D0I:10.13374/i.issm1001t63x.2010.02.001 第32卷第2期 北京科技大学学报 Vol 32 No 2 2010年2月 Journal of Un iversity of Science and Technobgy Beijing Fb2010 长江上游水源涵养区界定及生态安全影响因素分析 董伟)蒋仲安)苏德)高吉喜) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)中国环境科学研究院，北京100012 摘要对长江上游水源涵养区进行了详细地划分，采用生态系统内外部指标相结合的方法，建立界定指标体系，以界定模 型结合AGS空间分析模块的手段，界定出重点水源涵养区·结合研究区实际情况，根据压力状态响应(P$R)框架模型 建立了多层次结构的生态安全评价指标体系·运用层次分析向量相似度主成分投影法对重点水源涵养区生态安全状况进 行评价·针对评价结果，采用灰关联分析方法进行研究区生态安全影响因素关联度综合分析·研究结果表明：影响研究区生 态安全的主要因素是降雨量、GDP增长率、水资源有效利用率、植被覆盖度和水环境质量. 关键词生态安全；界定：灰关联：水源涵养区 分类号X171.1 Deli itation of w ater conservation areas in the upper Y angtze R iver and ana lysis of influencing factors on eco security DONG Wer,JIANG Zhong-an,SU De),GAO Jix 1)School ofCivil and Envimrmental Engneering University of Science and Technology Beijng Beijng 100083 China 2)Chnese Research Academy of Envimonmental Sciences Beijing 100012 China ABSTRACT In onder to partition water conservation areas in the upper Yangtze R iver inner and extemal indexes in an ecosystem were used to constructed a deli itation index system.and the key water conservation areas were deli itated by the delin itation model in canbination w ith the A rG IS Spatial Analyst Based on the actual situation of researh areas a multi-level and multi-structure index system for eco"security assessment was built w ith the PSR (pressure"state-response)model framework Eco"security assesament of the key water conservation areas was carried out by a combined application of AHP analytic hierarchy process),vector sin ilarity and prin- cipal component projection method Gray correlation was added in finding out the main influencing factors on regional eco"security The results show that these main factors are rainfall increase rate ofGDP effective utilization rate of water resources vegetation coverage and water environm ental quality KEY WORDS ecological security:delm itation:gray correlation:water conservation area 随着全球生态的恶化和环境问题的日益严重， 留、树干截留、林下植被截留、枯落物持水和土壤储 长江流域生态灾难频繁发生，因此长江上游的洪水 水对大气降雨进行再分配，从而实现调节地表径流、 控制成为生态安全乃至整个区域安全的重中之重， 缓洪蓄水、增加水资源的目的，目前，薛达元等山、 生态安全研究已成为人们关注的焦点，其核心是生 黄志刚等、关文彬等)、张三焕等和吴波等 态系统服务功能研究，而水源涵养功能又是生态系 分别应用区域年径流量核算法、森林集水区法、土壤 统功能的核心内容之一·水源涵养区则是体现生态 蓄水估算法、降水储存量估算法和地下径流增长法 系统服务功能的重要区域，处于大江、大河源头，大 等对不同水源涵养区进行了划分；这些研究主要集 型水利工程周围，且长期为城市和农村发展提供稳 中于区域内在生态功能的研究上，较少考虑外部因 定的给水来源，区域自身具有优越持水能力的区域 素对水源涵养功能的影响，对水源涵养区的划分界 都被划为水源涵养区，其主要功能在于通过林冠截 定和区域水源涵养的系统性研究较少，因此，本文 收稿日期：2009-04-08 基金项目：.联合国环境规划署UNEP资助项目(N。MSGL-2328-2740-4822) 作者简介：董伟(1978)男，博士研究生：蒋仲安(1963)男，教授，博士生导师，Email jza1963@263net
第 32卷 第 2期 2010年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．2 Ｆｅｂ．2010 长江上游水源涵养区界定及生态安全影响因素分析 董 伟 12） 蒋仲安 1） 苏 德 2） 高吉喜 2） 1） 北京科技大学土木与环境工程学院北京 100083 2） 中国环境科学研究院北京 100012 摘 要 对长江上游水源涵养区进行了详细地划分采用生态系统内外部指标相结合的方法建立界定指标体系以界定模 型结合 ＡｒｃＧＩＳ空间分析模块的手段界定出重点水源涵养区．结合研究区实际情况根据压力--状态--响应 （Ｐ--Ｓ--Ｒ）框架模型 建立了多层次结构的生态安全评价指标体系．运用层次分析--向量相似度--主成分投影法对重点水源涵养区生态安全状况进 行评价．针对评价结果采用灰关联分析方法进行研究区生态安全影响因素关联度综合分析．研究结果表明：影响研究区生 态安全的主要因素是降雨量、ＧＤＰ增长率、水资源有效利用率、植被覆盖度和水环境质量． 关键词 生态安全；界定；灰关联；水源涵养区 分类号 Ｘ171∙1 ＤｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｒｅａｓｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｎｅｃｏ-ｓｅｃｕｒｉｔｙ ＤＯＮＧＷｅｉ 12）ＪＩＡＮＧＺｈｏｎｇ-ａｎ 1）ＳＵＤｅ 2）ＧＡＯＪｉ-ｘｉ 2） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ 2） ＣｈｉｎｅｓｅＲｅｓｅａｒｃｈＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＢｅｉｊｉｎｇ100012Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｐａｒｔｉｔｉｏｎｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｒｅａｓｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒｉｎｎｅｒａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｉｎｄｅｘｅｓｉｎａｎｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄａｄｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｋｅｙｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｒｅａｓｗｅｒｅｄｅｌｉｍｉｔａｔｅｄｂｙｔｈｅｄｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅＡｒｃＧＩＳＳｐａｔｉａｌＡｎａｌｙｓｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａｓａｍｕｌｔｉ-ｌｅｖｅｌａｎｄｍｕｌｔｉ-ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍｆｏｒｅｃｏ-ｓｅｃｕｒｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｗａｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈｔｈｅＰＳＲ （ｐｒｅｓｓｕｒｅ-ｓｔａｔｅ-ｒｅｓｐｏｎｓｅ） ｍｏｄｅｌｆｒａｍｅｗｏｒｋ．Ｅｃｏ-ｓｅｃｕｒｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｔｈｅ ｋｅｙｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｒｅａｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙａｃｏｍｂｉｎｅｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡＨＰ（ａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ）ｖｅｃｔｏｒｓｉｍｉｌａｒｉｔｙａｎｄｐｒｉｎ- ｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｇｒａｙｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗａｓａｄｄｅｄｉｎｆｉｎｄｉｎｇｏｕｔｔｈｅｍａｉｎｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｎｒｅｇｉｏｎａｌｅｃｏ-ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓａｒｅｒａｉｎｆａｌｌｉｎｃｒｅａｓｅｒａｔｅｏｆＧＤＰｅｆｆｅｃｔｉｖｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｏｖｅｒａｇｅ ａｎｄｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｅｃｕｒｉｔｙ；ｄｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ；ｇｒａｙｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ；ｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｒｅａ 收稿日期：2009--04--08 基金项目：联合国环境规划署 ＵＮＥＰ资助项目 （Ｎｏ．ＩＭＩＳ：ＧＦＬ--2328--2740--4822） 作者简介：董 伟 （1978— ）男博士研究生；蒋仲安 （1963— ）男教授博士生导师Ｅ-ｍａｉｌ：ｊｚａ1963＠263．ｎｅｔ 随着全球生态的恶化和环境问题的日益严重 长江流域生态灾难频繁发生因此长江上游的洪水 控制成为生态安全乃至整个区域安全的重中之重． 生态安全研究已成为人们关注的焦点其核心是生 态系统服务功能研究而水源涵养功能又是生态系 统功能的核心内容之一．水源涵养区则是体现生态 系统服务功能的重要区域处于大江、大河源头大 型水利工程周围且长期为城市和农村发展提供稳 定的给水来源区域自身具有优越持水能力的区域 都被划为水源涵养区其主要功能在于通过林冠截 留、树干截留、林下植被截留、枯落物持水和土壤储 水对大气降雨进行再分配从而实现调节地表径流、 缓洪蓄水、增加水资源的目的．目前薛达元等 ［1］、 黄志刚等 ［2］、关文彬等 ［3］、张三焕等 ［4］和吴波等 ［5］ 分别应用区域年径流量核算法、森林集水区法、土壤 蓄水估算法、降水储存量估算法和地下径流增长法 等对不同水源涵养区进行了划分；这些研究主要集 中于区域内在生态功能的研究上较少考虑外部因 素对水源涵养功能的影响对水源涵养区的划分界 定和区域水源涵养的系统性研究较少．因此本文 DOI :10．13374／j．issn1001—053x．2010．02．001
.140 北京科技大学学报 第32卷 在GS技术的基础上，提出划定水源涵养区的外部 2.2水源涵养区界定模型 指标，利用界定模型对长江上游的水源涵养区进行 通过以下模型来计算长江上游的水源涵养量： 界定研究 T=CI+LC+S (1) 式中，T为单位面积水源涵养量，mm:CI为单位面积 1研究区概况 冠层截留量，mm;LC为单位面积枯落物持水量， 选取长江上游为研究区域，长江上游为源头至 mm:S为单位面积土壤持水量，mm 宜昌段，长4511km,约占长江总长的70%.上游干 2.3长江上游水源涵养量计算 流经青、藏、滇、川、鄂和渝六省（直辖市），流域范围 结合以上指标体系和界定模型，运用AGS技 涉及青、藏、滇、甘、川、陕、渝、鄂和黔九个省（自治 术分别计算研究区植被水源涵养量、土壤水源涵养 区、直辖市)的363个县，流域面积为1.05×10心km2, 量和坡度水源涵养量，再综合得到长江上游水源涵 占整个长江流域面积的58.9%.总人口为1.9亿， 养能力图，然后结合研究区降雨量，最终划分出重点 是我国藏族、羌族和彝族等少数民族的重要聚居区， 水源涵养区， 长江上游地跨我国大地形的第1和第2级阶梯，海 (1)长江上游植被水源涵养量计算.利用 拔从400m到5000m以上，相对高差超过4000m- AGS9.O中的属性表编辑功能进行计算和作图， 特殊的地形地貌、复杂的气候类型、丰富的植被覆盖 以1：1×10长江上游植被类型图为底图，将长江上 和多元的人地关系，构成了长江上游复杂的生态系 游所有的植被类型归纳为4个大类、16个小类，然 统和社会经济格局.图1为研究区范围图 后将16个小类植被的水源涵养量（包括枯枝落叶 的持水量)输入到属性表当中，得到500m×500m 的栅格数据，这样就完成了从名称类型到属性类型 的转化·根据自然植被水源涵养量的差异和专家讨 论意见，对其进行分级（表2）得到长江上游植被水 源涵养能力分布图，如图2所示 表2水源涵养能力分级表 Table 2 Classification of water conservation ability 能力 植被水源 土壤水源 坡度水源 分级 涵养能力mm 涵养能力mm 涵养能力（°） 020050010元6m 微弱 0-0.74 0-2.25 0~5 图1研究区的范围 弱 0.75-2.47 2.263.65 5~10 Fig 1 Research ara 一般 2.48-5.54 3.66-9.79 10~15 较强 5.55-8.84 9.80-14.87 15-25 2水源涵养区的界定 强 8.85-10.30 14.88-38.93 >25 2.1界定指标 (2)长江上游土壤水源涵养量计算.土壤水源 在原有的内部指标林冠截留能力、枯落物持水 涵养能力是根据长江上游1：1×10土壤类型来确 能力和土壤蓄水能力的基础上加入外部指标坡度和 定的，将长江上游的土地类型归纳为8类土纲、30 降雨，确定长江上游各类森林林冠层、枯落物层和土 个土类，通过对属性表进行计算得到土壤的水源涵 壤层三个水文生态功能指标参数，界定指标如表1 养量，根据土壤水源涵养量的差异和专家讨论意见， 所示 对其进行分级（表2），得到长江上游土壤水源涵养 能力分布图，如图3所示 表1界定指标 (3)长江上游坡度水源涵养量计算.坡度的水 Tabl 1 Delin itation ndexes 源涵养能力是通过DEM数字高程图来确定的，主要 内在指标 外在指标 思想是坡度与水源涵养能力成反比，根据坡度水源 林冠截留能力 降雨 涵养能力的差异和专家讨论意见，对其进行分级 枯落物持水能力 坡度 (表2)，得到长江上游坡度水源涵养能力分布图，如 土壤持水能力 图4所示
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 在 ＧＩＳ技术的基础上提出划定水源涵养区的外部 指标利用界定模型对长江上游的水源涵养区进行 界定研究． 1 研究区概况 选取长江上游为研究区域．长江上游为源头至 宜昌段长 4511ｋｍ约占长江总长的 70％．上游干 流经青、藏、滇、川、鄂和渝六省 （直辖市 ）流域范围 涉及青、藏、滇、甘、川、陕、渝、鄂和黔九个省 （自治 区、直辖市 ）的 363个县流域面积为1∙05×10 6ｋｍ 2 占整个长江流域面积的 58∙9％．总人口为 1∙9亿 是我国藏族、羌族和彝族等少数民族的重要聚居区． 长江上游地跨我国大地形的第 1和第 2级阶梯海 拔从 400ｍ到 5000ｍ以上相对高差超过4000ｍ． 特殊的地形地貌、复杂的气候类型、丰富的植被覆盖 和多元的人地关系构成了长江上游复杂的生态系 统和社会经济格局．图 1为研究区范围图． 图 1 研究区的范围 Ｆｉｇ．1 Ｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａ 2 水源涵养区的界定 2∙1 界定指标 在原有的内部指标林冠截留能力、枯落物持水 能力和土壤蓄水能力的基础上加入外部指标坡度和 降雨确定长江上游各类森林林冠层、枯落物层和土 壤层三个水文生态功能指标参数界定指标如表 1 所示． 表 1 界定指标 Ｔａｂｌｅ1 Ｄｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｅｓ 内在指标 外在指标 林冠截留能力 降雨 枯落物持水能力 坡度 土壤持水能力 2∙2 水源涵养区界定模型 通过以下模型来计算长江上游的水源涵养量： Ｔ＝ＣＩ＋ＬＣ＋Ｓ （1） 式中Ｔ为单位面积水源涵养量ｍｍ；ＣＩ为单位面积 冠层截留量ｍｍ；ＬＣ为单位面积枯落物持水量 ｍｍ；Ｓ为单位面积土壤持水量ｍｍ． 2∙3 长江上游水源涵养量计算 结合以上指标体系和界定模型运用 ＡｒｃＧＩＳ技 术分别计算研究区植被水源涵养量、土壤水源涵养 量和坡度水源涵养量再综合得到长江上游水源涵 养能力图然后结合研究区降雨量最终划分出重点 水源涵养区． （1） 长江上游植被水源涵养量计算．利用 ＡｒｃＧＩＳ9∙0中的属性表编辑功能进行计算和作图 以 1∶1×10 6长江上游植被类型图为底图将长江上 游所有的植被类型归纳为 4个大类、16个小类然 后将 16个小类植被的水源涵养量 （包括枯枝落叶 的持水量 ）输入到属性表当中得到 500ｍ×500ｍ 的栅格数据这样就完成了从名称类型到属性类型 的转化．根据自然植被水源涵养量的差异和专家讨 论意见对其进行分级 （表 2）得到长江上游植被水 源涵养能力分布图如图 2所示． 表 2 水源涵养能力分级表 Ｔａｂｌｅ2 Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙ 能力 分级 植被水源 涵养能力／ｍｍ 土壤水源 涵养能力／ｍｍ 坡度水源 涵养能力／（°） 微弱 0～0∙74 0～2∙25 0～5 弱 0∙75～2∙47 2∙26～3∙65 5～10 一般 2∙48～5∙54 3∙66～9∙79 10～15 较强 5∙55～8∙84 9∙80～14∙87 15～25 强 8∙85～10∙30 14∙88～38∙93 ＞25 （2） 长江上游土壤水源涵养量计算．土壤水源 涵养能力是根据长江上游 1∶1×10 6 土壤类型来确 定的将长江上游的土地类型归纳为 8类土纲、30 个土类通过对属性表进行计算得到土壤的水源涵 养量根据土壤水源涵养量的差异和专家讨论意见 对其进行分级 （表 2）得到长江上游土壤水源涵养 能力分布图如图 3所示． （3） 长江上游坡度水源涵养量计算．坡度的水 源涵养能力是通过 ＤＥＭ数字高程图来确定的主要 思想是坡度与水源涵养能力成反比．根据坡度水源 涵养能力的差异和专家讨论意见对其进行分级 （表 2）得到长江上游坡度水源涵养能力分布图如 图 4所示． ·140·
第2期 董伟等：长江上游水源涵养区界定及生态安全影响因素分析 .141. 长江上游水源满养功能空间分布 图例 ■水系 水源涵养功能分级 图例 水源泽养功能微肠 ■水源涵养能力微弱 ■水源湿养功能弱 水源涵养能力弱 ■水源涵养功能一般 ■水源汤养能力一爱 ■水源涵养功能较强 ■水源涵养能力较强 ■水源涵养功能强 ■水源蒂养能力强 50i" 2150盟0 图5长江上游水源涵养能力分布图 图2长江上游植被水源涵养能力分布图 Fig 5 Classification of water conservation ability in the upper Yan- Fig 2 Classification of vegetation water conservation ability in the upper Y angtze R iver gtze R iver 库，经整理、检查，形成原始数据库，包括各站点的经 纬度、海拔，各气象站点的地理坐标以国家气象局 E 1990年9月公布的“全国气象台站区站号码表”为 准.将得到的年降水量数据进行空间插值，得到长 江上游降水分布图，如图6所示 图例 E ■水源涵养能力微弱 ■水源涵养能力弱 睡水源福养能力一般 水源养能力较强 ■水源凝养能力强 1.3m 图例 单位mm 图3长江上游土壤水源涵养能力分布图 ■小于200 ■200.0000001-400 Fg3 Classification of soil water conservation ability in the upper 400.0000001-600 m00.00D00)1800 Yangtze River ■800.0000001-1000 ■1000.000001-1200 0000 1400.000001-1600 1600.000001-1800 500 E 图6长江上游降雨分布图 Fig 6 Classification of minfall n the upper Yangtze R iver 通过得到的长江上游水源涵养能力图与降水量 图进行空间叠加分析，根据水源涵养区的定义，得到 图例 ■水源橘养能力微弱 长江上游重点水源涵养区，如图7所示 一水源养能力 ■水源插养能力一般 3长江上游水源涵养区生态安全评价 ■水源插养能力较强 ■水源插养能力强 动i四动m 3.1指标体系的建立 图4长江上游坡度水源涵养能力分布图 根据“压力状态响应”(P一SR)概念框架模 F4 Clssification of slpe water conservation ability in the upper 型6-)，从生态系统的结构与功能出发建立重点水 Yangtze River 源涵养区区域生态系统安全评价指标体系[⑧)，以 (4)长江上游水源涵养能力分布，依据上述对 行政县界为评价单元，利用综合评价模型对重点水 数据的准备、重分类后量纲为1化处理，进行空间叠 源涵养区进行综合评价，指标体系如表3所示 加分析，像元为500m×500m,得到长江上游水源涵 3.2评价方法和评价结果 养能力图，如图5所示 运用层次分析向量相似度主成分投影法0 (5)长江上游降雨分布，对长江上游257个气 对重点水源涵养区生态安全状况进行评价，根据评 象站50a的气象站点采集数据，转入Access数据 价模型计算得到重点水源涵养区的生态安全综合评
第 2期 董 伟等： 长江上游水源涵养区界定及生态安全影响因素分析 图 2 长江上游植被水源涵养能力分布图 Ｆｉｇ．2 Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｉｎｔｈｅ ｕｐｐｅｒＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒ 图 3 长江上游土壤水源涵养能力分布图 Ｆｉｇ．3 Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒ ＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒ 图 4 长江上游坡度水源涵养能力分布图 Ｆｉｇ．4 Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｌｏｐｅｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒ ＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒ （4） 长江上游水源涵养能力分布．依据上述对 数据的准备、重分类后量纲为 1化处理进行空间叠 加分析像元为 500ｍ×500ｍ得到长江上游水源涵 养能力图如图 5所示． （5） 长江上游降雨分布．对长江上游 257个气 象站 50ａ的气象站点采集数据转入 Ａｃｃｅｓｓ数据 图 5 长江上游水源涵养能力分布图 Ｆｉｇ．5 ＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒＹａｎ- ｇｔｚｅＲｉｖｅｒ 库经整理、检查形成原始数据库包括各站点的经 纬度、海拔．各气象站点的地理坐标以国家气象局 1990年 9月公布的 “全国气象台站区站号码表 ”为 准．将得到的年降水量数据进行空间插值得到长 江上游降水分布图如图 6所示． 图 6 长江上游降雨分布图 Ｆｉｇ．6 ＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｒａｉｎｆａｌｌｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒ 通过得到的长江上游水源涵养能力图与降水量 图进行空间叠加分析根据水源涵养区的定义得到 长江上游重点水源涵养区如图 7所示． 3 长江上游水源涵养区生态安全评价 3∙1 指标体系的建立 根据 “压力--状态--响应 ” （Ｐ--Ｓ--Ｒ）概念框架模 型 ［6--7］从生态系统的结构与功能出发建立重点水 源涵养区区域生态系统安全评价指标体系 ［8--9］以 行政县界为评价单元利用综合评价模型对重点水 源涵养区进行综合评价指标体系如表 3所示． 3∙2 评价方法和评价结果 运用层次分析--向量相似度--主成分投影法 ［10］ 对重点水源涵养区生态安全状况进行评价根据评 价模型计算得到重点水源涵养区的生态安全综合评 ·141·
·142 北京科技大学学报 第32卷 人口相对集中，对环境影响较大，但是环保意识较 强；左区中的所有县均在较不安全状态，其原因为 这些地区生产力水平较低，主要依靠农业和旅游业 发展经济，工业发展较少，虽然这些县的植被覆盖度 较高，但是人们的环境保护观念较差，对压力的响应 不足，而且环保投入较少 图7长江上游重点水源涵养区分布图 Fg7 Classification of the key water conservation areas n the upper Yangtze R iver 价结果（表4）和阈值（表5），等级划分如图8所示. 在长江上游两个重点水源涵养区中，大部分地区处 图例 于较不安全状态，少部分地区处于较安全状态，从 ■不安全 较安全 总体看，右区的生态安全状况还是相对稳定的，在经 图8评价等级图 济发展的同时注重环境的保护和可持续发展，虽然 Fig8 Assesmnent grades 表3水源涵养区生态安全评价指标体系 Tab le 3 Index system for eco-security assessnent of water conservation areas 目标层 准则层A 准则层B 要素层C 指标层D 土地(C) 土地开发率(D1) 立地状态(B1) 地形(C2) 坡度(D2) 气候(Cs) 降雨量(Ds) 人均水资源(D,) 状态(A1) 资源环境状态(B2) 资源(C,) 水环境质量（水质）(D5) 植被(C) 植被覆盖度(Ds) 生物状态(B3) 颜危物种比例(D,) 物种(C6) 自然保护区面积比例(Dg) 人口密度(Dg) 人口压力(B) 人▣(C) 人口自然增长率(D0) 水源涵养区生态安全0 GDP年均增长率(D,) 压力(A2) 人均GDP(D2) 经济压力(B) 经济发展(Cs) 工业增加值年均增长率(D1s) 农业增加值年均增长率(D:) 污染治理资金投入(D15) 生态保护(Cg) 单位GDP需水量(D6) 状态响应(B) 水资源有效利用率(D1z) 资源保护(Co) 响应(Ag) 农业生产率(D8) 产业结构(D1g) 压力响应(B,) 人类活动(CI) 公共教育支出占GDP比例(D2) 小学生入学率(D21)
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 7 长江上游重点水源涵养区分布图 Ｆｉｇ．7 Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｋｅｙｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｒｅａｓｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒ ＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒ 价结果 （表 4）和阈值 （表 5）等级划分如图 8所示． 在长江上游两个重点水源涵养区中大部分地区处 于较不安全状态少部分地区处于较安全状态．从 总体看右区的生态安全状况还是相对稳定的在经 济发展的同时注重环境的保护和可持续发展虽然 人口相对集中对环境影响较大但是环保意识较 强；左区中的所有县均在较不安全状态．其原因为 这些地区生产力水平较低主要依靠农业和旅游业 发展经济工业发展较少虽然这些县的植被覆盖度 较高但是人们的环境保护观念较差对压力的响应 不足而且环保投入较少． 图 8 评价等级图 Ｆｉｇ．8 Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｇｒａｄｅｓ 表 3 水源涵养区生态安全评价指标体系 Ｔａｂｌｅ3 Ｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍｆｏｒｅｃｏ-ｓｅｃｕｒｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｒｅａｓ 目标层 准则层 Ａ 准则层 Ｂ 要素层 Ｃ 指标层 Ｄ 水源涵养区生态安全 Ｏ 状态 （Ａ1） 立地状态 （Ｂ1） 土地 （Ｃ1） 土地开发率 （Ｄ1） 地形 （Ｃ2） 坡度 （Ｄ2） 气候 （Ｃ3） 降雨量 （Ｄ3） 资源环境状态 （Ｂ2） 资源 （Ｃ4） 人均水资源 （Ｄ4） 水环境质量 （水质 ） （Ｄ5） 生物状态 （Ｂ3） 植被 （Ｃ5） 植被覆盖度 （Ｄ6） 物种 （Ｃ6） 濒危物种比例 （Ｄ7） 自然保护区面积比例 （Ｄ8） 压力 （Ａ2） 人口压力 （Ｂ4） 人口 （Ｃ7） 人口密度 （Ｄ9） 人口自然增长率 （Ｄ10） 经济压力 （Ｂ5） 经济发展 （Ｃ8） ＧＤＰ年均增长率 （Ｄ11） 人均 ＧＤＰ（Ｄ12） 工业增加值年均增长率 （Ｄ13） 农业增加值年均增长率 （Ｄ14） 响应 （Ａ3） 状态响应 （Ｂ6） 生态保护 （Ｃ9） 污染治理资金投入 （Ｄ15） 单位 ＧＤＰ需水量 （Ｄ16） 资源保护 （Ｃ10） 水资源有效利用率 （Ｄ17） 农业生产率 （Ｄ18） 压力响应 （Ｂ7） 人类活动 （Ｃ11） 产业结构 （Ｄ19） 公共教育支出占 ＧＤＰ比例 （Ｄ20） 小学生入学率 （Ｄ21） ·142·
第2期 董伟等：长江上游水源涵养区界定及生态安全影响因素分析 .143 表4评价结果 Table 4 Assessnent mesults 区域 什邡市 绵竹市 广汉市 江油市 安县 彭州市 新都县 崇州市 评价值 0.3514 0.3627 0.3345 0.2998 0.2962 0.3299 0.3476 0.3058 区城 邛崃县 都江堰 郫县 大邑县 新津县 蒲江县 温江县 双流县 评价值 0.3236 0.3350 0.3630 0.3458 0.3749 0.3522 0.3408 0.3854 区域 彭山县 洪雅县 眉山县 青神县 丹棱县 夹江县 峨眉山 甘孜县 评价值 0.3596 0.3536 0.3270 0.3545 0.3851 0.3585 0.3313 0.2866 区域 白玉县 巴塘县 德格县 新龙县 乡城县 炉霍县 理塘县 稻城县 评价值 0.2527 0.2452 0.2484 0.2642 0.2740 0.2726 0.2712 0.2710 表5國值表 Table 5 Thresholds 等级 高度安全 安全 较安全 不安全 极不安全 國值 ≥0.9530 [0.5114,0.9530) [0.3544,0.5114) 「0.2047,0.3544) <0.2047 u(1) (1) 6.(1) 4水源涵养区生态安全影响因素关联度分析 1(2) e(2) … .(2) 选用灰色关联分析方法进行研究区生态安全影 响因素关联度综合分析Ⅲ-).该方法的核心是计 (N)2(N)… .(N】Nxa 算关联度，具体步骤如下， 式(3)中，分辨系数P在(Q1)内取值，一般情 (1)确定分析序列.在对所研究问题进行定性 况下多在(0.1,0.5)内取值，分辨系数越小，越能提 分析的基础上，确定一个因变量因子和多个自变量 高关联系数之间的差异，关联系数：(k)是不超过 因子，设因变量数据构成参考序列X各自变量数 1的正数，△：(k)越小，：(k)越大，它反映第个比 据构成比较序列X(=12…,n) 较序列X:与参考序列X在第k期的关联程度. (2)对变量序列进行量纲为一化.一般情况 (5)计算关联度，比较序列X,与参考序列X 下，原始变量序列具有不同的量纲或数量级，为了保 的关联程度是通过N个关联系数来反映的，求平均 证分析结果的可靠性，需要对变量进行量纲为一化， 值就可以得到X与X的关联度： 本文采用初始化法进行量纲为一化· :(k) (4) (3)求差序列、最大差和最小差.计算量纲1 k=1 矩阵中第一列（参考序列）与其余各列（比较序列） (6)排关联序.根据关联度判断各评价样本中 比较序列与参考序列的关联程度，比较序列中指标 对应行的绝对差，形成如下绝对差值矩阵： 的关联度越大，说明该指标与参考序列的变化态势 △1(1)△2(1). 4.(17 越一致，对参考序列的影响越大， △1(2)△2(2) …△n(2) 根据灰关联分析方法，以研究区评价结果为因 变量序列，按照上述步骤得到长江上游重点水源涵养 A1(N)△e(N)·△w(N】Nxn 区生态安全影响因素分析结果，如图9和图10所示. 式中， 由图9可以看出，影响左区生态安全状况的主 要指标有降雨量、水环境质量、GDP年均增长率、农 △：(k)=w(k)一x(k) 业增加值年均增长率、水资源有效利用率和公共教 (=01,2…,mk=1,2,N) (2) 育支出占GDP比例，纵观左区整体的生态安全情 (4)计算关联系数，对绝对差值矩阵中数据做 况还是比较堪忧的，尽管自然条件相对完好，但是整 如下变换： 体的生产力水平不高，农业还是国民经济中的重要 (k)-Amn）十(max) (3) 部分，对待压力的响应还是较差的 △：(k)十4(max) 由图10可以得出，与右区生态安全状况紧密相 得到关联系数矩阵： 关的指标有降雨量、植被覆盖度、GDP年均增长率
第 2期 董 伟等： 长江上游水源涵养区界定及生态安全影响因素分析 表 4 评价结果 Ｔａｂｌｅ4 Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ 区域 什邡市 绵竹市 广汉市 江油市 安县 彭州市 新都县 崇州市 评价值 0∙3514 0∙3627 0∙3345 0∙2998 0∙2962 0∙3299 0∙3476 0∙3058 区域 邛崃县 都江堰 郫县 大邑县 新津县 蒲江县 温江县 双流县 评价值 0∙3236 0∙3350 0∙3630 0∙3458 0∙3749 0∙3522 0∙3408 0∙3854 区域 彭山县 洪雅县 眉山县 青神县 丹棱县 夹江县 峨眉山 甘孜县 评价值 0∙3596 0∙3536 0∙3270 0∙3545 0∙3851 0∙3585 0∙3313 0∙2866 区域 白玉县 巴塘县 德格县 新龙县 乡城县 炉霍县 理塘县 稻城县 评价值 0∙2527 0∙2452 0∙2484 0∙2642 0∙2740 0∙2726 0∙2712 0∙2710 表 5 阈值表 Ｔａｂｌｅ5 Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓ 等级 高度安全 安全 较安全 不安全 极不安全 阈值 ≥0∙9530 ［0∙51140∙9530） ［0∙35440∙5114） ［0∙20470∙3544） ＜0∙2047 4 水源涵养区生态安全影响因素关联度分析 选用灰色关联分析方法进行研究区生态安全影 响因素关联度综合分析 ［11--12］．该方法的核心是计 算关联度具体步骤如下． （1） 确定分析序列．在对所研究问题进行定性 分析的基础上确定一个因变量因子和多个自变量 因子．设因变量数据构成参考序列 Ｘ′ｎ各自变量数 据构成比较序列 Ｘ′ｉ（ｉ＝12…ｎ）． （2） 对变量序列进行量纲为一化．一般情况 下原始变量序列具有不同的量纲或数量级为了保 证分析结果的可靠性需要对变量进行量纲为一化． 本文采用初始化法进行量纲为一化． （3） 求差序列、最大差和最小差．计算量纲 1 矩阵中第一列 （参考序列 ）与其余各列 （比较序列 ） 对应行的绝对差形成如下绝对差值矩阵： Δ01（1） Δ02（1） … Δ0ｎ（1） Δ01（2） Δ02（2） … Δ0ｎ（2） Δ01（Ｎ） Δ02（Ｎ） … Δ0Ｎ （Ｎ） Ｎ×ｎ ． 式中 Δ0ｉ（ｋ）＝｜ｘ0（ｋ）—ｘｉ（ｋ）｜ （ｉ＝012…ｎ；ｋ＝12…Ｎ） （2） （4） 计算关联系数．对绝对差值矩阵中数据做 如下变换： ξ0ｉ（ｋ）＝ Δ（ｍｉｎ）＋ρΔ（ｍａｘ） Δ0ｉ（ｋ）＋ρΔ（ｍａｘ） （3） 得到关联系数矩阵： ξ01（1） ξ02（1） … ξ0ｎ（1） ξ01（2） ξ02（2） … ξ0ｎ（2） ξ01（Ｎ） ξ02（Ｎ） … ξ0ｎ（Ｎ） Ｎ×ｎ ． 式 （3）中分辨系数 ρ在 （01）内取值一般情 况下多在 （0∙10∙5）内取值分辨系数越小越能提 高关联系数之间的差异．关联系数 ξ0ｉ（ｋ）是不超过 1的正数Δ0ｉ（ｋ）越小ξ0ｉ（ｋ）越大它反映第 ｉ个比 较序列 Ｘｉ与参考序列 Ｘ0在第 ｋ期的关联程度． （5） 计算关联度．比较序列 Ｘｉ与参考序列 Ｘ0 的关联程度是通过 Ｎ个关联系数来反映的求平均 值就可以得到 Ｘｉ与 Ｘ0的关联度： γ0ｉ＝∑ Ｎ ｋ＝1 ξ0ｉ（ｋ）／Ｎ （4） （6） 排关联序．根据关联度判断各评价样本中 比较序列与参考序列的关联程度比较序列中指标 的关联度越大说明该指标与参考序列的变化态势 越一致对参考序列的影响越大． 根据灰关联分析方法以研究区评价结果为因 变量序列按照上述步骤得到长江上游重点水源涵养 区生态安全影响因素分析结果如图9和图10所示． 由图 9可以看出影响左区生态安全状况的主 要指标有降雨量、水环境质量、ＧＤＰ年均增长率、农 业增加值年均增长率、水资源有效利用率和公共教 育支出占 ＧＤＰ比例．纵观左区整体的生态安全情 况还是比较堪忧的尽管自然条件相对完好但是整 体的生产力水平不高农业还是国民经济中的重要 部分对待压力的响应还是较差的． 由图 10可以得出与右区生态安全状况紧密相 关的指标有降雨量、植被覆盖度、ＧＤＰ年均增长率、 ·143·