045北京市水生态分区及保护与修复对策初探

北京市水生态分区及保护与修复对策初探杨舒媛魏保义张晶王军【摘要】本文从水生态分区的定义出发，明确了其研究范围、对象以及目的意义。

本文基于北京市关键的水生态环境问题，在全国及北京市已有规划的基础上，根据市域范围内的自然地理、河流水系、土地利用类型以及关键水生态服务功能类型，依据北京市自身特点选取三级分区指标体系，按照聚类分析和专家判断相结合的分区方法，合理划分北京市水生态三级分区并针对不同分区的现状水生态问题提出重要水生态环境保护对象及保护目标以及综合水生态保护与修复对策，并试图探索分区对城市发展空间布局、用地性质等控制要求。

【关键词】水生态分区；水生态保护与修复；城市发展；北京市当前北京市域水生态环境问题突出，地下水严重超采，河道干涸断流、湿地萎缩、水污染不断加剧，在全市范围内迫切需要建立一套适合分区管理的科学体制，以遏制日益恶化的水生态危机。

北京市水生态分区是针对北京市水生态系统保护和修复的需要而提出的，其目的主要是通过研究水生态系统状况和影响因素，掌握和识别各个分区的水生态问题，分析人类活动对水生态系统的影响，揭示生态系统和水循环之间的关系，以便采取合适的措施和管理方法进行水生态系统的保护和修复工作，提出对城市发展用地类型和空间布局的控制要求，指导北京市及各区县的城市规划发展。

1.水生态分区定义水生态分区旨在依据自然属性、社会经济属性及流域、区域的差异性特征，划分具有相似的水生态系统或相似的潜在水生态功能的区域，识别区域性水生态问题，制定分级、分类的水生态管理政策和管理措施，为区域水生态环境保护与水资源开发提供决策依据，更重要的是，本次研究从水生态保护与修复的角度出发，引导城市发展建设，为合理规划城市空间用地性质、布局提供依据，统筹协调水环境同土地开发利用的关系，可为城市空间有序拓展提供指引，合理引导开发建设行为。

2.水生态分区研究综述随着社会经济的高速发展和人口的快速增长，生态系统和水资源承受着越来越多的压力，同时，随着社会的进步和人们认识水平的提高，人们越来越关注生态系统和水资源问题，为了实现人与自然和谐相处，迫切需要对生态系统和水资源进行合理的利用、保护和修复，其工作的研究、管理、评估、监测等需要一个合适的空间单元。

目前，相关研究主要集中在两个方面——不同类型的水系统分区和生态系统分区。

水生态分区是综合生态系统分区和水系统分区两种区划标准划定的空间单元，主要用于区域水生态系统的研究和保护。

水生态区划可作为生态区划的一类。

Omernik将生态系统分区的方法用于水生态系统，其理念日益被人们接受，并在水质管理中得到了广泛应用，美国联邦环保局USEPA据此提出了美国水生态的区划方法，澳大利亚、加拿大以及欧盟等国家和组织也逐步将水生态区划用于水生态系统管理中。

美国联邦环保局（USEPA）在1987年提出了美国的水生态区划（Aquatic Ecoregions）方案，通过对影响或反应水生态系统分异性的生物和非生物因素的进行分析能够对水生态系统进行划分，美国USEPA水生态区划便是基于这一理念。

这些因素包括地质、地形、植被、气候、土壤、土地利用、野生生物和水文。

水生态分区的基本理念最初源于Omernik在水生态系统方面的生态分区思想，指具有相对同质的水生态系统或生物及其环境，且在同一个区划内在物理、化学和生物特征方面没有太大的差别的土地单元。

Omernik的方法基于土壤、自然植被、地形和土地利用等指标，将具有相对同质的淡水生态系统或生物体，及其与环境相关的土地单元划分为同一生态区[1~4]。

USEPA对水生态分区进行了分级，第一级是最粗的分级，北美一共包括15个生态区；第二级将其分为了50个小区；第三级将美国大陆划分为182个生态区；第四级在第三级的基础上进一步划分，现在美国大部分州已经进行了第四级水生态分区。

在进行第三级区划时，四个区域的环境因子被认为对水生态系统影响最大，分别为当前的土地利用类型、土壤、地形和自然植被。

每一个因子都有相应的类型分布图，通过对这四个因子的类型分布图进行叠加比较分析，能初步确定水生态分区。

USEPA水生态分区方法主要是定性分析，在分区过程中使用了专家评判法，不断地对相关因子进行选择、分析、归类。

专家评判法在分区过程中是必要的，因为许多因子是相互作用、相互关联的，因此很难运用定量的方法进行分区[5~6]。

USEPA的水生态系统分区方法被加拿大、澳大利亚等国家发展并应用。

澳大利亚运用了USEPA分区方法中的两个最主要的核心思想：选择区域的相关环境因子和专家评判法。

在选择因子时，需选择对水生态系统影响最大的因子，而且在不同的尺度，其影响因子也不同。

因而水生态系统分区时一个关键的问题就是确定合适的尺度和这一尺度上对应的影响因子。

各个因子的选择需要专家的认真评选。

在澳大利亚维多利亚州进行水生态系统分区时，主要选择了三个因子：气候（降水的丰枯程度和季节性）、地相学（海拔和地形）、植被（组成和结构），这三个因子被认为是影响维多利亚州水生态系统结构的最主要因子。

根据这些因子将维多利亚州划分为17个区。

澳大利亚水生态系统分区和美国USEPA的分区方法还是略有区别的，首先，所选择的因子没有包括土壤和土地利用类型，因为在维多利亚州这两个因子的边界和降水、地相以及植被的边界比较相近。

更主要的区别在于两者研究的细致程度不同，美国USEPA的分区是一个长期项目，因而对各个分区有更为细致的表述和实际踏勘结果。

而澳大利亚维多利亚州的水生态分区相对较粗，主要用于对水生态系统的情况进行评估[7]。

在国内，孟伟等在辽河流域所做的水生态分区，在辽河流域采用了二级分区。

一级区考虑水文条件，主要通过径流深度将其划分为丰水区、多水区、少水区和缺水区4种类型。

在一级分区的基础上，进一步对地貌、土壤、植被类型、土地利用等因子空间特征进行分析，分别制定流域的地貌分区、土地利用分区和土壤分区专题图。

然后，叠加各个指标的专题划分结果，通过定性分析与专家判断相结合的方法对二级区的边界进行初步确定。

最后，再次叠加小流域、水库节点分布图以及湖泊湿地分布图于二级分区结果图上，结合流域数字高程模型、起伏状况等辅助信息，通过专家判断对二级分区边界再次进行调整，并最终划定二级水生态区[8]。

3.北京市水生态分区划定目前，国内外在国家及区域层面都进行了许多生态分区的尝试，也有许多成功的案例。

本次研究即沿用了水利部水利水电规划设计总院在《全国主要河湖水生态保护与修复规划》中提出的水生态分区的概念，在全国尺度水生态分区划定的基础上，率先在全国省市级层面划分北京市水生态分区，是对上位规划技术规范的传承，但又从北京的实际情况出发，是对水生态分区理论和方法的继承和发扬。

本次研究依据了全国及北京市已经颁布或批复的上位规划[9~17]，同已有法律法规、部门规章及技术标准规范等相一致，遵照已有规程开展此次规划研究。

按照北京市三级水生态分区的总体设计，一级分区主要与全国水生态分区体系衔接，一级分区和二级分区强调自然环境因子对水生态系统格局的影响，所以一级和二级分区是以自然环境因子为基础的区划；三级分区强调水生态系统服务功能格局，是以主导水生态服务功能为基础的区划。

一级、二级水生态分区基本思路（见图1）是：首先根据生态系统内在的客观规律，利用逻辑推理的方法从众多自然环境因子中筛选分区指标，在确定分区指标体系的基础上，通过空间数据叠加分析，采用自上而下划分的方法定量划分一级和二级分区；三级水生态分区的基本思路是首先确定北京市主要的水生态系统服务类型，参考《北京市限建区规划》的成果，考虑城市发展限制用地，制作各类型专题图，与二级分区结果叠加完成三级分区。

最后，对分区结果的正确性进行校验。

图1 北京市水生态分区流程图3.1北京市水生态分区指标选取结果北京市生态系统为中尺度生态系统，一级区与全国水生态分区衔接，选择地形为分区指标，以100m等高线为界划分为两个区域；二级区考虑植被自然因素和平原区土地利用方式，反映植被、土地利用等要素对水生态系统的影响；三级区将人类影响因素结合进来，从区域的水生态系统服务功能出发，考虑了人类对水生态系统的干扰过程以及水生态系统所表现出来的敏感性。

北京市各级分区指标如表1所示。

表1 北京市分区体系和分区指标3.2分区方法本次研究主要选用了图层叠加的定性分析法以及“自下而上”的聚类分析方法进行水生态分区划分，并最终结合专家等人为判定对分区边界进行调整。

综合分析方法如图2所示。

（1）专题图层叠置分析法。

所需的专题图包括：北京市水资源分区图，DEM，植被类型分布图，土壤类型分布图，地貌分布图，用地规划图，地表水源保护区分布图，北京市地下水源保护区分布图等。

（2）合并法（又称“自下而上”聚类分析方法。

）以空间水生态特征相似性为基础，按区域间相对一致性和共扼性依此向上合并。

主要用于三级分区。

（3）专家判断法。

通过专家判断对分区边界进行调整。

图2 北京市水生态三级分区方法3.3三级分区结果 3.3.1水生态一级分区水生态一级区（见图3）按照北京市自然地理特征进行分区。

考虑到北京市地处华北东部温带亚湿润气候类型区，全市降雨、气温等气候条件的差异较小，主要关键生态环境影响因子为地形条件。

依据地形特征（100米等高线）划分成山区及平原。

北京市水生态一级分区中，山区面积9973.4km 2，占北京市面积的60.8%；平原区面积6342.3 km 2，占北京市面积的39.2%。

3.3.2水生态二级分区依据植被分布和用地情况划分二级区，在一级区的基础上共划分5个水生态二级区：山区林灌区、山区农田区、山区城镇建成区、平原区农田区和平原区城镇建成区，见图4和表2。

表2 北京市水生态二级区名称与特点图3 北京市水生态一级分区图图4 北京市水生态二级分区图3.3.3水生态三级分区在水生态二级分区的基础上，依据二级区内重要的水生态环境问题及关键的水生态功能进一步划分水生态三级区。

根据《北京城市总体规划（2004~2020年）》和《北京市限建区规划》时掌握的水源保护、土地沙化等基础数据，利用三级区嵌套二级区的方法，在5个水生态二级分区的基础上划分三级区。

其中，西部山区和北部山区的主导水生态服务功能为地表水源涵养，平原区的主导水生态服务功能为地下水保护，中心城和新城的主导水生态服务功能为景观休闲。

共划分24个水生态三级区，见图5和表3。

表3 北京市水生态三级区名称4.关键水生态环境问题及保护与修复对策参考文献[1] Omernik, J. M., 1995. Ecoregions: A Spatial Framework for Environmental Management.Jo: Biological Assessment and Criteria: Tools for Water Resource Planning and Decision Making[M]. Lewis Publishers, Boca Raton, Florida.[2] Omernik, J. M., A. R. Abernathy, and L. M. Male, 1981. Stream Nutrient Levels andProximity of Agricultural and Forest Land to Streams: Some Relationships[J]. Journal of Soil and Water Conservation 36(4):227-231.[3] Omernik, J. M. and C. F. Powers, 1983. Total Alkalinity of Surface Waters A NationalMap[C]. Annals of the Association of American Geographers 7.1(l):133-136.[4] Omernik, J. M. and G. E. Griffith, 1991. Ecological Regions Versus Hydrological Units:Frameworks far Managing Water Quality[J].Journal of Soil and Water Conservation46(5):334-340.[5] USEPA,Map Layer Info. Omernik's Level I Ecoregions of the Continental United States./mld/ecoomrp.html；[6] USEPA,Map Layer Info. Omernik's Level II Ecoregions of the Continental United States./mld/ecoomrp.html；[7] Australian and New Zealand Environment and Conservation Council(ANZECC)，Anexamination of an aquatic ecoregion protocol for Australia, Report, 1997,12.[8] 孟伟,张远,郑丙辉.辽河流域水生态分区研究[J]. 环境科学学报,2007,27(6):911~918；[9] 国务院．2010．北京：全国主体功能区划[R].[10] 环境保护部．2008．北京：全国生态功能区划[R].[11] 北京市环保总局.2004.北京：北京城市总体规划（2004~2020年）——北京共轭生态规划研究[12] 北京市城市规划设计研究院.2006. 北京：北京市限建区规划.[13] 中华人民共和国水利部．2002．北京：中国水功能区划(试行) [R]．[14] 国家环境保护总局．北京：全国地表水环境功能区划[R]．[15] 水利水电规划设计总院．2002．北京：全国水资源综合规划技术大纲[R]．[16] 北京市规划委员会.2004.北京：北京城市总体规划（2004~2020年）.[17] 北京市环保总局.2012.北京：北京市主体功能区规划》（2010~2020年）作者简介：杨舒媛（1984- ），女，硕士研究生，北京市城市规划设计研究院工程师。