EN中文

自然资源学报 >

2022 , Vol. 37 >Issue 12: 3102 - 3117

DOI: https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20221206

其他研究论文

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
展开
  • 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
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:

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:

收稿日期: 2021-10-20

  修回日期: 2022-01-24

  网络出版日期: 2022-12-28

基金资助

中国科学院战略性先导科技专项A(XDA20010301)

收起

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

  • ZHOU Gugang-jin , 1, 2 ,
  • TONG Ya-li 3 ,
  • WANG Ling-qing 1, 2 ,
  • CHI Hai-long 4 ,
  • ZHU Xin-hong 4 ,
  • LIANG Tao , 1, 2
Expand
  • 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 date: 2021-10-20

  Revised date: 2022-01-24

  Online published: 2022-12-28

Fold

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

本文引用格式

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 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20221206

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

水不仅是联系山水林田湖草生命共同体的纽带性要素[1]，也是保障区域可持续发展的战略性资源。我国水资源时空分布不均，水资源短缺已成为制约诸多城市发展的因素之一。水资源的可持续性与水生态空间密切相关[2]。解决水问题，需要从整个水生态系统角度，科学划定水生态空间和水生态保护线，维护其核心结构和服务功能，增强水生态系统的韧性。
水生态系统保护已成为近年来相关管理部门及学者关注和研究的热点。2011年国务院发布了《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，围绕水资源过度开发、粗放利用、水污染严重等突出问题，制定了用水总量控制、用水效率控制和水功能区限制纳污的三条红线，但在空间上对水生态系统的保护范围缺乏指导[3]。2017年生态环境部和国家发改委联合公布了《生态保护红线划定技术指南》[4]，成为全国生态保护红线划定的主要技术依据[5]，指南中提供了水源涵养和水土保持等评价方法，但未系统性考虑其他水生态系统服务功能，特别是缺少对水质净化、水文调蓄、文化景观等功能空间的识别[6]。2018年水利部主导的河湖管理范围划定，重点关注水体及岸线，但未考虑水源涵养、水土保持等陆域水生态系统功能[3]。不少学者也开展了相关领域的研究。欧阳志云等[7]将水生态系统的服务功能划分为提供产品、调节功能、文化功能和生命支持功能四大类。邓伟等[2]论述了水生态空间研究的基础理论，提出水生态空间分类体系，并分析了东辽河流域地表水生态空间的演化分异。尚文绣等[8]提出了水生态保护红线框架体系和分级方法。张建永等[9]阐述了水生态保护红线有关概念，提出水生态保护红线类型，明确了水生态保护红线划定原则和技术流程。总体来说，已有研究主要集中在水生态空间分区方法[10]、功能与分类[11]、管控体系[12]等方面，但存在水生态空间的内涵、分类、功能等不一致[13]，水生态空间范围划定技术有差异，水生态保护的系统性和协同性考虑不充分等问题，对于国土空间规划中水生态空间管控支撑不够[14]。
我国正处于规划体系改革的窗口期，旨在建立新的国土空间规划体系[15]，水资源及其空间载体作为国土空间规划的主要控制要素和重要规划对象，迫切需要从水生态系统的整体性和系统性出发，衔接多个涉水规划，融合各部门的管控要求，实现“多规合一”[16]。本文拟构建多维度、多目标协同下的城市水生态空间和保护线划定方法，为国土空间规划中涉水生态格局的优化和管控提供依据，同时也可为城市水生态系统的保护和修复提供参考[17,18]。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

济南市南依泰山，北跨黄河，地处鲁中南低山丘陵与鲁西北冲积平原的交接带上，地势南高北低，因泉水众多而被称为“泉城”（图1）。但济南市水资源短缺且时空分布不均，人均水资源量211 m3/人，远低于山东省369.7 m3/人和全国平均水平2238.7 m3/人[19]。按国际水资源管理研究所（International Water Management Institute，IWMI）和联合国教科文组织（United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization，UNESCO）提出的水资源参考标准（地区人均年水资源量少于1700 m3为水紧张警戒线，少于1000 m3为缺水警戒线[20]），济南市属于“严重缺水”的城市，可见水资源保护对“泉城”济南意义重大。
图1 济南市水系图

Fig. 1 The rivers distribution of Jinan city

1.2 数据来源

本文收集了研究区地貌数据、水系数据、各类保护地、气象数据、水资源相关规划、土地利用数据等（表1），通过ArcGIS软件进行空间化处理，统一数据格式和坐标系。
表1 数据类型及来源

Table 1 Types and sources of data

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
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

1.3 研究方法

1.3.1 内涵界定

水生态空间（Water Eological Space，WES）是水资源形成、迁移、转化、发生的场所和载体基质[2]，并为人类直接提供水生态产品和服务，是维护水体健康可持续利用的必要空间范围。考虑到水生态系统的尺度，土壤水、植物水、大气水等微观水生态空间暂未考虑，本文界定的水生态空间（表2）主要包括江、河、湖、库、湿地和蓄滞洪区等宏观显性储水场所，以水陆交错为主的岸线空间，以及与保护水资源数量和质量相关联的涉水陆域空间。
表2 水生态空间基本类型、内涵及研究思路

Table 2 Basic types, connotation and ideas of water ecological space

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
根据千年评估工作组（Millennium Ecosystem Assessment，MA）提出的生态系统服务功能分类方法[21,22]和研究区域特点，将水生态系统服务功能分为水供给服务功能、水调节服务功能、水支持服务功能、水文化服务功能、名泉保护功能[3,9]。通过水生态系统服务功能评价识别完整的水生态空间，水生态空间内涵按照下面公式来界定：
S W E S = M a x [ S g j , S t j , S z c , S w h , S m q ]
式中：SWES为水生态空间；Sgj为水供给服务空间；Stj为水调节服务空间；Szc为水支持服务空间；Swh为水文化服务空间；Smq为名泉服务空间。
水生态保护线（Water Ecological Protection Line，WEPL）是指水生态空间范围内具有特殊重要生态功能、必须强制性严格保护的区域，是保障和维护区域水生态安全的底线与生命线[3,9]。在水生态空间界定结果基础上，结合水生态系统的基本功能，按照一定的底线约束条件（即保障水生态系统各项服务功能的最小承载空间）综合划定水生态保护线（表3），具体内涵按照下面公式来界定：
S W E P L = ∑ i = 1 n C i ⋂ S i
式中：SWEPL为水生态保护线；Ci为底线约束条件；Si为水生态系统第i类生态功能空间。
表3 水生态保护线划定方法

Table 3 Delimitation method of water ecological protection line

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

注：（1）参考双评价技术指南的生态保护重要性评价中的阈值设定，斑块集中度分级如下：好：≥2 km2；较好：1~2 km2；中等：0.5~1 km2；较差：0.25~0.5 km2；差：<0.25 km2。（2）河湖重要性判别方法具体如下，河流重要性判别方法：综合干支流、防洪标准、生态功能、水环境目标等判定，将河流重要性分为重要、较重要、中等重要、一般重要。初始等级为一般重要，① 若河流为干流，则重要性升1级。② 若河流为防洪标准100年一遇，则重要性升2级；50年一遇升1级。③ 若河流为相关规划中确定的生态廊道或建有省级以上湿地公园，则重要性升 1级。④ 连接水源地的河流重要性升1级。⑤ 黄河直接作为最高等级。湖库重要性判别方法：综合面积大小、连通性、水环境目标等综合判定，将湖库重要性分为重要、较重要、中等重要、一般重要。① 面积分级：重要：面积≥1 km2；较重要：0.5 km2≤面积<1 km2；中等重要：0.1 km2≤面积<0.5 km2；一般重要：面积<0.1 km2。② 连通性修正：如湖库与重要和较重要河流直接联通，湖库重要性升1级。③ 水环境目标修正：如湖库与位于水源地保护区、水环境优先保护区，则湖库重要性升1级。

1.3.2 总体技术框架

生态空间和生态保护红线是国土空间规划实现优化用地格局的重要途径，本文的水生态空间和水生态保护线与其有类似的理念，是为实现水生态系统保护的进一步细化和扩展。在相关研究的基础上，从水生态系统视角出发，按“保护优先、系统分析、统筹协调、底线管控”的原则[33]，重点探索四个方面的集成：一是水生态系统在水域、陆域及水陆交错区域的空间集成；二是水安全、水环境、水生态、水文化等多个保护目标的集成；三是水生态系统在供给服务、调节服务、支持服务、文化服务、名泉服务五种核心功能的集成；四是相关规范或各类规划等约束条件的集成，从而在保护目标、空间布局、服务功能、管控要求上达到“多规合一”，以保障水生态系统健康安全和经济社会可持续发展。总体研究框架如图2。
图2 水生态空间和水生态保护线总体框架

Fig. 2 The research framework of water ecological space and water ecological protection line

1.3.3 集成过程

水生态系统是山水林田湖草生命共同体的重要组成部分，且往往水资源丰富的区域，人为活动也较为频繁。要防止河湖水域被侵占、维护河湖健康稳定、实现水生态系统有效管控，需要科学划定水生态空间和保护线，才能发挥水生态保护线对水生态系统保护与利用的底线作用。
水生态空间集成过程和步骤如下：（1）水生态系统服务功能单项评价。首先在千年评估工作组提出的生态系统服务功能分类方法基础上，结合研究区域特点进行补充或细化，综合确定水生态系统主要服务功能，然后针对各项服务功能开展单项评价。（2）将各单项评价集成叠加。在单项评价的基础上采用最大值法进行空间叠加，即取水供给服务空间、水调节服务空间、水支持服务空间、水文化服务空间、名泉服务空间的并集（即去除不同类型服务功能的相互重叠区）作为水生态空间的初判结果。（3）结合自然边界进行修正。合理删除独立细小斑块，依据自然地理地形或生态系统完整性对边界进行合理修正。
水生态保护线的集成过程和步骤如下：（1）优先将生态保护线划定指南中确定与水生态系统相关的禁止开发区纳入保护线，包括饮用水水源地的一级保护区、湿地公园等各类涉水自然保护地、水产种质资源保护区的核心区、国家一级公益林、水源涵养极重要区、水土保持极重要区等。（2）多维度构建保障水生态系统服务功能的底线约束条件。综合考虑资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南（试行）[28]、河湖岸线保护与利用规划编制指南（试行）[34]、市级国土空间总体规划编制指南（试行）[35]等技术要求，充分衔接国土空间规划、水源地保护规划、名泉保护规划、水环境功能区划、河道岸线管理规划、防洪排涝规划等相关规划成果，从水安全、水环境、水生态、水文化多个维度构建底线约束条件，并在水生态空间单项评价的基础上，识别保障水生态系统各类服务功能的最小承载空间。（3）针对水生态系统各项服务功能将（1）和（2）进行空间叠加，分别获得水生态系统各个服务功能的保护范围。（4）将各单项评价集成叠加。即在单项评价的基础上采用最大值法进行空间叠加，即取水供给服务保护线、水调节服务保护线、水支持服务保护线、水文化服务保护线、名泉服务保护线的并集作为水生态保护线的初判结果。（5）结合自然边界和斑块集中度开展修正评价，考虑水生态系统的系统性和整体性，尤其是水域、湿地、湖库的连通性，对初判结果按照50 m进行图斑聚合处理，根据斑块面积确定斑块集中度等级，删除斑块集中度差和较差的斑块（水源地一级保护区、自然保护地、水产种质资源保护区的核心区、国家一级公益林除外），并依据自然地理地形或生态系统完整性对边界进行合理修正。

1.3.4 具体技术路线

本文从水生态系统的整体性和系统性出发，利用ArcGIS空间分析技术从保护目标、空间布局、服务功能、管控要求等多维度集成划定水生态空间和水生态保护线。具体技术路线如下（图3）。
图3 水生态空间和水生态保护线技术路线

Fig. 3 The technical route delimiting water ecological space and water ecological protection line

2 结果分析

依据本文提出的技术方法，按照“保护优先、系统分析、统筹协调、底线管控”的原则，首先对水供给服务空间、水调节服务空间、水支持服务空间、水文化服务空间和名泉服务空间进行单项评价，然后采用最大值法将各项评价结果进行空间叠加，再进行修正处理获得水生态空间和水生态保护线范围。如图4所示。
图4 不同服务生态空间和生态保护线划定结果

Fig. 4 Delimitation results of water ecological space and water ecological protection line

2.1 水生态空间和保护线划定结果

由图5可知，济南市水生态空间面积为3307.5 km2，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%，水生态空间和水生态保护线两者的保护范围有明显差异。其中，名泉服务功能空间和保护线差异最大，划入比例不足40%，主要是名泉保护规划中划定的禁止建设区和限制建设区，由于考虑强渗漏带及地下水补给等水文过程，范围中包含大片现状建成区和永久基本农田。其次是水调节服务功能和水供给服务功能。水文化服务功能和水支持服务功能的生态空间与保护线差异较小，划入保护线比例超过95%，其中，水文化服务空间中的景观廊道及湿地公园保护区均是相关规划确定重要的生态廊道或水文化休闲空间，应予以重点保护；水支持服务空间主要分布于南部山区，这是济南市生态安全格局中最重要的生态源地，故划入比例较高。从空间分布上来看，小清河流域和玉符河流域是济南市水生态系统服务功能最重要的承载区域，尤其是水供给功能和水支持功能的主要分布区，其次是赢汶河流域、牟汶河流域和北大沙河流域，海河流域、南大沙河流域及其他小流域生态空间和保护线面积较小。
图5 水生态空间和水生态保护线划定结果

Fig. 5 Delimitation results of water ecological space and water ecological protection line

2.2 多维度视角下的空间分布特征

（1）水、陆、岸维度下的空间分布特征
水生态空间是水域、岸线和陆域空间共同耦合而成的完整空间系统。本文将土地利用类型中河流、湖泊、水库作为水域空间，结合河湖重要性在水域空间两侧分别划定20~50 m缓冲区作为滨岸带空间（参照生态保护红线划定指南中的河湖滨岸带保护宽度推荐值，重要：50 m；较重要：40 m；中等重要：30 m；一般重要：20 m），湿地作为滨岸带空间，其他区域作为陆域空间。根据评价结果（表4），济南市水生态保护线和水生态空间陆域空间占比最大，均超过了80%，表明陆域空间是水生态系统服务功能的重要组成部分，尤其是要水源涵养、水土保持等空间应作为水生态过程的重要一环加以保护。水域空间划入水生态保护线比例最高，划入比例为74.4%，基本涵盖了主要河流和湖库，有利于形成网络化的水生态空间，滨岸带的划入比例最少，不足10%，岸线空间是相对脆弱的水陆过渡带，其范围同时受到水域与陆域边界的影响，由于城镇建设和农业生产等人为活动大量挤占滨岸带空间，导致河道束窄、湿地丧失、区域生态环境退化，空间管控亟需开展。
表4 不同维度下水生态空间和水生态保护线空间分布特征

Table 4 Spatial distribution characteristics of water ecological space and water ecological protection line

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
（2）不同保护目标维度下的空间分布特征
水安全、水环境、水生态、水文化是相互联系、相互作用的有机整体，多目标协同是实现“人水和谐”发展的根本途径，加强这些承载空间的保护是有效推进水生态文明建设的基础。根据划定结果（表5），济南市水安全保护空间1100.1 km2，包括主要饮用水源地等水资源供给和水文调蓄等水安全空间，其中560.5 km2划入水生态保护线；水环境保护空间828.0 km2，主要包括承载净化水体等功能的水域及滨岸带，其中326.0 km2划入水生态保护线；水生态保护空间2384.4 km2，包括生物多样性、水源涵养、水土保持、名泉保护等生态空间，其中将1789.8 km2划入了水生态保护线；水文化空间包括名泉观赏、生态廊道、湿地公园等涉水文化休闲区域，面积为196.9 km2，其中将194.4 km2划入水生态保护线。综合来看，济南市划入保护线比例较低的是水源地供给空间、水质净化空间，主要原因是水源地保护区内有约432 km2的耕地和建设用地，河湖缓冲区也受到人为活动的挤压和侵占，济南市保障水安全和改善水环境等保护目标上面临较大压力。
表5 不同保护目标下水生态空间和水生态保护线空间分布特征

Table 5 Spatial distribution characteristics of water ecological space and water ecological protection line

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
（3）不同服务功能维度下的空间分布特征
从水生态系统服务功能上来看（表6），济南市水供给服务和水支持服务空间最大，无论水生态空间还是水生态保护线均超过1200 km2，且两者保护线范围上重叠区域近70%，主要分布于南部山区。该区域植被覆盖度较高，森林、草地等通过对降水进行截留、渗透、蓄积，起到缓和地表径流、补充地下水、减缓河流流量等作用，实现对水流、水循环的调控。同时森林、草地等对水蚀所导致的土壤侵蚀也有明显削弱作用，故两者空间范围上重叠度较高。这些区域属于多重功能复合区，一旦受损，将导致水生态系统多种服务功能的退化，济南市多重复合功能区面积约1733.9 km2，81.6%区域划入了水生态保护线。水调节服务空间和名泉服务空间主要维护水文调蓄、水质净化、地下水补给等功能，保护线面积约分别是352.7 km2和322.5 km2，且主要分布在小清河流域，由于济南市中心城区主要位于该流域，故该区域也是水安全、水环境和名泉保护的重要区域。水文化服务保护线面积最小，仅为196.9 km2，从水文化服务空间的面积和分布来看，水生态系统在景观、文化方面尚有很大潜力需要挖掘，通过进一步提供内容丰富、形式多样的水文化产品和服务，满足广大人民群众日益增长的精神文化需求。
表6 不同服务功能维度下水生态空间和水生态保护线空间分布特征

Table 6 Spatial distribution characteristics of water ecological space and water ecological protection line

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

2.3 水生态系统保护存在问题及对策

（1）水生态系统保护面临较大压力
水生态空间内存在38%的非生态用地，表明水生态系统保护与人类生产生活冲突风险较大，济南市水生态系统保护面临较大压力（表7）。此外，水生态保护线内占比最大的并非水域生态系统，而是森林生态系统，面积为1260.9 km2，占比为63.3%；其次才是水域生态系统264.1 km2，占比为13.2%。由此可见，仅仅关注水体本身难以实现水生态系统的有效保护，而森林生态系统对减少径流、降低土壤侵蚀量、削减洪水、净化水体等生态过程具有重要修复作用，保护这些森林资源是维护水源涵养、水土保持、水质净化等生态系统功能必然要求。保护线内非生态用地主要是农田生态系统，其中园地面积最大，约202.1 km2，占比约10%；其次是耕地占比约1.9%，建设用地占比不足1%。虽然耕地和建设用地面积占比不大，但斑块数量占到全部斑块数量的54%，非生态用地的扩展和增加加剧了水生态系统的形态破碎化，使斑块边缘效应增强，极大程度上减弱了生态系统服务功能，尤其使内部生态环境质量显著下降。
表7 水生态保护线内景观结构

Table 7 Landscape structure of water ecological protection line

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
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
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
（2）对水生态系统的系统性和完整性考虑不足
由于水生态系统涉及多种保护目标和多项服务功能，其保护工作往往存在部门交叉、标准不一、权责不明、范围不清等问题，尤其是对水生态系统的结构和功能保护缺乏系统性、整体性考虑，济南市也不例外。济南市生态保护红线主要考虑了水源涵养和水土保持等功能，将约70%的水源涵养保护线和90%的水土保持保护线纳入了生态保护红线，但对雨洪调蓄、水质净化、地下水回补等调节功能的保护考虑不足，难以实现水安全和水环境等保护目标。此外，本文划定的水生态保护线中水域和湿地面积为263.1 km2，但现行生态保护红线中河流红线仅85.6 km2，划入比例仅占32.5%；赢汶河、牟汶河、玉符河、北大沙河、巨野河等均未划入，而这些区域具有重要的水文调蓄功能，是城市安全的保障线，也是生态安全格局中的重要廊道，河流红线的系统性和完整性需进一步提高。
（3）充分衔接三区三线，实施分级分类管控
水生态空间和水生态保护线在概念内涵和保护目标上均不相同，水生态空间是水生态系统完整性保护提出的维持生态—水文过程的场所，水生态保护线是保障水生态系统核心服务功能和维持水生态系统健康稳定的最小承载空间，两者分别是生态空间和生态保护红线的重要组成部分，生态保护红线的划定要充分考虑水生态系统的连续性和完整性，从多维度充分吸纳和衔接相关涉水规划及各部门的管控要求。水生态空间和水生态保护线的管控也应区别对待，分级管控。水生态保护线作为禁止建设区，按照坚持“分类管控、从严管控”的原则，参考生态保护红线的管理要求，逐步腾退对水生态系统功能有严重影响的人为活动，优先开展生态修复工程；其他水生态空间按照“功能管控、用途引导”的原则，限制水生态空间内的开发建设活动，强化水生态空间的功能维护，进一步优化水生态空间格局。

3 结论与讨论

本文基于“山水林田湖草是生命共同体”的生态文明理念，综合评价了水资源供给服务、调节服务、支持服务、文化服务等水生态保护系统类型，基于多维度、多目标构建了水生态空间划定方法，明确了水生态保护线的底线约束条件，并以济南市为例进行了实证研究。结果表明，水生态空间面积为3307.5 km2，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，水陆交错的滨水岸线是水生态系统最脆弱的区域，水源地供给空间、水质净化空间划入保护线的比例较低，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，水供给服务和水支持服务空间面积较大，水文化空间还有很大潜力有待挖掘。此外，济南市水生态保护线内有12.8%非生态用地，加剧了水生态系统的破碎化和边缘效应，使水生态系统保护面临较大压力。现行生态保护红线对水生态系统连续性和整体性考虑不足，水生态空间和保护线应进一步融入“三区三线”的成果，有利于实现保护目标、空间布局、服务功能、管控要求的“多规合一”，保障水生态系统的可持续发展。
本文提出的技术方法弥补了生态环境部《生态保护红线划定指南》中仅考虑水源涵养和水土保持的不足，从水生态系统系统性和完整性角度出发，不再就水论水，通过水、陆、岸三类空间的集成、多个保护目标的集成、多项核心功能的集成以及多种约束条件的集成，综合划定了水生态空间和保护线，为济南市国土空间规划“三区三线”划定提供支撑。本文虽然对水生态空间和保护线的划定做了一些探索性工作，但在功能类型、指标选取、定量评价方面还有待进一步深入和完善。一是水生态系统涉及服务功能类型多样，划定指标体系有待进一步完善。如水生态系统的供给功能，本文仅涵盖了水源地和和水源涵养等涉及水资源供给方面的功能，但对水利发电、内陆航运、水产品生产等供给功能考虑不足。二是地上地下统筹和衔接仍需加强。水生态系统除了涉及水域、陆域及滨岸带外，地下水保护也是重要内容之一，但受资料限制，本文对地下水的考虑主要集中在名泉保护区域，空间上未达到全市域覆盖，对地下水补给、地下水超采等水文过程并未全面考虑，且地下水的保护往往与地上空间的开发利用存在矛盾和冲突，迫切需要地上地下统筹考虑。三是定量评价方法的选择需结合地域特点进一步优化。如水土保持功能评价生态保护红线划定指南和双评价技术指南分别提供了不同方法，需要结合地域特点进行选择和优化。四是阈值的设定尚存在一定争议。如识别水质净化空间时本文结合管控要求和河湖重要性设置30~200 m缓冲区，缓冲距离设置与保护目标、周围景观类型等密切相关。斑块集中度的判别阈值随尺度大小、地域不同而不同，并无统一标准。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
[1]
王浩, 胡鹏. 水循环视角下的黄河流域生态保护关键问题. 水利学报, 2020, 51(9): 1009-1014.

[ WANG H, HU P. Key issues of ecological conservation in the Yellow River Basin from a water cycle perspective. Journal of Hydraulic Engineering, 2020, 51(9): 1009-1014.]

[2]
邓伟, 严登华, 何岩, 等. 流域水生态空间研究. 水科学进展, 2004, 15(3): 341-345.

[ DENG W, YAN D H, HE Y, et al. Study on ecological storeroom of water in the watershed. Advances in Water Science, 2004, 15(3): 341-345.]

[3]
俞孔坚, 王春连, 李迪华, 等. 水生态空间红线概念、划定方法及实证研究. 生态学报, 2019, 39(16): 5911-5921.

[ YU K J, WANG C L, LI D H, et al. The concept, methodology and a case study in defining the ecological redline for the hydro-ecological space. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(16): 5911-5921.]

[4]
环境保护部. 生态保护红线划定指南(环办生态[2017]48号). 2017.

[ Ministry of Environmental Protection.. Guidelines for the delineation of the red line for ecological protection (Eco group of the office of the Ministry of Environmental Protection [2017]48th). 2017.]

[5]
张雪飞, 王传胜, 李萌. 国土空间规划中生态空间和生态保护红线的划定. 地理研究, 2019, 38(10): 2430-2446.

DOI

[ ZHANG X F, WANG C S, LI M. Demarcating ecological space and ecological protection red line under the framework of territory spatial planning. Geographical Research, 2019, 38(10): 2430-2446.]

DOI

[6]
王晓红, 张梦然, 史晓新, 等. 水生态保护红线划定技术方法. 中国水利, 2017, (16): 11-15.

[ WANG X H, ZHANG M R, SHI X X, et al. Technical methods for defining redlines for aquatic ecological protection. China Water Resources, 2017, (16): 11-15.]

[7]
欧阳志云, 王如松, 赵景柱. 生态系统服务功能及其生态经济价值评价. 应用生态学报, 1999, 10(5): 635-640.

[ OUYANG Z Y, WANG R S, ZHAO J Z. Ecosystem services and their valuation. Chinese Journal of Applied Ecology, 1999, 10(5): 635-640.]

[8]
尚文绣, 王忠静, 赵钟楠, 等. 水生态红线框架体系和划定方法研究. 水利学报, 2016, 47(7): 934-941.

[ SHANG W X, WANG Z J, ZHAO Z N, et al. Framework and delimitation study of aquatic ecological red-line. Journal of Hydraulic Engineering, 2016, 47(7): 934-941.]

[9]
张建永, 杨晴, 王晓红, 等. 水生态保护红线类型与划定技术路径. 中国水利, 2017, (16): 6-10.

[ ZHANG J Y, YANG Q, WANG X H, et al. Types of redlines for aquatic ecological protection and technical routes of defining. China Water Resources, 2017, (16): 6-10.]

[10]
刘星才, 徐宗学, 张淑荣, 等. 流域环境要素空间尺度特征及其与水生态分区尺度的关系: 以辽河流域为例. 生态学报, 2012, 32(11): 3613-3620.

[ LIU X C, XU Z X, ZHANG S R, et al. Scale analysis of environmental factors and their relationship with the size of hierarchical aquatic ecoregion: A case study in the Liao River Basin. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(11): 3613-3620.]

DOI

[11]
王斌, 张彪, 王建锋, 等. 太湖流域水生态系统服务及其空间差异. 水土保持通报, 2011, 31(2): 215-221.

[ WANG B, ZHANG B, WANG J F, et al. Water ecosystem services and their spatial variability in Taihu Basin. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2011, 31(2): 215-221.]

[12]
文宇立, 谢阳村, 徐敏, 等. 构建适应新国土空间规划的流域空间管控体系. 中国环境管理, 2020, 12(5): 58-64.

[ WEN Y L, XIE Y C, XU M, et al. Study on construction of watershed ecology and environment spatial management system under the new territory development planning. Chinese Journal of Environmental Management, 2020, 12(5): 58-64.]

[13]
杨晴, 张梦然, 赵伟, 等. 水生态空间功能与管控分类. 中国水利, 2017, (12): 3-7, 21.

[ YANG Q, ZHANG M R, ZHAO W, et al. Function of ecological storeroom of water and its classification for management and control. China Water Resources, 2017, (12): 3-7, 21.]

[14]
周侃, 樊杰, 盛科荣. 国土空间管控的方法与途径. 地理研究, 2019, 38(10): 2527-2540.

DOI

[ ZHOU K, FAN J, SHENG K R. Research on methods and approaches of spatial governances. Geographical Research, 2019, 38(10): 2527-2540.]

DOI

[15]
郝庆, 彭建, 魏冶, 等. “国土空间”内涵辨析与国土空间规划编制建议. 自然资源学报, 2021, 36(9): 2219-2247.

[ HAO Q, PENG J, WEI Y, et al. The connotation of territory and the suggestions of drawing up spatial planning in the New Era. Journal of Natural Resources, 2021, 36(9): 2308-2319.]

DOI

[16]
张年国, 王娜, 殷健. 国土空间规划“三条控制线”划定的沈阳实践与优化探索. 自然资源学报, 2019, 34(10): 2175-2185.

[ ZHANG N G, WANG N, YIN J. Shenyang's practice and optimizing exploration of "Three Control Lines" in territorial spatial planning. Journal of Natural Resources, 2019, 34(10): 2175-2185.]

DOI

[17]
彭建, 吕丹娜, 董建权, 等. 过程耦合与空间集成: 国土空间生态修复的景观生态学认知. 自然资源学报, 2020, 35(1): 3-13.

[ PENG J, LYU D N, DONG J Q, et al. Processes coupling and spatial integration: Characterizing ecological restoration of territorial space in view of landscape ecology. Journal of Natural Resources, 2020, 35(1): 3-13.]

DOI

[18]
岳文泽, 吴桐, 王田雨, 等. 面向国土空间规划的“双评价”: 挑战与应对. 自然资源学报, 2020, 35(10): 2299-2310.

[ YUE W Z, WU T, WANG T Y, et al. "Double evaluations" for territorial spatial planning: Challenges and responses. Journal of Natural Resources, 2020, 35(10): 2299-2310.]

DOI

[19]
中华人民共和国水利部. 2020年中国水资源公报. www.mwr.gov.cn/sj/tjgb/szygb/202107/t20210709_1528208.html 2021-07-09.

[ Ministry of Water Resources of the People's Republic of China. Water Resources Bulletin in China (2020). www.mwr.gov.cn/sj/tjgb/szygb/202107/t20210709_1528208.html 2021-07-09.]

[20]
贾绍凤, 张军岩, 张士锋. 区域水资源压力指数与水资源安全评价指标体系. 地理科学进展, 2002, 21(6): 538-545.

[ JIA S F, ZHANG J Y, ZHANG S F. Regional water resources stress and water resources security appraisement indicators. Progress in Geography, 2002, 21(6): 538-545.]

DOI

[21]
赵同谦, 欧阳志云, 王效科, 等, 中国陆地地表水生态系统服务功能及其生态经济价值评价. 自然资源学报, 2003, 18(4): 443-452.

[ ZHAO T Q, OUYANG Z Y, WANG X K, et al. Ecosystem services and their valuation of terrestrial surface water system in China. Journal of Natural Resources, 2003, 18(4): 443-452.]

[22]
赵同谦, 欧阳志云, 郑华, 等. 中国森林生态系统服务功能及其价值评价. 自然资源学报, 2004, 19(4): 480-491.

[ ZHAO T Q, OUYANG Z Y, ZHENG H, et al. Forest ecosystem services and their valuation in China. Journal of Natural Resources, 2004, 19(4): 480-491.]

[23]
李萌, 王传胜, 张雪飞. 国土空间规划中水源涵养功能生态保护红线备选区的识别. 地理研究, 2019, 38(10): 2447-2457.

DOI

[ LI M, WANG C S, ZHANG X F. Identification of the candidate areas of ecological protection red lines based on water conservation function in territory spatial planning. Geographical Research, 2019, 38(10): 2447-2457.]

DOI

[24]
吕一河, 胡健, 孙飞翔, 等, 水源涵养与水文调节: 和而不同的陆地生态系统水文服务. 生态学报, 2015, 35(15): 5191-5196.

[ LYU Y H, HU J, SUN F X, et al. Water retention and hydrological regulation: harmony but not the same in terrestrial hydrological ecosystem services. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(15): 5191-5196.]

[25]
许乙青, 喻丁一, 冉静. 基于流域协同的国土空间雨洪安全格局构建方法. 自然资源学报, 2021, 36(9): 2335-2349.

[ XU Y Q, YU D Y, RAN J. Watershed-based policy integration approach to constructing territorial rainstorm flood safety pattern. Journal of Natural Resources, 2021, 36(9): 2335-2349.]

DOI

[26]
马孟枭, 张慧, 高吉喜, 等, 生物多样性维护生态保护红线划定方法对比. 生态学报, 2019, 39(19): 6959-6965.

[ MA M X, ZHANG H, GAO J X, et al. Different methods comparison of delineating the ecological protection red line for biodiversity conservation. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(19): 6959-6965.]

[27]
张全国, 张大勇, 生物多样性与生态系统功能: 最新的进展与动向. 生物多样性, 2003, 11(5): 351-363.

DOI

[ ZHANG Q G, ZHANG D Y. Biodiversity and ecosystem functioning: Recent advances and trends. Biodiversity Science, 2003, 11(5): 351-363.]

DOI

[28]
中华人民共和国自然资源部. 资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南(试行). http://gi.mnr.gov.cn/202001/t20200121_2498502.html 2020-01-19.

[ Ministry of Natural Resources of the PRC. Technical guide for assessment of resources and environment carrying capacity and suitability of land and space development (Trial). http://gi.mnr.gov.cn/202001/t20200121_2498502.html 2020-01-19.]

[29]
王丽霞, 高吉喜, 申文明, 等. 基于生态保护红线区识别的水土保持区划分. 环境生态学, 2021, 3(1): 1-9.

[ WANG L X, GAO J X, SHEN W M, et al. Soil and water conservation regionalization based on identification of ecological protection redline area. Environmental Ecology, 2021, 3(1): 1-9.]

[30]
孙然好, 孙龙, 苏旭坤, 等. 景观格局与生态过程的耦合研究: 传承与创新. 生态学报, 2021, 41(1): 415-421.

[ SUN R H, SUN L, SU X K, et al. Coupling study of landscape pattern and ecological process: Inheritance and innovation. Acta Ecologica Sinica, 2021, 41(1): 415-421.]

[31]
何萍, 贾俊艳, 侯利萍, 等. 借鉴国际经验保护滨水生态空间. 环境保护, 2014, 42(11): 64-66.

[ HE P, JIA J Y, HOU L P, et al. Using international experience to protect waterfront and riparian area. Environmental Protection, 2014, 42(11): 64-66.]

[32]
朱强, 俞孔坚, 李迪华. 景观规划中的生态廊道宽度. 生态学报, 2005, 25(9): 2406-2412.

[ ZHU Q, YU K J, LI D H. The width of ecological corridor in landscape planning. Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(9): 2406-2412.]

[33]
苏聪文, 邓宗兵, 李莉萍, 等. 中国水生态文明发展水平的空间格局及收敛性. 自然资源学报, 2021, 36(5): 1282-1301.

[ SU C W, DENG Z B, LI L P, et al. Spatial pattern evolution and convergence of water eco-civilization development index in China. Journal of Natural Resources, 2021, 36(5): 1282-1301.]

DOI

[34]
中华人民共和国水利部. 河湖岸线保护与利用规划编制指南(试行). http://hhs.mwr.gov.cn/axgl/201907/P020190705588813140581.pdf 08.

[ Ministry of Water Resources of the PRC. Guidelines for planning the Protection and Utilization of River and Lake Shorelines (Trial). http://hhs.mwr.gov.cn/axgl/201907/P020190705588813140581.pdf 2019-04-08.]

[35]
中华人民共和国自然资源部. 市级国土空间总体规划编制指南(试行). http://gi.mnr.gov.cn/202009/t20200924_2561550.html 2020-09-22.

[ Ministry of Natural Resources of the PRC. Guidelines for the preparation of municipal land and space master planning (Trial). http://gi.mnr.gov.cn/202009/t20200924_2561550.html 2020-09-22.]

Options
文章导航

/

〈 〉