是生态涵养区重要功能，主要是保护地表水，补给地下水，防治水污染。水源涵养能力与植被类型、覆盖度、枯落物组成，地质地貌，土层厚度及土壤物理性质等因素密切相关。从地质环境角度看，主要从地下水补给和水污染敏感性两个方面。地下水补给能力与抗污染能力是矛盾的，一般地下水补给条件越好，抗污染能力越弱。本次评价从生态环境保护的角度，只对水污染敏感性评价。选择因子有距地表水源的距离、岩性、土壤厚度、径流深度、入渗系数。水环境污染敏感性影响分级见表2。

（1）距地表水源距离

以地表水为评价对象，选取主要河流向两侧呈梯度扩展，水库湖泊向四周扩展，离地表水源越近敏感性越强。按距离分为一般、轻度敏感、中度敏感和高度敏感4个区。

（2）岩性

工作区地层出露有长城系、蓟县系、青白口系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、燕山期花岗岩体和第四系。按含水介质不同，分为碳酸盐区、砂、页岩区、火山碎屑岩区和花岗岩区。

碳酸盐区主要是由蓟县系雾迷山组、铁岭组、奥陶系、寒武系中统碳酸盐组成。分布面积较大，岩溶裂隙较发育，透水性强，防污染能力差。

砂页岩区主要是石炭系、二叠系，透水性、富水性较差，单井出水量一般小于500 m3/d。

火山碎屑岩地区主要岩性为侏罗系火山岩，分布在本区西北边缘。地下水多赋存于风化裂隙和构造裂隙中，透水性、富水性差。

花岗岩主要由燕山期侵入岩，构成房山花岗岩体，透水性、富水性极差。

（3）土壤厚度

土壤厚度不仅对植物生长状况、分布等有影响，也对降水和地表水入渗有较大影响，一般土壤层越厚，防污染能力越强，有利于地下水源防护。本次根据土壤层厚度分为无覆盖层、薄层（<300mm）、中层（300～800mm）和厚层（>800mm）四级。

（4）径流深度

一般情况下，地表径流深大，降雨形成的地下径流稀释污染物的能力强。

影响径流深的因素由气候因素、地貌因素、地质因素和植被因素。气候因素它是影响河川径流最基本和最重要的因素。气候要素中的降水和蒸发直接影响河川径流的形成和变化。地貌地貌中山地高程和坡向影响降水的多少，如迎风坡多雨，背风坡少雨。坡地影响流域内汇流和下渗，流域内地质和土壤条件往往决定流域的下渗、蒸发和地下最大蓄水量，例如在岩溶发育区和节理和裂缝发育的地区，降水入渗好，地下水丰富，地表径流深减小。植被，特别是森林植被，可以起到蓄水、保水、保土作用，削减洪峰流量，增加枯水流量，使河川径流的年内分配趋于均匀。根据北京市房山区水资源规划报告，本区径流深度75～85mm，属于高敏感区域。

（5）入渗系数

大气降水是地下水的主要补给源。降水入渗系数（α）是计算大气降水入渗补给量的重要参数。影响大气降水入渗系数的因素有包气带岩性、包气带土体的含水状况及降水量年内分配及降水强弱等，其中岩性是最主要的因素。此外还考虑城市化造成的路面硬化等因素，入渗系数0.15～0.30，房山岩体入渗系数较小，碳酸盐分布区入渗系数较大。按其大小分为四级。

3 评价结果及防控建议

3.1 土壤侵蚀敏感评价

采用表1的评价因子和标准，按公式（1）计算敏感性指数，结果见图2。

如图2可见，土壤侵蚀敏感程度中—高度占工作区面积的55%，主要分布在中西部地区，中高度敏感区土壤质地相对较粗，以粉土为主，可侵蚀性强，地貌类型为中山、低山，地形坡度较大，易侵蚀，在农业开发中，注意水土保护，防止水土流失。其中高度敏感区零星分布在长沟峪、上水峪、百花山、十渡等地，占工作区的10%，区内土壤质地以粉土、砂性土为主，坡度较大。轻度敏感和无敏感区分布于调查区西北和东南台地-丘陵区，地形坡度较小，土壤可侵蚀性弱-中等，植被较发育，土壤侵蚀的程度偏低。

3.2 水污染敏感性评价

采用表2的评价因子和标准，按公式（1）计算敏感性指数，结果见图3。

如图3可见，中高敏感性区域占工作区的63%，主要分布在中部地区，岩性为碳酸盐，入渗系数较好，土壤厚度一般小于30mm，地表降水易入渗地下，防水污染能力较差，区内尽量减少污染企业和大型养殖企业，加强水环境保护措施。其中高敏感区呈零星块状分布在十渡、霞云岭等地，占工作区的7%。，区内土层薄，入渗性好，距地表水源较近地区;轻度敏感区分布在调查区中部，与呈块状分布，岩性以碳酸盐夹碎屑岩为主，入渗系数较小，地表降水入渗能力较差，防水污染能力较好;不敏感区主要集中在西北部百花山-史家营-大安山地区和东部平原与山区交接地区，地表降水入渗能力较差，防水污染能力較好。百花山-史家营-大安山地区岩性以砂岩、页岩为主，入渗能力一般，土壤厚度30～80mm。东部山区与平原区的过渡地带，岩性以花岗岩和第四纪覆盖层为主，土壤厚度大于80mm。

3.3 综合评价

生态敏感性评价主要有地图叠加法、加权叠加法和生态因子组合法，各种评价方法各有优缺点（鲁敏等，2014），不管那种方法，评价结果均应与生态涵养区功能定位相统一。北京生态涵养区是首都重要的生态屏障和水源保护地，水土保持和水污染防护十分重要。从土壤侵蚀敏感评价和水污染敏感性评价结果看出，两者的中高敏感区范围有较好的相似，所以本次综合评价采用地图叠加法，就高不就低的原则，评价结果见图4。

如图4可见，由于工作区位于山区，地形起伏较大，岩石裸露，土层较薄，大部分生态环境比较敏感。高敏感区面积约251km2，主要分布在百花山、霞云岭、十渡、长沟峪等地区，面积占全区的16%，应加强保护，适度开发农业种植，禁止矿山开发、污染企业和养殖场建设，对现有企业应加强保护工作。

4 结论

生态涵养区敏感性评价方法很多，选择的评价因子也不尽相同，但地质环境因素考虑较少，而大部分生态环境敏感性指标都受地质环境条件制约。本文在生态环境涵养区地质环境调查的基础上，在评价中引入地层渗透系数、土壤化学组分等因子，对如何把地质环境要素纳入到评价中作了有益探讨，结果表明，地层岩性、土层厚度及其理化性质在生态环境敏感性评价中起重要作用。生态环境中高度敏感区主要分布在碳酸盐、渗透系数较大，土层厚度较薄的砂性土地区，评价结果更接近实际情况。

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