王欢欢，尹心安，田凯，刘世存，赵彦伟*，孙家君

（1.水环境模拟国家重点实验室，北京师范大学环境学院，北京100875；2.中国雄安集团生态建设投资有限公司，河北 保定071700）

白洋淀是“华北之肾”，被誉为“华北明珠”，主要位于河北省保定市安新县内，是华北平原唯一的天然湖泊，具有缓洪、治涝和蓄水灌溉等重要功能，对调节小气候、改善区域温湿状况、补充地下水、维护华北平原生态平衡发挥不可忽视的作用[1]。白洋淀也是雄安新区生态建设的重要依托，雄安新区是国家级新区，是千年大计、国家大事，其目标是打造城市建设与发展的典范，具有极高的发展定位，这也对白洋淀的污染控制与风险管控提出了更高的要求。因此，开展白洋淀环境风险受体脆弱性研究，明确其空间分布特征，可以为白洋淀的水环境保护与生态安全保障提供重要依据，并直接支持雄安新区的环境风险管理和环境污染风险应急体系建设。

环境风险受体脆弱性评价旨在通过评估风险受体在环境污染事故中可能经受的伤害及伤害程度，来辨识潜在风险问题。近年来，随着环境污染事故日益增加，环境风险受体脆弱性评价研究受到广泛关注，国内外以区域人地系统为对象，针对环境风险受体脆弱性评价开展了比较深入的研究。Tixier 等[2]构建了包括人、自然环境、设施的区域环境风险受体脆弱性指标体系；Collins等[3]从污染事故危害性和社会经济脆弱性两个维度研究了区域环境风险受体脆弱性；薛鹏丽等[4]综合考虑社会经济脆弱性和生态系统脆弱性，构建了上海市环境污染事故风险受体脆弱性评价指标体系；杨小林等[5]选取受体暴露性和抗逆力两类指标，评价了河南省风险受体的脆弱性，明确了其空间分布特征；He等[6]综合考虑自然、社会、经济、环境污染和人类健康，对我国的环境风险受体脆弱性进行了评价。经过多年的发展，已经基本形成系统的区域环境风险受体脆弱性评价指标体系与方法，推动了脆弱性评价在实践中的应用。但目前脆弱性评价多以城市、区域为对象，对湖泊水域脆弱性评价的研究相对缺乏。湖泊水域是人类赖以生存的重要生态空间，在人类的生存发展中发挥着重要的生态环境功能，但湖泊水域多是水环境污染事故的潜在受体，更容易受到水环境风险事故的损害，因此，亟待开展湖泊水环境风险脆弱性评价研究。

本文综合考虑敏感性和缓冲能力，构建评价指标体系，基于RS 与GIS 平台，对白洋淀水环境风险受体脆弱性进行评价，明确风险受体脆弱性的空间分布特征，为突发水环境污染事故风险防控和管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

白洋淀（115°38′～116°07′E，38°43′～39°02′N）是华北平原最大的淡水湖泊，淀区主要由白洋淀、烧车淀、马棚淀、藻苲淀等143 个淀泊和3 700 多条沟壕组成（图1），总面积366 km2，水面面积150 km2，平均水位7.5 m，平均水深2.3 m。白洋淀还是大清河水系中重要的蓄水枢纽，自然生态资源丰富，动植物种类多，生境异质性高，发挥重要的生态功能，淀内分布有自然保护区、重点湿地等各类敏感目标。

图1 白洋淀地理位置图Figure 1 Location of Baiyangdian Lake

1.2 数据来源

本文数据主要为自然环境数据。其中，水质、水生物、高程数据通过实地监测和测量获得，土地利用类型数据由遥感影像解译获得，旅游区分布、水质保护目标、自然保护区数据来源于相关规划，具体数据来源见表1，监测指标的统计值见表2，水质、水生物采样点分布和土地利用类型见图2。数据处理基于GIS软件平台进行，评价单元为30 m×30 m栅格。

表1 数据来源Table 1 The data source

1.3 评价方法

1.3.1 指标体系建立

环境风险受体是环境污染风险事故的潜在承受体，指环境风险因子在环境转运过程中，可能影响的人群、社会和生态环境系统[7]。研究区中，自然生态系统是水环境污染事故发生时的主要受损者，其状态决定了水环境风险受体的脆弱性。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，选取敏感性和缓冲能力2个层面的14项指标（表3），构建水环境风险受体脆弱性评价指标体系。

表2 采样点各监测指标统计值Table 2 Statistical values of monitoring indicators at sampling points

图2 土地利用类型及采样点分布示意图Figure 2 Schematic diagram of land use type and sampling point distribution

敏感性是风险受体对水环境污染事故的敏感程度，指在不考虑人类活动影响的前提下，水污染事故发生的可能性大小、可能发生的区域及程度。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[8]，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，评价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[9]；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[10]；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，结合白洋淀实际，浮游植物密度越高，富营养化程度越高[11]，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[12]表示水体物理环境状况，反映水体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[13]，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[5]。各指标的计算见表3。

1.3.2 评价方法

采用极差法进行指标标准化，采用线性加权法分别评价水环境风险受体敏感性和缓冲能力，并基于此进行脆弱性评价并分级。

（1）指标标准化

由于不同指标的量级不同，评价前首先对所有数据进行标准化处理，标准化公式为：

式中：pij为各指标标准化结果；xij为实际值；xmax、xmin分别为最大值和最小值。

（2）敏感性/缓冲能力评价

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：

式中：SI、ACI分别为风险受体敏感度指数和缓冲能力指数；n为评价指标的个数；Wi为第i个评价指标的权重系数；Xi为第i个评价指标的数值。

采用层次分析法确定各指标权重，其中判断矩阵由专家判断法获取。该方法是一种定性和定量相结合、系统化、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[14]。赋权结果如表3所示。

（3）脆弱性评价

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，缓冲能力越弱，脆弱性就越大，反之，脆弱性就越小[7，15]，因此脆弱性计算公式为：

式中：VI为水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）评价分级

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，+∞）。参考以往研究[16-18]，结合研究区实际情况，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，即弱缓冲能力（＜0.2）、较弱缓冲能力（0.2～0.4）、中缓冲能力（0.4～0.6）、较强缓冲能力（0.6～0.8）、强缓冲能力（0.8～1）；采用自然断点法将脆弱性分为5级[17]，即低度脆弱（＜1.2）、较低脆弱（1.2～2.1）、中度脆弱（2.1～3.4）、较高脆弱（3.4～5.4）、高度脆弱（＞5.4）。

表3 白洋淀淀区水环境风险受体脆弱性指标体系及权重Table 3 Indicators system and weight of water environmental risk target vulnerability evaluation

2 结果与分析

2.1 敏感性/缓冲能力评价结果

根据公式（1）、公式（2）分别评价白洋淀淀区水环境风险受体敏感性和缓冲能力，敏感度指数为0.186 9～0.790 8，空间分布如图3所示，缓冲能力指数为0.019 6～0.880 8，空间分布如图4所示。

由图3 可知，白洋淀风险受体敏感性以较低敏感和中度敏感为主，低度敏感区极少。其中，较低敏感区主要分布在淀区边缘区域；中度敏感区分布广泛，在淀区的西北部、北部、中部、西南部区域均有所分布；较高敏感区主要位于淀区中部，该区域敏感目标集中，敏感性高于其他区域。总体上，白洋淀水环境风险受体敏感性由外向内升高。

由图4 可知，水环境风险受体较强和强缓冲能力区域少，主要分布在白洋淀北部的烧车淀和王家寨周边。中度缓冲能力区也较少，分布分散，在北部烧车淀等区域分布较多。较弱缓冲能力区域占比较大，多分布在淀区南部的羊角淀、白洋淀、泛鱼淀等区域，少数分布在西北部及北部。弱缓冲能力区主要分布在淀区西北部、西南部及东北部的边缘区域。总体上，白洋淀水环境风险受体以弱缓冲能力和较弱缓冲能力为主。

图3 敏感性空间分布图Figure 3 The spatial distribution of sensitivity

图4 缓冲能力空间分布图Figure 4 The spatial distribution of buffering capacity

图5 脆弱性空间分布图Figure 5 The spatial distribution of vulnerability

2.2 脆弱性评价结果

根据公式（3）评价白洋淀水环境风险受体脆弱性，脆弱度指数为0.285 5～15.545 2，空间分布如图5所示。由图5 可知，白洋淀水环境风险受体脆弱性差异大，淀区东北部脆弱性指数最高，该区域为中度敏感，缓冲能力低于其他区域，导致脆弱性高。其次是淀区西北部及西南部，这两个区域缓冲能力较弱，脆弱性较高。淀区中部大部分区域脆弱性较低，该区域敏感性较强，但有一定缓冲能力。淀区北部、东南部的大部分区域脆弱性低于其他区域，该区域缓冲能力相对较强，脆弱性低。总体上，白洋淀水环境风险受体脆弱性不高，以低度和较低脆弱区为主，高度脆弱区集中在东北部、西北部和中部的小部分区域。

3 讨论

对评价结果进行分析可知，白洋淀水环境风险受体脆弱性的空间分布与土地利用类型、植被分布格局呈现出相关性。白洋淀东北部人口集中，以建设用地和耕地为主，人类活动干扰相对严重[19]，脆弱度最高。淀区西北部、西南部和中部的部分地区表现为较高脆弱，所对应的土地类型基本为建设用地，且植被覆盖度低，水质状况差，水体连通性差，缓冲能力弱。中度脆弱区所在区域主要土地利用类型为耕地，敏感程度不高，有作物覆盖，生态系统较稳定，具有一定的缓冲能力，脆弱度不高。较低脆弱区对应的土地类型基本为水域，水较深，且有植被分布，能对水体污染物起到稀释降解作用，缓冲作用较强，脆弱度较低。低度脆弱区基本为荷花、芦苇、香蒲等挺水植物覆盖较好的区域，该区域水质状况相对较好，常年维持一定水深，连通性较好，稀释缓冲能力强，水生植被盖度较高，生态系统结构稳定，自我恢复能力强，脆弱性低。

白洋淀是雄安新区建设的主要生态载体，新区规划中赋予其较高生态定位，是生态上需要保护的区域，无法通过降低敏感性来降低脆弱性，白洋淀脆弱性的降低应该通过提升缓冲能力来实现。结合缓冲能力评价结果，对于淀区高度脆弱、较高脆弱和中度脆弱区域，可通过控制入淀河流及淀区内污染，改善水质，加强生态补水，恢复淀区水面面积，提升缓冲能力。对于较低脆弱区域，应加强芦苇、香蒲、荷花、轮藻和篦齿眼子菜的植物群落组合的种植，提高缓冲能力[20]。水生植物密度影响水质净化效果，水生植被为高密度香蒲、中密度芦苇时，净化效果明显[21]，种植时应匹配不同的密度。淀区围堤围埝众多，有1 700处，阻碍了物理连通性，应加强拆除与微地形改造。

白洋淀是以自然生态系统为主的区域，其自然生态环境相对较好，生态系统结构相对完整，新区的规划建设也对其生态保护提出了更高的要求。因此，本文主要考虑白洋淀的自然特征，构建包括敏感性和缓冲能力的指标体系，评价了白洋淀对水环境风险的脆弱性。但环境风险受体实际是包含社会、生态环境及人群的复杂系统，脆弱性评价除了需要考虑系统内部指标外，还需考虑外部压力指标[22]。本文通过与人口集中区距离这一指标反映系统外部压力，但随着新区发展建设，淀外人口逐渐增加，产业将逐步发展，交通体系日趋完善，系统外部压力会不断增加。未来应考虑将更多的人口密度、社会经济及产业发展的相关指标纳入指标体系。同时，本文采用自然断点法对脆弱性指数进行分级。这种方法是一种根据数值统计分布规律来分级分类的方法，具有类中差异最小化，类间差异最大化的优势，但对脆弱性分级不够精确。未来应基于网格化调查成果，进行更精细化的分级。

4 结论

结合白洋淀实际，考虑人口、旅游区、自然保护区、水环境、水生态等因素及对脆弱性的影响，选取敏感性和缓冲能力两类共14 项指标，构建白洋淀水环境风险受体脆弱性评价指标体系，提出了水环境风险受体脆弱性评价与分级方法。

评价结果表明，白洋淀水环境风险受体敏感性以较低和中度敏感为主，在淀区中广泛分布；缓冲能力以弱和较弱缓冲能力为主，集中分布在淀区南部的羊角淀、白洋淀、泛鱼淀等区域，少数分布在西北部、西南部及东北部的边缘区域；脆弱性以较低和低度脆弱为主，高脆弱性区域集中在淀区东北部、西北部和中部的小部分区域，低脆弱性区域在淀区分布广，主要在北部、东南部。未来应加强污染控制、生态补水、水生植被种植、微地形改造等，提高缓冲能力，降低脆弱度。