国土空间规划中水生态空间及保护线的多维识别技术与应用

doi:10.31497/zrzyxb.20221206

自然资源学报 ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (12): 3102-3117.doi: 10.31497/zrzyxb.20221206

国土空间规划中水生态空间及保护线的多维识别技术与应用

周广金¹^,²(), 童亚莉³, 王凌青¹^,², 迟海龙⁴, 朱昕虹⁴, 梁涛¹^,²()

1．中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室，北京 100101
2．中国科学院大学，北京 100049
3．北京市科学技术研究院城市安全与环境科学研究所，北京 100054
4．济南市规划设计研究院，济南 250101

收稿日期:2021-10-20 修回日期:2022-01-24 出版日期:2022-12-28 发布日期:2022-12-13
通讯作者: 梁涛（1970- ），男，辽宁沈阳人，博士，研究员，博士生导师，研究方向为环境地理学。E-mail: liangt@igsnrr.ac.cn
作者简介:周广金（1984- ），男，山东邹城人，博士研究生，研究方向为生态地理。E-mail: 26739053@qq.com
基金资助:
中国科学院战略性先导科技专项A(XDA20010301)

Multi-dimensional identification technology and application of water ecological space and protection line in the territorial spatial planning

ZHOU Gugang-jin¹^,²(), TONG Ya-li³, WANG Ling-qing¹^,², CHI Hai-long⁴, ZHU Xin-hong⁴, LIANG Tao¹^,²()

1. Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3. Institute of Urban Safety and Environmental Science, Beijing Academy of Science and Technology, Beijing 100054, China
4. Jinan City Planning and Design Institute, Jinan 250101, China

Received:2021-10-20 Revised:2022-01-24 Online:2022-12-28 Published:2022-12-13

摘要/Abstract

摘要：

水资源短缺制约了很多城市的发展，而水资源的可持续利用潜力与承载能力与水生态空间密切相关。综合考虑水生态空间的系统性和完整性，以济南市为例界定了水生态系统的功能属性，明晰了水生态空间和水生态保护线的基本概念，利用GIS空间分析技术，并协同多种涉水规划，集成水生态系统的复杂功能，提出了水生态空间和水生态保护线划定技术方法，对于城市水生态系统保护及优化国土空间格局具有重要支撑作用。研究结果表明：济南市水生态保护线面积为1992.2 km²，水生态保护线面积仅占水生态空间的60.2%，两者的保护范围有明显差异。从不同维度表征了济南市水生态系统保护空间的分布特点，其中，陆域空间是保障水生态系统服务功能的重要组成部分，滨水岸线是水生态系统最脆弱的区域，水文化空间还有很大潜力有待挖掘，济南市在保障水安全和改善水环境等保护目标上面临较大压力。

关键词: 水资源, 水生态空间, 水生态保护线, 国土空间规划

Abstract:

The urban development is mainly restricted by the shortage of water resources. The potential of sustainable utilization and carrying capacity of water resources are closely related to the water ecological space. Taking Jinan as an example, this research clarified the basic definition of water ecological space and water ecological protection line by comprehensively considering the systematism and integrity of water ecosystem; defined the functional attributes of water ecosystem; proposed the technical methods for identifying water ecological space and water ecological protection line, based on various water-related plans and integrating complex water ecosystem functions, and the Geographic Information System (GIS) spatial analysis technology. This research can help to protect urban water ecosystem and optimize territorial spatial pattern. The results show that the area of water ecological space in Jinan is 3307.5 km², and the area of water ecological protection line is 1992.2 km², accounting for only 60.2% of water ecological space. There are obvious differences between the two protection scopes. From a multi-dimensional perspective, the protection of water ecosystem presents different characteristics. Specifically, territorial space is an important part in ensuring the service function of water ecosystem; waterfront is the most vulnerable area of water ecosystem; and there is still great potential for water cultural space to be tapped. Jinan is under great pressure to protect water security and improve water environment.

Key words: water resources, water ecological space, water ecological protection line, territorial spatial planning

周广金, 童亚莉, 王凌青, 迟海龙, 朱昕虹, 梁涛. 国土空间规划中水生态空间及保护线的多维识别技术与应用[J]. 自然资源学报, 2022, 37(12): 3102-3117.

ZHOU Gugang-jin, TONG Ya-li, WANG Ling-qing, CHI Hai-long, ZHU Xin-hong, LIANG Tao. Multi-dimensional identification technology and application of water ecological space and protection line in the territorial spatial planning[J]. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2022, 37(12): 3102-3117.

图/表 12

图1

表1

表2

水生态空间基本类型、内涵及研究思路

类型	子类型	内涵	研究思路
水生态空间	水资源供给服务空间	主要考虑水源涵养和饮用水源地保护等生态过程，保障区域生态、生产、生活用水需求	水源涵养空间包括水源涵养功能极重要区和重要区，采用水量平衡方程计算水源涵养量，以此评价生态系统水源涵养功能的相对重要程度^[23]，将累积水源涵养量高的前50%区域确定为极重要区，将累积水源涵养量高的前80%区域确定为重要区；饮用水源地主要包括水源地保护规划确定的各级保护范围
	水调节服务空间	主要考虑水文调蓄和水质净化等生态过程，保障水安全和水环境等功能空间	水文调蓄空间包括土地利用类型中的现状河流、湖泊、水库、湿地等及水务部门划定的河湖管理范围、防洪规划中确定的行洪河道、蓄滞洪区等，这些区域对地表径流具有重要调节作用，缓解水资源供需的时空差异，同时发挥调洪性能，保障防洪安全^[24,25]；水环境功能空间包括现状河流、湖泊、水库、湿地及两侧各30~200 m缓冲区（其中，优先保护区内：200 m；生活和工业污染重点管控区内：100 m；一般管控区内：30 m；水源地各级保护区内或河流、湖泊、水库湿地重要性等级高：200 m）；因为除河湖本身外，两侧缓冲区是水生态系统与陆地生态系统相互作用生态交错带，具有明显的边缘效应。在河流两岸设置一定宽度的缓冲区可起到分蓄和削减洪水、净化水体等功能
	水支持服务空间	主要考虑生物多样性和水土保持等生态过程，保护野生动植物的生存环境，保持景观的自然特征，防止水土流失，保障农业生产和生态环境的土壤条件	生物多样性功能空间包括各类涉水自然保护地、国家二级以上公益林、水产种质资源保护区、面积≥10 hm²的河流、湖库和湿地，其中，自然保护地是野生动物重要栖息地；国家公益林是生态区域极为重要或极为脆弱的区域，对生态安全和生物多样性维护具有重要作用；水产种质保护区是对于保护水产种质资源及其生存环境；重要水系和湿地水土保持功能空间一般是鸟类或两栖类重要的栖息空间、觅食空间和繁殖空间^[26,27]；水土保持功能空间包括水土保持极重要区和重要区，通过生态系统类型、植被覆盖度和地形特征的差异，评价生态系统土壤保持功能的相对重要程度^[28,29]。将坡度≥25°且植被覆盖度≥80%的森林、灌丛和草地确定为极重要区；此范围外，将坡度≥15°且植被覆盖度≥60%的森林、灌丛和草地确定为重要区
	水文化服务空间	主要保障水景观服务功能，为人类提供良好的生活休闲空间等^[30,31]	水文化功能空间通过衔接国土空间规划、湿地公园规划、生态修复专项规划、风景名胜区等相关规划，将规划确定的生态廊道、涉水风景名胜区、湿地公园（按照相关规划确定的宽度，如规划中无明确要求按照200 m控制^[32]）
	名泉服务空间	包括山体保护、地下水补给、渗漏等水生态过程	名泉服务空间包括名泉保护规划确定直接补给区、强渗漏区等限制建设区、山体保护区等禁止建设区

表2

表3

水生态保护线划定方法

类型			底线约束条件	水生态保护线
水供给服务功能	水生态	水源涵养空间	① 水源涵养极重要区 ② 多重功能复合区，且为斑块集中度中等以上的生态用地（生态用地指林地、草地、水域和湿地，下同）	① 水源涵养极重要区 ② 水源涵养重要区与水源地保护区的功能复合区及水源涵养与水土保持双重要区，且斑块集中度中等以上生态用地 ③ 水源涵养重要区内的国家二级以上公益林
水供给服务功能	水安全	饮用水源地空间	① 水源地一级保护区 ② 多重功能复合区，且为斑块集中度中等以上的生态用地	① 水源地一级保护区 ② 二级保护区和准保护区内的河湖管理线或坡度≥25°区域或国家二级以上公益林 ③ 二级保护区和准保护区内的水源涵养重要区或水土保持重要区，且为斑块集中度中等以上的生态用地
水调节服务空间	水安全	水文调蓄空间	① 重要蓄滞洪区 ② 防洪标准50年以上河流和湖库 ③ 水利部门划定的河湖管理线 ④ 河湖重要性等级	① 黄河周边蓄滞洪区（非合法建设用地和基本农田） ② 防洪标准50年以上河流和湖库 ③ 划定的河湖管理线 ④ 河湖重要性等级为高或较高
水调节服务空间	水环境	水质净化空间	① 斑块集中度中等以上的生态用地 ② 水质极高敏感区（I类）和高敏感区（Ⅱ类）	① 水质净化空间范围内斑块集中度中等以上的生态用地 ② 水环境功能区划中确定的水质目标I类和Ⅱ类的河流、湖库等
水支持服务空间	水生态	生物多样性空间	① 省级以上涉水自然保护地 ② 水产种质资源保护区核心区 ③ 国家一级公益林 ④ 面积≥50 hm²河流、湖库和湿地	① 省级以上各类涉水自然保护地、水产种质资源保护区核心区、国家一级公益林 ② 面积≥50 hm²的河流、湖库和湿地
水支持服务空间	水生态	水土保持空间	① 水土保持极重要区 ② 多重功能复合区，且为斑块集中度中等以上的生态用地	① 水土保持极重要区 ② 水土保持重要区和水源地保护区的复合功能区或水土保持和水源涵养双重要区，且为斑块集中度中等以上生态用地 ③ 水土保持重要区和国家二级以上公益林的复合功能区
水文化服务空间	水文化	文化服务空间	① 省级以上湿地公园 ② 生态廊道保护范围	① 省级以上湿地公园 ② 生态廊道保护范围内且斑块集中度中等以上的生态用地
名泉服务空间	水生态	名泉服务空间	① 禁止建设区且非基本农田 ② 多重功能复合区，且为斑块集中度中等以上的生态用地	① 禁止建设区且非基本农田 ② 限制建设区与水源涵养或水土保持或国家二级以上公益林的复合区，且为斑块集中度中等以上的生态用地

表3

图2

图3

图4

图5

表4

表5

表6

表7

参考文献 35

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数据类型	数据名称	数据格式	数据来源
行政区划	济南市行政区划	矢量	济南市自然资源和规划局
地貌数据	DEM数据	30 m×30 m栅格	地理空间数据云
重要保护区	2020年各类保护地、饮用水源地和水系	矢量数据	济南市自然资源和规划局
气象数据	气象站点	矢量数据	中国科学院资源环境数据中心
气象数据	1980—2015年年均降雨量	1 km×1 km栅格
土地利用	2020年土地利用数据	30 m×30 m栅格	中国科学院资源环境数据中心
相关规划	济南市国土空间规划（2020—2035年）	报告	济南市自然资源和规划局
	济南市生态修复专题（2020—2035年）	报告	济南市自然资源和规划局
	济南市名泉保护规划（2019版）	报告	济南市水务局
	济南市防洪除涝规划（2009—2020年）	报告	济南市水务局
	济南市生态环境保护“十三五”规划	报告	济南市环保局
统计数据	2020年统计年鉴	报告	济南市统计局

水陆分类	水生态空间/km²	水生态保护线/km²	划入保护线的比例/%
水域	351.3	261.3	74.4
陆域	2750.1	1711.2	62.2
滨岸带	206.1	19.7	9.6
合计	3307.5	1992.2	60.2

保护目标	水生态空间/km²	水生态保护线/km²	划入保护线的比例/%
水安全	1100.1	560.5	28.1
水环境	828.0	326.0	16.4
水生态	2384.4	1789.8	89.8
水文化	196.9	194.4	9.8
相互重叠区	1201.9	878.5	73.1
合计	3307.5	1992.2	60.2

服务功能	水生态空间/km²	水生态保护线/km²	划入保护线的比例/%
水供给服务功能	1851.5	1268.0	68.5
水调节服务功能	828.1	352.7	42.6
水支持服务功能	1314.9	1269.3	96.5
水文化服务功能	196.9	194.4	98.7
名泉服务功能	850.0	322.5	37.9
相互重叠区	1733.9	1414.7	81.6
合计	3307.5	1992.2	60.2

生态系统类型	土地利用类型	斑块数量/个	面积/km²	占保护线总面积的比例/%
农田生态系统	耕地	90877	38.4	1.9
农田生态系统	园地	49716	202.1	10.1
森林生态系统	林地	23755	1260.9	63.3
草地生态系统	草地	9107	188.0	9.4
水域生态系统	水域	4725	261.3	13.1
水域生态系统	湿地	192	2.8	0.1
城镇生态系统	建设用地	17641	15.3	0.8
其他	未利用地	5045	23.5	1.2

国土空间规划中水生态空间及保护线的多维识别技术与应用

Multi-dimensional identification technology and application of water ecological space and protection line in the territorial spatial planning

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