周志才， 張其成， 李冰瑤， 王衛(wèi)平

(河海大學 水文水資源學院， 江蘇 南京 210098)

1 研究背景

城區(qū)水域作為城市重要的基礎(chǔ)性資源和戰(zhàn)略性資源，可在城區(qū)防洪排澇、供水保障、環(huán)境美化、水生態(tài)景觀提升、水文化傳承等方面發(fā)揮多重效益。隨著城市化進程的快速推進，城區(qū)土地資源緊缺，建設(shè)空間和水域空間的矛盾加劇，進而導致城區(qū)水域及其保護空間受到擠壓和侵占。

近年來國內(nèi)外學者從多個角度對水域保護進行了相關(guān)研究。國外將水域空間規(guī)劃作為城市景觀規(guī)劃的重要內(nèi)容，現(xiàn)代水域空間規(guī)劃注重流域治理理念，以生態(tài)理論作為指導思想，將影響水域生態(tài)的湖泊、集水區(qū)、濱岸帶、濕地、植被等綜合納入考慮，以制定科學的規(guī)劃方案，有效恢復水域生態(tài)穩(wěn)定性[1-2]。Lee等[3]通過人工模擬實驗發(fā)現(xiàn)了不同寬度的復合綠化緩沖帶對泥沙、總氮、總磷等具有明顯的過濾和消減作用；Zandbergen[4]通過不同的透水面積、污染負荷、生物、水質(zhì)及公眾健康等指標評估，對城市化建設(shè)引起的河流水體生態(tài)風險影響進行探討，認為不同的透水面積、水質(zhì)、生物指標等是影響河流水體生態(tài)功能的主要因素；馬立珊等[5]將土地利用規(guī)劃與水域環(huán)境保護相結(jié)合，分析了面源污染對水域環(huán)境的影響及流域范圍內(nèi)水域管理與土地利用關(guān)系的協(xié)調(diào)問題；錢進等[6]利用層次分析法從生態(tài)穩(wěn)定性、環(huán)境有效性、經(jīng)濟可行性以及社會價值性4個方面構(gòu)建了河、湖濱岸緩沖帶適宜寬度的評價體系。

藍線規(guī)劃是城市規(guī)劃七線之一，是城區(qū)各級河、渠道用地規(guī)劃控制線，規(guī)劃范圍即為城區(qū)水域保護區(qū)，又稱河道藍線，具體包括河道水體的寬度、兩側(cè)綠化帶等，但城區(qū)水域由于受影響因素多，區(qū)域差異性大，而水域保護藍線劃定標準較為單一，未與水域周邊區(qū)域匯水特性相結(jié)合，其保護空間與水域管控實際需求難以匹配。針對此類實際問題，本文擬在前人研究基礎(chǔ)上，選取影響城區(qū)水域保護的主要因子，結(jié)合GIS空間疊加分析技術(shù)[7-9]，構(gòu)建城區(qū)水域保護評價體系，研判水域保護現(xiàn)狀，并進一步確定滿足實際需求的管控邊界。

2 城區(qū)水域保護劃界方法

城區(qū)水域的保護范圍劃定一方面是為降低人類活動和城市建設(shè)對水域空間的干擾，保障水域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，另一方面是保障河湖水體適宜寬度的濱岸緩沖帶，增強對入河污染物的過濾和吸附功能，提高濱水空間利用效率。

城區(qū)水域受多因素相互作用，本文主要研究兩類影響因子，一類為自然屬性因子，主要考慮水域等級與功能、水域濱岸緩沖帶和區(qū)域水面率需求等因素的影響；另一類為社會屬性因子，主要有水域匯水區(qū)功能分布和區(qū)域人口密度。城區(qū)水域保護劃界需統(tǒng)籌考慮此類影響因子的綜合效應(yīng)，建立科學的評價體系并分別確定各因子的賦值與權(quán)重，利用GIS空間疊加分析，評價城區(qū)水域保護現(xiàn)狀，并依據(jù)評價結(jié)果和因子權(quán)重系數(shù)，合理調(diào)整既有水域保護邊界。

2.1 城區(qū)水域保護劃界影響因子及賦值

2.1.1 水域等級與功能 水域重要性分級是水域重要的本底屬性，也是規(guī)劃河道藍線首要考慮因素，城區(qū)水域按重要性等級劃分為重要水域和一般水域。城區(qū)水域按功能屬性對水域保護的要求共劃分為4個等級，其中，提供水源功能對水質(zhì)和水量要求最高，然后依次為景觀、生態(tài)功能、防洪功能和排澇功能。結(jié)合評價區(qū)域水域?qū)嶋H，按照河道等級屬性與功能特質(zhì)對其進行水域保護評級賦分，分值最高為10分，分值越高，河道對應(yīng)的水域保護需求越高，對應(yīng)的保護力度越大。其中，多重功能復合型河道以最高要求功能進行賦值評價。

2.1.2 區(qū)域水面率差值比 區(qū)域水面率差值比是水域狀態(tài)研判的重要指標[10]，水面率差值比越大，表明分區(qū)水域功能負荷越重，因而水域保護需求越高。本文將現(xiàn)狀總水面率R總、現(xiàn)狀分區(qū)水面率Ri分別與區(qū)域綜合需求水面率R需作比較，考慮整體的同時分片區(qū)細化研究其與城區(qū)需求水面率間的差距，把握整體、突出重點地判讀水域現(xiàn)狀，作為水域劃界及水域管控要求制定的重要依據(jù)。

城區(qū)發(fā)展需求水面率R需由式(1)計算：

R需=max(R1,R2,R3,R4)

(1)

式中： R1、R2、R3、R4分別為區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展、行洪除澇、水景觀建設(shè)和水域生態(tài)維護的需求水面率。

(2)

式中： W為區(qū)域發(fā)展水資源需求總量，m3； H為區(qū)域平均水深，m； S為區(qū)域面積，m2。

H=a1H1+a2H2+a3H3

(3)

式中： a1、a2、a3分別為研究區(qū)水庫、河道和塘堰供取水系數(shù)， a1+a2+a3=1；H1、H2、H3分別為對應(yīng)平均水深，m。

(4)

水景觀建設(shè)、水域生態(tài)維護需求水面率R3、R4采用研究區(qū)域相關(guān)規(guī)劃數(shù)值進行整理估算的方法。

在分別計算R總、R需、Ri的基礎(chǔ)上，由公式(5)計算水面率差值比ri:

ri=(R需-Ri)/(R需-R總)

(5)

按照水面率差值比計算結(jié)果，對區(qū)域進行0～10分的評價賦分。ri<0時，現(xiàn)狀水面率高于需求水面率，水域滿足城區(qū)建設(shè)需求，受需求影響較弱，參照區(qū)域?qū)嶋H賦0～3分；0≤ri≤1時，區(qū)域水面率低于需求水面率，水域受一定需求壓力，賦4～6分；ri>1時，現(xiàn)狀水面率難以滿足城區(qū)建設(shè)需求，水域承載壓力大，參照區(qū)域?qū)嶋H賦予7～10分。

2.1.3 匯水區(qū)域功能分布 區(qū)域用地類型和功能分布一定程度上決定匯入河道的污染物質(zhì)及其對水域的威脅行為，是影響水域水質(zhì)健康和生態(tài)完整的重要因素。以區(qū)域功能對水質(zhì)的要求和水域的影響為判分依據(jù)，將其對水域保護的要求由高至低劃分為4個等級，依次為商業(yè)區(qū)與旅游風景區(qū)、住宅區(qū)、文教區(qū)和公共綠地。分值最高為10分，分值越高，說明區(qū)域功能對水域健康威脅越大，需求的保護管理力度越大。

2.1.4 水域濱岸緩沖帶建設(shè) 水域濱岸緩沖帶對水域保護具有重要作用，主要為以下3個方面：(1)降低地表徑流速度并對其中的顆粒態(tài)污染物起過濾和攔截作用；(2)植物吸收、土壤吸附溶解態(tài)的污染物；(3)促進氮的反硝化作用。參照國內(nèi)外濱岸緩沖帶研究成果，5m寬復合植被緩沖帶平均截留地表75%的輸入泥沙、55%的輸入氮、60%的輸入磷；10m寬復合植被緩沖帶平均截留地表85%的輸入泥沙、75%的輸入氮、80%的輸入磷；15m寬復合植被緩沖帶平均截留地表95%的輸入泥沙、94%的輸入氮、91%的輸入磷[6]。據(jù)此，對研究區(qū)域濱岸緩沖帶建設(shè)進行賦分評價，以單側(cè)復合緩沖帶>15m為最優(yōu)，能有效過濾和消減地表輸入水體的污染物質(zhì)，極大程度降低地表輸入對水域的威脅，結(jié)合實際賦0～3分；濱岸無緩沖帶，水體受地表污染物威脅最大，賦10分。

2.1.5 人口密度(需水量、生活污水量) 參照《城市建設(shè)規(guī)劃用地標準》，我國城市人口合理密度為0.952×104～1.175×104人/km2，故本文設(shè)定研究區(qū)域合理人口密度上限為1.2×104人/km2。人口密度超出合理上限值，區(qū)域需水量增加，灰塵、生活垃圾、生活污水等同步增加，人群需求與自然生態(tài)資源的平衡逐步被打破，城區(qū)水域空間承載密集人口帶來的壓力逐步增大。因此按區(qū)域人口密度進行影響因子賦分評價，人口密度>6.0×104人/km2時，對水域影響達到最大，賦10分。

依據(jù)影響因子不同特性和對水域不同影響程度，利用單因子分級評價法劃分各因子影響等級，并進行賦值，聯(lián)合層次分析法與專家打分法判定各因子權(quán)重，利用GIS工具對影響因子疊加分析，構(gòu)建水域保護賦分評價體系。

2.2 影響因子權(quán)重

本文通過專家打分法與層次分析法確定各個評價因子的權(quán)重系數(shù)[11-12]。

城區(qū)水域保護劃界影響因子(a、b、c、d、e)判斷矩陣為矩陣A：

采用幾何平均法公式(6)計算權(quán)重向量 ：

(6)

(7)

(8)

式中：CI(consistencyindex)為一致性指標； λmax為判斷矩陣最大特征值； RI為平均隨機一致性指標； CR(consistencyratio)為一致性比例。

利用公式(7)、(8)對判斷矩陣進行一致性檢驗計算，n=5，查表可知RI=1.12，計算得λmax=5.237，CI=0.059，CR=0.053<0.10，因而判斷矩陣的一致性可以接受。

計算獲得各影響因子權(quán)重系數(shù)如下：Wa=0.1296，Wb=0.0330，Wc=0.2638，Wd=0.5100，We=0.0636。

2.3 影響因子評價體系

將水域兩類影響因子及其對應(yīng)的影響權(quán)重導入GIS數(shù)據(jù)庫，結(jié)合GIS空間疊加分析工具，構(gòu)建水域保護影響因子評價體系，對水域保護現(xiàn)狀進行綜合評分，見表1。綜合評分0～4分，表明水域保護現(xiàn)狀較好，受區(qū)域輕度威脅；4～7分表明水域保護現(xiàn)狀一般，受區(qū)域中度威脅；7～10分表明水域保護現(xiàn)狀較差，受區(qū)域重度威脅。依據(jù)綜合評分對區(qū)域既有水域保護范圍進行調(diào)整，生成新的水域保護緩沖區(qū)，并與規(guī)劃藍線進行比對與融合，明確多因子綜合影響下的水域合理保護范圍。

3 案例研究

3.1 研究區(qū)概況

秦淮區(qū)位于南京市主城核心地帶南部，地理坐標為北緯32.02°，東經(jīng)118.80°。區(qū)域面積為49.11km2，下設(shè)12個街道行政區(qū)劃。研究區(qū)現(xiàn)有水域面積292.70hm2，水面率5.96%。主要分布有外秦淮河、內(nèi)秦淮河等20余條河道，河道總長度97.94km，河道密度1.30條/km2。

3.2 研究區(qū)水域賦分評價

研究區(qū)水域現(xiàn)狀的識別和統(tǒng)計是進行賦分評價的基礎(chǔ)。本文綜合水域自然屬性與社會屬性，結(jié)合水域空間與匯水區(qū)域進行細化識別，將19條重點河道劃分成35個河段，分別進行資料的收集和統(tǒng)計分析，輸入GIS軟件中，依據(jù)各影響因子賦分規(guī)則逐段評價賦分。

參考2014-2016年南京市水資源公報，秦淮區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展需求水資源總量W約為0.3×108m3，區(qū)域面積S為49.11km2，秦淮區(qū)水域平均水深H為5.03m，利用公式(2)計算獲得秦淮區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展需求水面率R1=12.14%；參考秦淮區(qū)水務(wù)局提供的2000-2015年多次洪水資料，結(jié)合區(qū)域現(xiàn)狀防洪排澇能力，R2計算中Q值取1 000m3/s，由公式(4)計算獲得秦淮區(qū)行洪排澇需求水面率R2=8.71%；參照《水生態(tài)文明指標體系》、《南京市生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃2013-2020》、《秦淮區(qū)水系綜合整治規(guī)劃2017-2030》等文獻中指標要求，本文分別設(shè)定水景觀功能[13-15]、水生態(tài)功能[16-17]需求水面率R3=9.0%、R4=8.5%。

表1 城區(qū)水域保護影響因子評價體系表

利用公式(1)計算獲得秦淮區(qū)水域綜合功能需求水面率為R需=12.14%，進而計算秦淮區(qū)各街道片區(qū)水面率差值比。秦淮區(qū)各街道片區(qū)水面率、人口密度統(tǒng)計計算結(jié)果見表2。

根據(jù)城區(qū)水域影響因子評價體系，利用GIS空間疊加分析，獲得秦淮區(qū)水域現(xiàn)狀保護評價結(jié)果，見表3、圖2。

表2 秦淮區(qū)各街道片區(qū)水面率、人口密度計算成果表

數(shù)據(jù)來源：秦淮區(qū)2015年統(tǒng)計年鑒。

從水域評價結(jié)果的圖2和表3中可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)大部分水域保護現(xiàn)狀不佳，普遍存在片區(qū)水面率不足、人口超負荷、濱岸緩沖帶建設(shè)與水域需求不匹配等現(xiàn)象，使水質(zhì)遭受污染威脅，水域生態(tài)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性遭到破壞，城區(qū)整體水域保護空間有待優(yōu)化。研究區(qū)有6條河段受到區(qū)域多影響因子綜合輕度威脅，22條河段受到中度威脅，7條河段受到重度威脅。

位于城區(qū)中心的水域受威脅程度普遍較重，如內(nèi)秦淮河中段、南段等，其水域保護空間小，濱岸緩沖空間帶寬僅為0～3m，過濾消減污染物質(zhì)效果不明顯，水域周邊人口密度大，達到5×104～6×104人/km2，為城區(qū)合理人口密度的4～5倍，用地類型復雜，商業(yè)、居住、景區(qū)用地混雜；位于城區(qū)邊緣的水域受威脅程度相對較輕，如外秦淮河、運糧河等，其重要性級別高，保護工作到位，濱岸緩沖空間帶寬大于20m，且植被覆蓋完善，能充分發(fā)揮濱岸帶的緩沖作用，水域周邊人口密度相對較低，平均為2.13×104人/km2，用地類型以公共綠地為主，兼有部分居住用地。

基于GIS空間疊加分析的因子評價體系較好地反映了秦淮區(qū)水域現(xiàn)狀健康程度，為科學合理地劃定水域保護空間奠定了基礎(chǔ)。

3.3 評價成果應(yīng)用

利用影響因子評價體系對秦淮區(qū)水域保護現(xiàn)狀作出判讀和評價后，本文逐一分析了各因子影響權(quán)重及調(diào)整的現(xiàn)實可行性，最終選擇優(yōu)化水域濱岸緩沖帶空間以提升城區(qū)水域保護工作。依據(jù)水域影響因子綜合評價體系評分結(jié)果和濱岸緩沖帶因子權(quán)重形成公式(9)，將公式(9)和水域現(xiàn)狀信息輸入GIS軟件，利用GIS緩沖區(qū)功能生成濱岸緩沖帶，同時考慮水域管理與緩沖帶施工的空間需求，利用GIS疊加和擦除功能，對軟件生成的緩沖區(qū)進行進一步優(yōu)化，形成了更為合理切實的水域保護濱岸緩沖帶建

設(shè)寬度，見圖3?；诖?，對秦淮區(qū)水域藍線規(guī)劃進行調(diào)整，劃定出滿足區(qū)域水域保護需求且濱水空間得以高效利用的水域保護邊界，見表4。

圖1 研究區(qū)概況圖

表3 秦淮區(qū)水域保護影響因子評價體系綜合評分表

圖2 秦淮區(qū)水域現(xiàn)狀多因子空間疊加評分圖

B評價=B現(xiàn)狀·(ai·Wd/10+1)

(9)

式中：B評價為評價體系建議緩沖帶建設(shè)寬度，m；

圖3 秦淮區(qū)水域濱岸緩沖區(qū)劃定成果圖

B現(xiàn)狀為水域現(xiàn)狀緩沖帶建設(shè)寬度，m； ai為水域綜合評分； Wd=0.5100。

表4 秦淮區(qū)水域保護邊界劃定成果表 m

從圖3與表4中可以看出，同一水域不同河段由于其周邊因子的影響程度不一，進而依據(jù)因子評價體系生成的濱岸緩沖寬度不一，反映了區(qū)段的實際條件和功能需求。對現(xiàn)狀沒有明確藍線寬度的水域，評價體系提出了明確的保護劃界寬度，如內(nèi)秦淮河南段保護邊界劃定為10～12m；受綜合影響強烈的水域，水域保護空間得到了較大的拓寬，如內(nèi)秦淮河中段由5m提升至12m；受綜合影響較弱、現(xiàn)狀保護比較到位的水域，水域保護劃界寬度有小幅的調(diào)整；部分河段藍線寬度超出水域保護需求，評價體系提出了縮小藍線范圍的建議，更為合理、高效地利用城區(qū)土地和空間資源，如響水河保護邊界由20m收縮至12m。

綜合來看，水域影響因子綜合評價體系能夠較為全面地反映水域保護現(xiàn)狀，契合區(qū)域?qū)嶋H與需求，劃定合理切實的水域保護邊界，提升水域保護效能，同時提高城區(qū)土地和空間的利用效率。

4 結(jié)論與展望

(1) 以秦淮區(qū)為例的城區(qū)水域保護劃界研究，按水陸區(qū)域的差異性將19條河道劃分為35個河段，選取綜合影響水域健康的自然屬性和社會屬性因子，采用層次分析法確定權(quán)重，借助GIS空間疊加分析，構(gòu)建水域影響因子評價體系，較為準確、客觀地判讀了秦淮區(qū)水域現(xiàn)狀。

(2) 基于水域影響因子評價結(jié)果，結(jié)合秦淮區(qū)水域藍線規(guī)劃，劃定了更為合理、切實的水域保護邊界，具有一定的針對性和科學性，能有效減少外界因素對水域健康和生態(tài)穩(wěn)定的干擾，強化水域的保護與管理，劃定方法可推廣至中、大尺度水域。

(3) 本文選取了共5大水域影響因子進行綜合評價和分析，隨著城市化進程的加快，城區(qū)水域面臨的威脅因子數(shù)量同步增加，且各影響因子間的相互作用將日趨復雜，下一步研究可以擴充評價體系的因子數(shù)量，并融入因子間的相互關(guān)系，完善和優(yōu)化水域影響因子評價體系。

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