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三峡库区流域水环境保护分区1 2王丽婧席春燕2郑丙辉U2
作者:管理员    发布于:2017-04-21 09:03:04    文字:【】【】【

  三峡库区流域水环境保护分区12王丽婧席春燕2郑丙辉U2 f北京师范大学水科学研究院,北京100875;2中国环境科学研究院河流海岸带环境创新基地,北京100012)位置均对水环境质量存在显著影响。围绕水体保护的核心需求,面向流域空间范围开展水环境保护分区十分必要。本文以三峡库区为研究区,着眼于区域生态环境特征、水体压力4向应特征的空间差异性,基于生态因子叠置法、生态敏感性分析等方法,研究三峡库区水环境保护分区。分区综合考虑了水热条件、地势地貌、生态敏感性等因素,将库区划分为:1)红区,即严格保护区,总面积2924km2,占库区的5.1;2)黄区,即一级防护区,总面积10477km2,占库区的18.4;3)蓝区,即二级防护区,总面积43599km2,占库区的76.5.辨识了红区、黄区和蓝区不同分区的关键环境问题,并有针对性地提出各区的发展方向和水环境保护定位。

  近年来,随着我国环境管理工作的日渐深人,学术界与决策者均意识到解决环境问题不能一刀切,据此,“分区、分类、分级、分期”的管理模式与理念(简称“四分”管理)一经提出便得以广泛认可和推广。其中,“分区”管理是分类、分级、分期管理的重要前提。其关注了空间上环境要素的差异性,包括自然、人为原因导致的差异性,要求划分子区域并分区实施治理。对于某单个流域的水环境管理而言,则有必要围绕水体保护的核心需求,从流域层面开展保护分区,辨识不同生境条件下的问题症结,梳理错综复杂的管理目标,有针对性地实施人类活动调控管理。目前,从流域层面开展的水环境保护相关分区主要包括区域主体功能区划、流域水生态区划。前者着眼于宏观生态环境差异进行分区,主要按行政区划分,旨在为区域发展定位提供指导,并不直接面向水环境保护需求且缺乏流域特征考虑。后者为当前热点探索领域,着眼于流域生态系统空间格局差异,开展水陆兼顾的多级区划,旨在为维护水生态系统健康提供指导;其理论技术体系较完整科学,但技术过程十分复杂,且管理目标面向水生生物等自然要素,对于当前以满足人类需求为起点和终点的社会行为模式而言,目标偏高,近期的操作和应用推广难度相对大。

  流域水环境保护分区是水资源管理的重要组成部分,根据管理目标和管理范围的差异性,分区研究方法也不一致,目前仍未形成一套成熟的、公认的划分方法,这成为水环境保护规划管理工作的大挑战。早在20世纪70年代末,美国提出了基于水生态功能区划的水环境管理思想。其中,mernik首先提出了水生态区的概念,并选取土壤、自然植被、地形和土地利用4个区域性特征指标,针对相对同质的淡水生态系统或生物体,以及与环境相关的土地单元划分为同一生态区。基于此,各国学者相继开展了相关研究。我国也开展了广泛的流域区划研究,包括水环境质量区划、水(环境)功能区划、水生态系统区划、生态区划、生态水文区划等,以及针对某单一要素的区划。

  三峡水库是我国特大型水库,具有防洪、发电、供水、养殖等功能,综合效益显著,同时亦关系着长江中下游沿线几亿人的生产生活用水,生态功能极其关键。自2003年蓄水运行以来,三峡水库水质总体尚好,但亦面临一系列水生态安全隐患,总体上应采取积极的预防型水环境保护战略。鉴于库区范围较大,不同地域社会经济发展、污染排放、对水体影响程度等各有差别,水环境保护分区作为前端控制的重要手段对于未来三峡水库生态安全保障显得尤为重要。基于以上原因,本文以三峡库区为例,在综合考虑分区科学性、管理实用性、流域生态环境特征等多种因素基础上,围绕水环境保护与管理的需求,着眼于人、地、水要素的耦合作用特征、流域生境分布特征,综合采用GIS技术、生态因子叠置法、生态敏感性分析,探索面向水体保护的流域分区,并提出不同分区的保护与管理策略。

  1三峡库区概况三峡水库位于长江中上游川、渝、鄂三省(市)结合部,是我国的特大型水库,总库容393x10sm3.库区流域面积5. 7x104km2,范围涉及湖北省、重庆市26个县(市、区);175m正常蓄水位时水域面积为1084km2,145 ~175m蓄水位波动形成特殊生境消落区302km2;流域面积与水域面积比为53:1,远高于太湖、滇池等湖泊流域,表明库区流域人类活动对水体存在较显著影响。库区人库多年平均径流量2692x 108m3,出库多年平均径流量4292x 108m3,水系发达。库区地势南北高、中间低,从南北向河谷倾斜的地貌,构成以山地、丘陵为主的地形,一般高程800~1800m;库区属亚热带季风性湿润气候,年平均气温17°C ~19°C,年平均降水量1045 ~1140mm,降水多集中在7―9月。2008年三峡库区总人口2068万人,城镇化率偏低,非农业人口占总人口的比重为33.0;库区地区生产总值3876亿元,人均生产总值1.87万元,产业、第二产业、第三产业结构比例为1:6:5,近年来呈逐步优化趋势;库区社会经济发展总体不平衡,表现为区县之间差距大,农村与城镇之间差距大。

  2水环境保护分区思路与方法水环境保护分区包括水域保护分区和陆域保护分区。水域分区执行库区相关区县水(环境)功能区划,暂不做拓展研究。陆域分区范围界定为常水位线以上至库区流域边界,包括由于水库水位人工调控形成的消落区。

  水环境保护分区思路主要着眼于水体保护需求、水环境管理需求,划定红-黄蓝保护区。1)红区:即严格保护区,包括库区水域、自然保护区、国家森林公园和地质公园、风景名胜区核心区、文化遗产区,土壤侵蚀剧烈水蚀区和工程侵蚀区,坡度在25°以上区域,以及其他生态敏感度较高区域,拟实施严格的生态保护与管理措施;2)黄区:即一级防护区,包括库区中高度敏感区、生态农业生产发达地区、重点生态保护建设地区,拟实施积极的污染防控、生态保育与恢复措施;3)蓝区:即二级防护区,包括库区中度敏感以下区域、自然条件较好、经济较发达的地区,拟实施人类活动影响的全面有效控制,增强可持续发展能力。

  水环境保护分区相关数学方法主要包括生态因子叠置法、地理相关法、景观制图法等地图法,以及模糊聚类分析、主成分分析、灰色系统分析等数学分析法。本文主要采用较为直观、应用普遍、技术成熟的地图法。基于RS和GIS技术,选取流域生态环境影响因子,完成流域生态敏感性分析评价及水环境保护区划分。

  2.1生态敏感因子指标体系构建根据区域生态环境特征,参照指标筛选相关方法原则,建立分区的指标体系,以表征不同分区之间自然条件、生态敏感性等差异,为流域水环境保护分区提供基础。

  土地覆盖特征为关键因子,综合考虑库区自然环境特征、陆域生态服务功能需求等因素,在专家咨询和调研分析的基础上,确定分区指标体系,并对不同因子不同分区的生态敏感程度进行等级描述。其中,为便于在GIS分析功能中迅速获得计算结果,将生态敏感性等级描述转化为等级指数,等级指数值越高,生态敏感程度越高;反之亦然(表1)。三峡库区水环境保护分区指标主要选取水资源、植被、地形和自然文化4项。1)水资源。三峡水库是我国重要的战略备用水源地,具有的水动力学特征和水库调节方式,原有生态系统稳定性遭到破坏,并有可能使这种演变过程加速,表1三峡库区生态敏感性分析指标体系敏感因子指标等级划分等级指数值水资源缓冲区汉植被覆盖度林地中高汉草地中汉高地形坡度汉自然文化自然保护区、文化遗产区等禁缓冲区汉I:极度敏感即三峡库区的水资源、水环境比较敏感。2)植被。三峡库区植物资源丰富,对保护生态环境生物多样性具有重要意义。植被覆盖度大小决定了不同土地利用类型的植被因子敏感程度的高低。植被覆盖度越小,植被因子敏感程度越高。3)地形。三峡库区地形主要为山地、丘陵,地形因子较为敏感。4)自然文化。

  自然文化敏感区包括自然保护区、文化遗产区等禁止开发区及其缓冲区。其中,禁止及限制人类活动和开发利用的自然文化保护区域敏感程度较高,其他地区敏感程度较低。

  2.2权重的确定由于各敏感因子对生态环境的影响程度不同,因此在选取生态敏感因子的同时,需确定各敏感因子在指标体系中相应的权重。确定权重的方法较多,包括数学分析法(如主成分分析法、层次分析法、逐步回归法)、主观判断法(如专家咨询法)、经验判断法(如层次分析法、经验权数法、专家回归法)等。目前常用的方法是专家咨询法和层次分析法。该方法结合了定性和定量评价方法,较为科学可信,本文亦选取该方法。首先,采用专家打分法构造判断矩阵,再使用层次分析方法(AHP)确定因子权重。考虑到指标之间的相关性,对生态敏感性因子的选取不宜过细,因此层次分析法仅包括目标层和指标层。

  其中目标层包括水资源、植被、地形地貌和自然文化;指标层为各目标层的等级划分(表1)。终确定三峡库区生态敏感性分析中水资源因子、植被因子、地形地貌因子、自然文化因子的权重分别为0.3636、。

  2.3生态敏感性分析方法生态敏感性分析是开展分区的重要支撑,旨在识别不同地域生态敏感程度,支撑红-黄蓝保护区的划定。其主要采用生态因子叠置法,基于GIS技术方法,选取符合区域实际情况的生态敏感因子,计算三峡库区的综合生态敏感性指数值。按照生态敏感性指数值大小,将三峡库区分为5个等级:极高敏感区、高度敏感区、中度敏感区、轻度敏感区和不敏感区。其中,生态因子叠置法目前包括多因子加权求和法、因子叠加大值法等方法,考虑到三峡库区自然条件的复杂性,选取多因子加权求和法,计算公式如下:应的权重值;ESi为各单因子生态敏感性指数。单因子生态敏感指数的确定方法见表1,采用GIS的空三峡库区生态敏感性评价结果间分析、缓冲等功能实现空间赋值及可视化。

  3三峡库区水环境保护分区以三峡库区为研究区,首先开展库区流域的生态敏感性评价;再以评价结果为基础,针对不同敏感程度的各流域分区,结合三峡库区水环境特征与实地保护需求,完成红-黄蓝保护区划定和核定。其中,流域的极高敏感区划定为水环境保护红区;高度敏感区、中度敏感区划定为水环境保护黄区;轻度敏感区、非敏感区划定为水环境保护蓝区。生态敏感性评价结果及红-黄-蓝分区结果分别见和。分三峡库区水环境保护分区A:红区区基础图件资料包括1:25万地形图、矢量化并统一比例尺的行政区划图、土地利用类型图(30m)。

  划定的分区单元具有相似的生态系统结构和功能、相似的人类活动干扰程度、相似的生态敏感性等。不同分区单元体现了不同的保护目标和管理力度。根据各级政府管理实际,可从省、地市、区县的空间尺度进一步核定各级行政区的红-黄-蓝分区单元及其地理边界,支撑三峡库区省、地市、区县等各级政府的水环境保护。

  红区。红区面积2924km2,占三峡库区总面积的5.1,其中重庆辖区2338km2,湖北辖区586km2.该区以水域、自然保护区、文化遗产区、坡度在25°以上地区分布为主。其中,自然保护区、文化遗产区均集中于红区内,应禁止开发、重点保护。对于红区内其他生态敏感度较高区域,实施限制开发,严格保护基本农田,适度开发坡耕地,坡度25°以上土地禁止开发;根据国家相关政策,巩固和拓展实施封山育林、退耕还林,加大绿化带建设,防治水土流失和地质灾害;严格控制区域人口及土地开发规模;改善农业生产条件,加强农田基础设施建设,发展特色农业、生态农业;在重点保护区、饮用水水源地等区域禁止建设任何污染企业,已有污染企业立即关闭或搬迁;多方采取措施严格保护该区生态环境。

  黄区。黄区面积10477km2,占三峡库区总面积的18.4,其中重庆辖区8502km2,湖北辖区1975km2.该区地形以低山、丘陵为主,坡度15.以上土地面积比例较高。该区农村用地比例较大,耕地相对较多,是整个案例区范围的农业生产发达地区、重点生态保护建设地区,具有较大发展潜力;但随着人口规模增大和经济发展迅速,人地矛盾日渐突出,未来生态保护面临巨大挑战。该区可定位为现代集约高效农业发展区,但需注重控制发展规模;在保护耕地和基本农田的基础上,应推进农村居民点整理,适当增加建设用地,保证城镇发展的需求;强化土地立体开发利用,合理安排各行业用地,提高土地利用效率,优化经济发展;有控制地加快发展高新技术、循环经济和服务业等产业;加强生态建设,保证生态用地数量,保护生物栖息地,维护生态系统平衡。

  蓝区。蓝区面积43599km2,占三峡库区总面积的76.5,其中重庆辖区34038km2,湖北辖区9561km2.该区地势平缓,自然发展条件、基础设施条件良好,工业基础相对较好,具有较强的生态承载力,较适于人类生产、生活活动,是优化发展的核心区域之一。该区人口聚集,产业较发达,大量生活污染、工业污染和农业面源污染排放是研究区水环境质量保障的主要威胁。该区作为研究区的经济发展中心,应紧紧围绕区域经济发展的需求,推进城镇化发展,加强交通基础设施建设,建设成为宜居、宜商、宜旅游的多功能经济中心。同时,加强水体污染综合防治,包括完善城市污水收集基础设施、普及使用清洁能源、加强企业技术改进减少污染、加强对医疗和危险废弃物的收集和处置、提高绿化覆盖率等,终实现社会经济与环境保护的协调持续发展。

  4结论从大的空间尺度来看,我国幅员辽阔,地质、气候、土壤、水文等自然地理条件的经度、纬度地带性差异显著,东、中、西部地区社会经济发展不平衡,各地区环境承载力和面临的环境压力差异很大,分区管理的必要性不言而喻。从单个流域尺度来看,以大、中型水库为例,库区不同地域的人口规模、经济发展水平、土地利用状况、植被覆盖程度、与水域的位置(远近)关系不同,对人库水质影响存在显著差异。着眼生态环境特征分布和管理需求,实施流域水环境红-黄蓝分区保护,能够使保护定位更为明确、管理措施更具针对性和有效性,较适合我国国情和现阶段管理工作需要,为流域水环境管理提供了有效借鉴。

  三峡库区水环境保护分区综合考虑了区域生态环境特征、水体压力-向应特征的空间差异性,选用了生态因子叠置法、生态敏感性分析方法,将流域划分为水环境保护红区、水环境保护黄区和水环境保护蓝区3个管理分区。其中,水环境保护红区作为流域生态敏感性较高的区域,其管理以限制开发、重点保护为主;水环境保护黄区作为流域生态敏感性呈中度水平的区域,应实现和保证区域适度开发与环境保护相平衡;水环境保护黄区作为流域生态敏感性较轻区域或非敏感区域,需加快发展,加强开发利用,经济发展的同时也应重视水环境保护。可见,流域的红-黄-蓝三区划分,对重庆市、湖北省以及各区域的水环境管理工作具有重要的理论和实践意义。

  三峡库区水环境保护分区研究结果表明,利用GIS技术的空间分析、叠置分析、缓冲区分析等功能,使分区过程简单易操作,分区结果能实现空间可视化、地理边界定量化,在实际的分区管理执行中具有可操作性强、效率高等特点。然而,实际管理应用中,需注重区域相关管理部门意见,增加公众参与机制,进一步完善分区结果;充分考虑三峡库区的实际情况,根据实地调研、考察,检验分区结果的准确性和可操作性,为科学合理管理三峡库区流域、保障水库水环境安全提供支撑。

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