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        GIS 在城市生態(tài)環(huán)境空間管控中的實(shí)踐與探索

        2021-10-28 06:32:20姚利鵬秦海旭楊琳俞欣劉春蕾
        能源與環(huán)境 2021年5期
        關(guān)鍵詞:紅線南京市環(huán)境保護(hù)

        姚利鵬 秦海旭 楊琳 俞欣 劉春蕾

        (南京市生態(tài)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 江蘇南京 210013)

        0 引言

        工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快,使得城市生態(tài)空間不斷被蠶食,資源和環(huán)境逐漸成為制約我國城市未來可持續(xù)發(fā)展的瓶頸因素,生態(tài)環(huán)境保護(hù)與城市開發(fā)建設(shè)之間相互制約的問題亟待解決[1]。長期以來,由于規(guī)劃功能定位的限制,環(huán)境保護(hù)規(guī)劃及措施在空間上不落地,環(huán)境對城市長遠(yuǎn)發(fā)展和空間布局的約束和引導(dǎo)有限[2]。黨的十八屆三中全會《中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問題的決定》提出“建立空間規(guī)劃體系,劃定生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間開發(fā)管制界限,落實(shí)用途管制”,環(huán)境保護(hù)工作開始注重并強(qiáng)調(diào)空間落地管控。

        近年來,各省、市在嚴(yán)格劃定生態(tài)保護(hù)紅線、試點(diǎn)編制城市環(huán)境總體規(guī)劃、探索環(huán)境保護(hù)規(guī)劃參與“多規(guī)合一”、構(gòu)建落實(shí)“生態(tài)保護(hù)紅線、環(huán)境質(zhì)量底線、資源利用上線和環(huán)境準(zhǔn)入負(fù)面清單”(簡稱“三線一單”)等方面的工作均可視為環(huán)境保護(hù)工作在落實(shí)生態(tài)環(huán)境空間管控上的探索和具體實(shí)踐。本文在梳理生態(tài)環(huán)境空間管控的重點(diǎn)內(nèi)容基礎(chǔ)上,剖析南京市在實(shí)踐生態(tài)環(huán)境空間管控上的探索,以期為城市尺度上生態(tài)環(huán)境空間管控技術(shù)實(shí)踐提供參考。

        1 生態(tài)環(huán)境空間管控需求日益增大

        隨著生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn),國家對生態(tài)環(huán)境空間管控越來越重視。擁有大量監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的環(huán)境保護(hù)工作面臨巨大挑戰(zhàn)和機(jī)遇,城市規(guī)劃和國土規(guī)劃領(lǐng)域日益重視生態(tài)環(huán)境。城市迅速發(fā)展和國土開發(fā)的提速,對完善和系統(tǒng)化生態(tài)環(huán)境空間管控的需求越來越緊迫[3]。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布系列技術(shù)指南(表1),指導(dǎo)、探索生態(tài)環(huán)境空間管控技術(shù)實(shí)踐。

        表1 生態(tài)環(huán)境部發(fā)布涉及生態(tài)環(huán)境空間管控的部分技術(shù)指南

        2 城市生態(tài)環(huán)境空間管控內(nèi)容

        構(gòu)建空間規(guī)劃體系,應(yīng)立足于生態(tài)文明建設(shè),承擔(dān)起基礎(chǔ)性、指導(dǎo)性、約束性的功能[4],就現(xiàn)階段而言,生態(tài)環(huán)境空間規(guī)劃滯后于生態(tài)文明建設(shè)和國土空間規(guī)劃改革的形勢[5]。在環(huán)境空間管控體系構(gòu)建上,各地進(jìn)行了一些有益的探索。深圳市率先劃定基本生態(tài)控制線,隨后武漢市、廣州市、廈門市等多個(gè)城市陸續(xù)開展相關(guān)工作,將其作為控制城市非建設(shè)用地、保護(hù)城市生態(tài)資源和生態(tài)格局的重要實(shí)踐手段。浙江省先行探索了市、縣層面劃定環(huán)境功能區(qū)劃的技術(shù)可行性,在細(xì)化落實(shí)省級層面的環(huán)境功能區(qū)劃基礎(chǔ)上,確保市縣區(qū)劃要可指導(dǎo)、可操作、可落地,實(shí)現(xiàn)全省“一個(gè)區(qū)劃、一張圖”和覆蓋全省的環(huán)境空間管制機(jī)制。2016 年,原環(huán)境保護(hù)部提出將“三線一單”的要求納入戰(zhàn)略環(huán)境評價(jià)的實(shí)踐和管理[6],這是落實(shí)國土空間環(huán)境管控的有效手段,提供了系統(tǒng)性、可視化的生態(tài)環(huán)境空間管控規(guī)則[7]??傮w來講,當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作中涉及到生態(tài)環(huán)境空間管控的內(nèi)容主要體現(xiàn)在生態(tài)保護(hù)紅線劃定、環(huán)境功能區(qū)劃、要素(水、氣、土等)空間管控、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、資源環(huán)境承載力評估等方面[8],在城市發(fā)展過程中起到“剎車”功能,解決“底線”問題。

        3 GIS 在城市生態(tài)環(huán)境空間管控中的技術(shù)支撐

        生態(tài)環(huán)境空間信息涉及基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、主要污染源、自然地理?xiàng)l件等領(lǐng)域,涵蓋大氣、水、土壤、生態(tài)、固體廢棄物、噪聲、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等環(huán)境要素。一方面,地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)技術(shù)能夠管理和處理海量環(huán)境數(shù)據(jù)。利用GIS 屬性信息與空間信息一體化管理、矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)合應(yīng)用以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和處理分析能力,可以對多源、多領(lǐng)域的生態(tài)環(huán)境空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理,實(shí)現(xiàn)模擬、分析等數(shù)據(jù)處理,并可通過GIS 完成信息查詢、輸出各種需要的輔助圖件[9]。另一方面,隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)開發(fā)技術(shù)與GIS的結(jié)合,GIS 將具備三維可視化、虛擬動態(tài)模擬等交互設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)共享、二次開發(fā)等功能[10],是實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境空間管控的有力工具。

        信息化是環(huán)境與經(jīng)濟(jì)相互滲透、相互融合的橋梁,借助GIS 進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)科學(xué)分析處理,可以使生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作具有更寬廣的視角,能夠更加科學(xué)地把握生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步的聯(lián)系和規(guī)律,從而克服現(xiàn)有局限,實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)科學(xué)化應(yīng)用,更加有效地促進(jìn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會的同步發(fā)展,為環(huán)境決策、管理、執(zhí)法、科研全面服務(wù)。

        4 南京市生態(tài)環(huán)境空間管控中的實(shí)踐

        4.1 生態(tài)紅線落地劃定與多規(guī)合一

        生態(tài)保護(hù)紅線規(guī)劃是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域開展生態(tài)環(huán)境空間管控和融入“多規(guī)合一”的重要切入點(diǎn),然而生態(tài)保護(hù)紅線劃定與其它空間規(guī)劃銜接程度不夠,特別是城市尺度上的生態(tài)保護(hù)紅線劃分技術(shù)研究還較薄弱[11]。為落實(shí)南京市“多規(guī)合一”總體工作部署和生態(tài)紅線空間落地管控,需將生態(tài)紅線落地劃定,并與土地利用總體規(guī)劃、城市總體規(guī)劃等規(guī)劃協(xié)調(diào)對接。

        基于GIS 平臺,采用人機(jī)交互判讀與無人機(jī)現(xiàn)場勘查相結(jié)合的方法,對南京市省級生態(tài)紅線進(jìn)行邊界優(yōu)化。在1:2000政務(wù)版電子地圖上優(yōu)化南京市省級生態(tài)紅線,利用0.3 m 高清分辨率航拍影像輔助判別,結(jié)合已有保護(hù)區(qū)域規(guī)劃邊界和自然邊界,保證紅線的連續(xù)性和完整性,將生態(tài)紅線邊界落實(shí)到具體地塊。協(xié)調(diào)“多規(guī)合一”差異圖斑調(diào)整、重大項(xiàng)目落地等矛盾與差異,將生態(tài)紅線與其他規(guī)劃對接融合,形成生態(tài)保護(hù)紅線數(shù)據(jù)“一個(gè)庫”、分布“一張圖”??傮w實(shí)踐過程中,構(gòu)建了“統(tǒng)一—輔助—調(diào)整—對接”的技術(shù)方法體系(圖1)。

        圖1 生態(tài)紅線區(qū)域優(yōu)化調(diào)整技術(shù)方法體系

        優(yōu)化生態(tài)紅線區(qū)域邊界是開展與生態(tài)紅線相關(guān)的生態(tài)環(huán)境空間管控工作的基礎(chǔ)。此項(xiàng)成果在南京市“多規(guī)合一”工作中,配合全市差異圖斑梳理、支撐“多規(guī)合一”信息平臺建設(shè)。此外,在南京市開展江蘇省國家生態(tài)紅線劃定及核定、江蘇省畜禽養(yǎng)殖禁養(yǎng)區(qū)劃定等工程中提供了重要工作基礎(chǔ)。

        4.2 水環(huán)境空間管理

        水環(huán)境管理所涉及的大量環(huán)境信息,如水環(huán)境功能區(qū)劃、重點(diǎn)排水企業(yè)、污水處理廠、黑臭河流、飲用水水源地保護(hù)區(qū)、水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)等,此類信息除具有時(shí)間性外,還具備空間分布的特點(diǎn)?;贕IS的數(shù)字化及建庫、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、制圖顯示等功能技術(shù),建立以GIS 為核心的水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫。在GIS 平臺支撐下(圖2),利用南京市基礎(chǔ)測繪矢量數(shù)據(jù)、高清航拍影像圖、水系柵格圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),數(shù)字化并提取重點(diǎn)河流、湖泊、水庫等面狀要素?cái)?shù)據(jù)入庫,構(gòu)建南京生態(tài)環(huán)境水系基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。加工處理重點(diǎn)排水企業(yè)、污水處理廠、水源地、水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)等不同信息源、不同類型的數(shù)據(jù),入庫建立專題數(shù)據(jù)集,構(gòu)建水環(huán)境專題數(shù)據(jù)庫。

        圖2 水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫數(shù)字化及建庫技術(shù)體系

        水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫的建立,便于水環(huán)境信息統(tǒng)一集中管理、快速準(zhǔn)確查詢信息,科學(xué)有效地服務(wù)于水環(huán)境管理。此項(xiàng)成果為建設(shè)南京市水環(huán)境信息平臺奠定了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),對開展重點(diǎn)斷面達(dá)標(biāo)、黑臭河流治理、重點(diǎn)湖泊水質(zhì)改善、以及重點(diǎn)流域水環(huán)境整治等水污染防治工作起到了關(guān)鍵作用。同時(shí),技術(shù)支撐推進(jìn)南京市集中式飲用水水源地環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)行動,針對飲用水水源保護(hù)區(qū)劃定不清、邊界不明等問題,應(yīng)用水環(huán)境專題數(shù)據(jù)庫中與生態(tài)紅線相關(guān)的飲用水水源地?cái)?shù)據(jù),結(jié)合無人機(jī)現(xiàn)場勘查資料庫,精準(zhǔn)劃定南京縣級以上水源地保護(hù)區(qū)矢量邊界范圍,基本建立水源地基礎(chǔ)信息檔案。

        4.3 大氣污染物排放清單可視化

        大氣污染物排放清單是透析區(qū)域、城市、區(qū)縣等各種地理或行政管理區(qū)界范圍內(nèi)大氣污染源排放結(jié)構(gòu)及排放水平的重要基礎(chǔ)。將排放清單的排放量與區(qū)域地理信息相結(jié)合,利用GIS 空間定位、空間分析(疊加分析、緩沖區(qū)分析等)、空間統(tǒng)計(jì)等技術(shù),構(gòu)建南京市1 km×1 km的空間分辨率的網(wǎng)格化排放清單。根據(jù)污染源排放特征,結(jié)合GIS 中要素空間形態(tài)特征,將污染排放分為點(diǎn)、線、面三類空間分配方式:①對于可以獲得詳細(xì)經(jīng)緯度信息的電廠、鋼鐵、工業(yè)鍋爐、重點(diǎn)化工企業(yè)等重要工業(yè)污染源,主要作為點(diǎn)源直接進(jìn)行空間分配;②對于道路移動源以及道路揚(yáng)塵污染源,主要作為線源通過南京市路網(wǎng)信息進(jìn)行空間分配;③對于其他未能獲得詳細(xì)信息的污染物,一般通過GDP、人口分布或土地利用方式,主要作為面源進(jìn)行空間分配,形成1 套大氣污染物排放清單空間可視化技術(shù)體系(圖3)。

        圖3 大氣污染物排放清單空間可視化技術(shù)體系

        基于此套大氣污染物排放清單空間可視化技術(shù)體系,編制形成污染物種類較為齊全、空間分辨率較高的大氣污染物排放清單。此項(xiàng)成果對于了解南京市大氣污染物排放空間分布特征、研究大氣復(fù)合污染成因及機(jī)制提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù),相關(guān)技術(shù)成果成功應(yīng)用于2015 年南京市大氣污染物排放清單編制[12],并在實(shí)踐中不斷改進(jìn),為南京市大氣污染防治措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。

        5 結(jié)語

        隨著生態(tài)文明建設(shè)深入推進(jìn),尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念深入人心,加快構(gòu)建城市生態(tài)環(huán)境空間規(guī)劃體系的呼聲愈發(fā)強(qiáng)烈。GIS 技術(shù)及其應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對海量環(huán)境數(shù)據(jù)的管理、儲存、查詢等基本功能,同時(shí),在空間數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)信息共享、二次開發(fā)等領(lǐng)域可為生態(tài)環(huán)境空間管控工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

        近年來,南京市通過試點(diǎn)城市環(huán)境總體規(guī)劃、劃定生態(tài)保護(hù)紅線、參與“多規(guī)合一”、編制“三線一單”等工作不斷創(chuàng)新和強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境空間管控的思路和手段,在生態(tài)保護(hù)紅線制度、水環(huán)境空間管理、大氣環(huán)境空間管理、網(wǎng)格化環(huán)境管理等方面做出了技術(shù)上的實(shí)踐與探索,以實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理政策空間落地。

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