【《白洋淀湿地生态环境风险受体评估分析案例》7600字】

白洋淀湿地生态环境风险受体评估分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u25409白洋淀湿地生态环境风险受体评估分析案例 148021.1风险受体界定 1119521.2风险受体调查与分析 1204231.2.1土地利用类型调查与分析 1290031.2.2水质调查与分析 351401.3风险受体评估 852961.1.1评估指标体系 869501.1.2评估方法 10259411.1.3评估结果 11191451.4小结 13本章对风险受体进行界定，利用遥感解译对白洋淀湿地土地利用类型进行调查分析，利用综合污染指数、累积距平指数、分层聚类法对白洋淀湿地水质进行调查分析，构建包括敏感性和缓冲能力2方面、14项指标的白洋淀湿地生态环境风险受体脆弱性评估指标体系，基于GIS平台，采用层次分析法、线性加权法，对白洋淀湿地生态环境风险受体脆弱性进行评估和分区。1.1风险受体界定风险受体，即风险承受者，指生态环境中可能受到生态环境风险源不利影响的生态实体，包括生物体和非生物体，其脆弱性具有不稳定性，在外界自然或人为的干扰胁迫下容易发生变化。研究区中，自然生态系统是生态环境风险发生时的主要承受者，其状态决定了生态环境风险受体的脆弱性，因此，白洋淀湿地自然生态系统即为白洋淀湿地生态环境风险受体。1.2风险受体调查与分析1.2.1土地利用类型调查与分析1.2.1.1调查与分析方法采用卫星遥感监测法进行土地利用类型调查。以白洋淀湿地2019年高分二号夏季遥感影像为数据源，基于GIS和ENVI软件平台，进行土地利用类型和植被类型解译。通过图像裁剪与镶嵌、图像配准、辐射定标、大气校正等过程对遥感影像进行预处理，采用监督分类法，计算机自动识别与人为目视相结合得到遥感影像解译结果；对遥感影像解译结果进行小斑块去除等分类后处理，同时结合实地调研，修正漏分、错分像元，获得最终的土地利用类型图。1.2.1.2调查与分析结果（1）解译分类土地利用类型指的是根据土地利用的地域差异划分的，土地利用方式相同的土地资源单元，反映了土地用途、性质及其分布规律。白洋淀湿地主要土地利用类型可以分为耕地、林地、水域、建设用地和水生植被等，其中水生植被类型主要包括芦苇、香蒲、荷花三类典型植被，具体分类见表10。表SEQ表\*ARABIC1白洋淀湿地土地利用类型和植被类型分类类型代码内容耕地1包括水浇地和旱耕地等林地2包括有林地、疏林地、灌丛林地及其他未成林造林地、迹地、苗圃及各类园地水域3包括河流、灌渠、湖泊、水库以及滩地等水生植物芦苇4典型植被—芦苇荷花5典型植被—荷花香蒲6典型植被—香蒲建设用地7包括城镇居民点、农村居民点及工矿用地以及交通用地等（2）解译结果白洋淀湿地主要的土地利用类型为耕地、林地、水域、建设用地，主要的植被类型为芦苇、荷花、香蒲。白洋淀湿地总面积为324.02km2，其中，耕地面积为81.91km2，林地面积为35.31km2，水域面积为71.89km2，芦苇面积为79.72km2，荷花面积为18.32km2，香蒲面积为7.97km2，建设用地面积为26.91km2，详见表11和图7。总体上耕地和芦苇的面积占比最大，都为25%左右，其次是水域的面积，所占比例约为23%，所占面积较少的为林地、建设用地和荷花，占比分别为11%、8%和6%，而香蒲占白洋淀湿地总面积的比例是最少的，只约为2%。表SEQ表\*ARABIC2白洋淀湿地各土地利用类型和植被类型分类结果类型面积（km2）占比（%）耕地81.9125.28林地35.3110.90水域71.8922.80水生植物芦苇79.7224.60荷花18.325.65香蒲7.972.46建设用地26.918.30总计324.02100.00由图7可知，水生植物中，芦苇分布面积最广，多分布在烧车淀、藻苲淀、捞王淀、池鱼淀和羊角淀，少数分布在泛鱼淀、白洋淀湿地和马棚淀；荷花次之，在烧车淀、捞王淀和泛淤淀有较大范围的分布；香蒲的面积占比最少，仅零散分布在捞王淀、白洋淀湿地和烧车淀部分地区。水域主要分布在白洋淀湿地的中部地区，即捞王淀和池鱼淀的南部地区，泛鱼淀、羊角淀和白洋淀湿地的绝大多数地区；耕地集中分布在藻苲淀的西北部和西南部、马棚淀的绝大部分区域以及池鱼淀北边的区域；而林地则集中在藻苲淀的西南部分、马棚淀的南部和池鱼淀的东北部；建设用地主要为淀中村及其周边配套设施的建设，零星散布于整个白洋淀湿地，构成了淀中有村、村中有淀的分布形式，无特别明显的集中分布范围。图SEQ图\*ARABIC2白洋淀湿地土地利用类型及植被类型解译结果1.2.2水质调查与分析对1988~2018年白洋淀湿地8个监测点位（图8）的水质监测数据进行调查与评估，受干淀等影响，缺少1990、1993~1995年水质监测数据，据此分析白洋淀湿地水质的时空分布特征，水质监测指标包括COD、NH3-N、TN、TP、BOD5（王欢欢等，2020）。图SEQ图\*ARABIC3白洋淀湿地水质监测点位位置1.2.2.1调查与分析方法（1）污染指数计算污染指数包括单因子污染指数、综合污染指数与年内水质指数。单因子污染指数是一种常用的水质评估方法，是利用实测数据和标准对比分类评估水质，评估标准采用《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质标准，计算公式为：Pi式中：ci为第i个水质因子的监测浓度值，mg·L-1；csi为第i个水质因子的标准浓度值，mg·L综合污染指数法是评估水质的一种重要方法，可更全面、综合评估水质污染状况。本文采用水质平均污染指数（WQI）进行水质综合评估，计算公式为：WQI=1式中：n为污染物个数，Pi年内水质变化采用综合污染指数法中的代数叠加法，计算公式为：P=j=1式中，P为综合污染指数，m为月份数或季数，n为水质指标个数，∑Pi为综合污染分指数，∑Pj表示某类污染物分指数，Pij为多年月均值或多年季节均值。（2）时间序列分析方法时间序列分析包括趋势、季节、循环、不规则变化分析，广泛应用于水文、气象、地质、经济、环境等领域，常用方法包括累积距平法、Mann-Kendall检验法等。累积距平法是一种由曲线判断变化趋势的分析方法，能直观准确地描述水质年际变化阶段性特征。本文采用累积距平法分析白洋淀湿地水质变化趋势。（3）空间分析方法聚类分析是一种探索的模式识别技术，其中层次聚类分析（HCA）的应用最为广泛，该方法通过变量之间的相似程度，将相似程度大的优先聚合到一起，逐步聚合，达到聚类目的。本文采用HCA作为空间分析方法，利用平方欧氏距离法（squaredEuclideandistance）分析各监测点位水质特征的空间相似性和差异性。1.2.2.2调查与评估结果（1）时间分布1）年际变化各项指标污染指标年际变化如图9所示，COD的平均污染指数范围为0.320~2.056，变异系数为0.223；NH3-N的平均污染指数范围为0.003~5.227，变异系数为0.859；TN的平均污染指数范围为1.006~6.607，变异系数为0.341；TP的平均污染指数范围为0.145~5.139，变异系数为0.793；BOD5的平均污染指数范围为0.535~1.331，变异系数为0.607。总体来看，NH3-N的年际变化最大，TP、BOD5的年际变化较大，COD、TN的年际变化较小。白洋淀湿地综合污染指数为0.745~1.179，总体呈波动上升趋势，变异系数为0.333。1988-1997年由于人工补水力度大，白洋淀湿地综合污染指数较小，整体水质较好，基本能达到III类水标准。21世纪以来，白洋淀湿地WQI整体停留在较高水平，除2010年WQI为0745达到III类标准外，其余年份WQI均大于1，污染严重。近30年来，2015年白洋淀湿地水质最差，WQI达到最大值1.179，2006年、2014年次之，WQI分别为2.678、2.518，其中，2006年爆发重大水污染事故。图SEQ图\*ARABIC4白洋淀湿地水质污染指数年际变化因1988~1996年间数据不连续，故采用累积距平法做1996~2018年白洋淀湿地水质污染指数的累积距平曲线。由图10可知，各水质指标的变化趋势并不相同。COD累积距平值均为负值，在1996~2018年表现为先下降后上升的两个周期趋势变化，在1996~1999年、2006~2015年呈现下降趋势，在1999~2006年、2015~2018年呈现上升趋势，总体呈上升趋势，趋势不明显；NH3-N总体呈现明显上升趋势，1996~2003年NH3-N浓度较平均浓度低，水质较好，2003~2015年NH3-N浓度较高，超标严重，2015~2018年NH3-N浓度降低；TN、TP波动大，总体呈下降趋势，污染严重。BOD5波动上升后稳定下降，1996~2001年、2007~2018年BOD5浓度下降，2001~2007年BOD5浓度上升。WQI总体表现为波动上升趋势，但趋势不显著。在2000、2006、2015年达到峰值，近两年WQI略有下降。其中，在1996~2011年，综合污染指数累积距平曲线呈现波动下降趋势，表明这个阶段白洋淀湿地水质相对较好，在2002~2009年间，多次进行生态补水（程朝立等，2011），2006~2010年水质有所改善；但在2011年后重新呈现上升趋势，这期间白洋淀湿地水质较差，可能是由人口增加引起的生产生活污染排放增加及入淀河流水量减少所致；2015年“水十条”发布后，白洋淀湿地水污染治理力度加大，淀区水质有所提升。图SEQ图\*ARABIC5白洋淀湿地污染指数累积距平曲线2）年内变化从白洋淀湿地各水质指标的年内季节变化可以看出（表12），COD、BOD5污染指数为夏＞秋＞春＞冬，NH3-N、TN污染指数为秋＞春＞冬＞夏，TP污染指数为夏＞冬＞秋＞春。总体而言，TN综合污染指数最高，TP、NH3-N、COD综合污染指数较高，BOD5综合污染指数最低；夏季、秋季综合污染指数较高，冬季综合污染指数最低，秋＞夏＞春＞冬。造成这一现象的原因可能是夏季降雨集中，非点源污染负荷大，溶解氧在水温高时消耗加速，旅游及其他人为活动加快底泥污染释放，对白洋淀湿地水环境产生不利影响，使得水质下降。表SEQ表\*ARABIC3白洋淀湿地年内水质分指数和综合污染指数季节CODNH3-NTNTPBOD5∑Pi春1.621.974.370.880.959.79夏1.711.462.841.870.9910.87秋1.652.115.171.090.9610.98冬1.541.471.661.420.898.98∑Pj6.527.0116.047.261.78（2）空间分布对近30年各监测点位水质指标污染指数进行空间聚类分析，结果如图11所示，白洋淀湿地8个监测点位存在空间分异性，可分为三类：第一类为南刘庄；第二类包括王家寨和烧车淀；第三类包括光淀张庄、枣林庄、圈头、端村、采蒲台。第一类位于白洋淀湿地西部府河入淀口，府河水质较差，未满足V类水要求，受府河水质影响，以南刘庄为核心的西北部淀区水质较差，污染较为严重。第二类位于白洋淀湿地北部，水质相对最好。第三类位于白洋淀湿地东部和南部，该区域淀中村分布集中，人口密集，受到一定程度的居民排污、水产养殖等人为干扰，水质一般。图SEQ图\*ARABIC6白洋淀湿地水质空间聚类结果1.3风险受体评估1.1.1评估指标体系参考以往的研究（Collins等，2009；许志良，2017；He等，2018），考虑研究区实际及数据获取的可行性，遵循科学性、全面性、主导性、定性与定量相结合的原则，选取敏感性、缓冲能力2个方面14项指标（表13），构建生态环境风险受体脆弱性评估指标体系。表SEQ表\*ARABIC4白洋淀湿地生态环境风险受体脆弱性评估指标体系目标层准则层指标层计算方法及说明权重生态环境风险受体脆弱性敏感性水质保护目标对不同水质保护目标分级赋值，规划的生态功能区为3，其余为10.0783与人口集中区距离基于GIS平台，通过邻域分析，获取与各人口集中分布区的最近直线距离0.1321旅游区根据旅游区功能分区分级赋值，生态观光区为5，养生区为4，休闲观光带为3，旅游度假区为2，深度休闲区为1，其他为00.1681自然保护区根据分区分级赋值，核心区为5，缓冲区为3，实验区为1，其他为00.1875浮游动物E/O指数浮游动物中富营养型种（E）与贫营养型种（O）种数的比值0.0945浮游植物密度单位面积内浮游植物数量0.1378底栖动物多样性Shannon-Wiener多样性指数H=−i=1sniNlog2niN0.2017缓冲能力水质现状用水质平均污染指数表示，公式为WQI=1ni=1nPi，0.0679水深由高程数据结合现场数据计算获得0.0625水体连通性水体是否物理连通，连通水体赋值为1，孤立水体赋值为00.1370河网密度基于GIS平台，提取水系后，利用线统计计算单位面积内的沟渠、河道总长度0.1266水生植被类型根据水生植被主要覆盖类型分级赋值，荷花为5，香蒲为3，芦苇为1，其他为00.2091水生植被盖度基于GIS平台，利用栅格计算器计算栅格内水生植被的垂直投影面积0.1627土地利用类型根据不同的土地利用类型赋值，湿地为5，林地为4，水域为3，耕地为2，建设用地为1，其他为00.2342敏感性是风险受体对生态环境风险的敏感程度，指的是不考虑人类活动影响的前提下，生态环境风险发生的可能性大小、可能发生区域及程度。敏感性指标中，水质保护目标由水环境功能区划决定，不同的功能分区要求的水环境质量保护目标不同（郭书海等，2017），敏感性不同；与人口集中区距离越近，水体越容易受到干扰，敏感程度越高；旅游区功能分区不同，保护与管理要求不同，敏感性不同；涉水自然保护区对水污染事故敏感，评估区域内涉水自然保护区越多，等级越高，越接近核心区，受体敏感性越高（李君轶，杨敏，2009）；浮游动物E/O指数表示水体富营养化程度，E/O指数越大，富营养化程度越高，敏感性越高；浮游植物密度、底栖动物多样性表征生态系统结构与水体生物学状况（王庆，2014），结合白洋淀湿地实际，浮游植物密度越高，富营养化程度越高，底栖动物多样性越高，分别对应的敏感性也越高。缓冲能力的大小取决于风险受体纳污能力和自身恢复能力。缓冲能力指标中，水质现状表征水环境质量状况，反映水体纳污能力，水质状况越好，纳污能力越强，缓冲能力越强；水深、水体连通性、河网密度（陈桃等,2019）表示水体物理环境状况，反映对污染物的稀释能力，水越深，水体连通性越好，河网密度越大，稀释能力越强，缓冲能力越强；水生植被类型与盖度表征生态系统内部稳定性，反映风险受体受到扰动时的恢复能力（汪秀芬等,2020），植被越多，水生植被盖度越高，恢复能力越强，缓冲能力越强；不同土地利用类型对水污染的缓冲能力不同，分别赋予不同分值（杨小林等，2018）。1.1.2评估方法基于GIS平台，以30m×30m栅格作为评估单元进行评估。采用极差法进行指标标准化，采用线性加权法分别评估生态环境风险受体敏感性和缓冲能力，基于此进行脆弱性评估并分级。（1）指标标准化由于不同指标的量级不同，评估前首先对所有数据进行标准化处理，标准化公式为：pij式中，pij为各指标标准化结果，xij为实际值，（2）敏感性/缓冲能力评估采用线性加权组合法，分别计算风险受体的敏感度和缓冲能力指数，具体计算公式为SI（ACI）=i=1式中，SI、ACI分别为风险受体敏感度指数和缓冲能力指数；n为评估指标的个数；Wi为第i个评估指标的权重系数；Xi为第采用层次分析法确定各指标权重，层次分析法是一种定性和定量相结合、系统化和层次化的分析方法，主要解决多因素相互关联、相互制约，且缺少定量数据的系统分析问题，计算结果如表13所示。（3）脆弱性评估风险受体的脆弱性由敏感性和缓冲能力共同决定，风险受体的敏感程度越高，脆弱性就越大，而缓冲能力越强，脆弱性越小，因此脆弱性计算公式为VI=SI/ACI（3-6）式中，VI为生态环境风险受体脆弱度指数，SI、ACI分别为风险受体敏感度指数和缓冲能力指数。（4）评估分级敏感性指数、缓冲能力指数取值区间为[0，1]，脆弱性指数取值区间为（0，+∞）。将敏感性均分为5级，即低度敏感（＜0.2）、较低敏感（0.2~0.4）、中度敏感（0.4~0.6）、较高敏感（0.6~0.8）、高度敏感（0.8~1）；将缓冲能力均分为5级，即低缓冲能力（＜0.2）、较低缓冲能力（0.2~0.4）、中缓冲能力（0.4~0.6）、较高缓冲能力（0.6~0.8）、高缓冲能力（0.8~1）；采用自然断点法将脆弱性分为5级（姚昆等,2019），即低度脆弱（＜1.2）、较低脆弱（1.2~2.1）、中度脆弱（2.1~1.4）、较高脆弱（1.4~5.4）、高度脆弱（＞5.4）。1.1.3评估结果（1）敏感性/缓冲能力评估结果根据式（3-4）和式（3-5），对白洋淀湿地生态环境风险受体的敏感性和缓冲能力进行评估，评估结果如图12、图13所示。由图12可知，白洋淀湿地淀区风险受体敏感性主要以较低敏感和中度敏感为主，低度敏感区少。其中，较高敏感区主要在淀区中心地区，该区域属于淀区重要生态功能区及自然保护区核心区，敏感事物集中分布，与人口集中区距离近，浮游植物密度高，生物多样性高，导致该区域敏感性高于其他区域。中度敏感区主要为水域及水生植被区域，位于淀区较中心区域，该区域包含自然保护区核心区、缓冲区及部分实验区，生物多样性较高，同时旅游区集中分布于此，风险受体敏感程度一般。淀区边缘区域一般表现为较低敏感，这些区域土地利用类型基本为耕地和建设用地，对水污染事故的敏感程度较低，不易受到影响。总体上，白洋淀湿地淀区生态环境风险受体敏感性由外向内逐渐升高。图SEQ图\*ARABIC7白洋淀湿地生态环境风险受体敏感性评估结果由图13可知，生态环境风险受体较高缓冲能力、高缓冲能力区少，主要分布在淀区北部的烧车淀和王家寨周边，该区域水质状况相对好，水体纳污能力强，水较深，连通性较好，对污染物起到较强稀释缓冲作用，同时水中多分布荷花，增强了水体自净作用，因此缓冲能力高于其他区域。中缓冲能力区较少，分散分布在整个淀区，其中淀区北部分布较多，这些区域多为水生植被覆盖区域，水生植被盖度较高，能对水体污染物起到净化作用。较低缓冲能力区多，集中分布在淀区中部及南部，少数分布在西北部及西南部，基本属于裸露水面，水质状况较差，水生植被少，缓冲能力较差。低缓冲能力区主要分布在淀区边缘，包括淀区西北部、西南部及东北部，这些区域水少，水质状况差，连通性差，不足以对水污染形成缓冲作用。总体上，白洋淀湿地淀区生态环境风险受体以低缓冲能力和较低缓冲能力为主。图SEQ图\*ARABIC8白洋淀湿地生态环境风险受体缓冲能力评估结果（2）脆弱性评估结果根据式（3-6），对白