Water ecological function zoning based on the dual drive of "nature-society" : taking Miyun Reservoir Basin as an example
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摘要:
水生态功能分区是根据流域水生态系统区域差异开展的分区研究，是实现流域“分类、分区、分级、分期”的水质精细化管理的必然要求。通过梳理国内外水生态分区研究的进展及现状，对比了不同区域分区指标的选取依据及体系特点，分析了我国当前水生态功能分区存在的分区体系不完善、分区水生态要素考虑较少等问题，采用“水陆结合、以水定陆”的思路，提出了基于“自然-社会”二元驱动的水生态功能分区方法。以密云水库流域为研究对象，通过分析水库流域自然要素及水生态特征，探究水生态系统的驱动-响应机制，结合管理需求，提出密云水库流域水生态功能分区指标体系，并开展水库流域一级、二级和三级水生态功能分区研究。结果表明，密云水库流域水生态功能区可划分为一级区3个、二级区14个、三级区22个。依据各分区的水生态状况及功能，结合当下的生态环境问题开展溯源，并提出相应治理方案。
Abstract:Water ecological function zoning is a zoning method based on the regional differences of the water ecosystem in a basin, which is an inevitable requirement for the fine-grained water quality management of "classification, zoning, grading and staging" in the basin. By analyzing the progress and the present situation of water ecological zoning at home and abroad, the regional partitioning index selection basis and system characteristics were compared, the problems existing in the current water ecological function zoning in China, such as imperfect partitioning system and less consideration of zoning water ecological elementsin zoning were analyzed. Adopting the idea of "combining land and water, determining land by water", the water ecological function zoning method based on the dual drive of "nature-society" was put forward. By analyzing the natural elements and water ecological characteristics of the basin, exploring the driving-response mechanism of the water ecosystem, combining the management needs, proposing a water ecological function zoning index system for the Miyun Reservoir basin, and conducting a study on the primary, secondary and tertiary water ecological function zoning of the reservoir basin. The results showed that the water ecological function zones in Miyun Reservoir Basin can be divided into 3 primary zones, 14 secondary zones and 22 tertiary zones. On this basis, according to the water ecological situation and function of each region, the traceability and propose appropriate management solutions in the context of current ecological problems were carried out.
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Key words:
- water ecological function zoning /
- zoning index /
- zoning method /
- Miyun Reservoir Basin
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图 2 密云水库流域水生态功能分区技术路线
Figure 2. Technical route of water ecological function zoning in Miyun Reservoir Basin
图 3 密云水库流域水系及子流域划分
Figure 3. Water system and subwatershed division in Miyun Reservoir Basin
图 7 各区及乡镇水生态功能类型
Figure 7. Water ecological function types in various districts and towns
表 2 我国水生态分区开展情况
Table 2. Development of water ecological zoning in China
分区类型 分区指标 分区结果 我国水生态区划 一级：地貌类型；二级：气候、行政区划；三级：主导的水生态功能 6个一级区、34个二级区和130个三级区 辽河流域[24] 一级：流域高程、径流深、水文地质等；二级：平均降雨量、
土壤类型、植被类型4个一级区、15个二级区 海河流域[25] 一级：地貌类型、径流深、年降水量、年蒸发量；
二级：植被类型、土壤类型6个一级区、16个二级区 太湖流域[26] 一级：流域高程、气候、土壤；二级：土地利用类型；三级：水生态指标 2个一级区、5个二级区、21个三级区 滇池流域[27] 一级：平均高程、湖库率、植被指数；二级：土地利用、人口密度；
三级：营养盐、蜿蜒度、渠道化特征、藻毒素5个一级区、10 个二级区、24个三级区
（20 个陆域区和 4 个湖体区）巢湖流域[28] 一级：高程、河网密度；二级：土地利用、坡度、土壤类型；三级：水面率、水体类别、河流节点度；四级：流速、蜿蜒度、浮游植物等 3个一级区、7个二级区、28个三级区、
62个四级区
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表 3 环境要素指标的统计值
Table 3. Statistical values of environmental factor indexes
项目 年降水
量/mm年均气
温/℃年蒸发
量/mm高程
/m坡度/(°) 耕地面积
占
比/%城市不透水地表
面积占比/%林地面积
占
比/%人口数
/人平均值 586.31 10.88 1 682.17 632.56 4.24 0.06 0.02 0.76 10 242.54 最大值 618.00 12.00 1 721.00 1 214.51 8.25 0.51 0.16 0.99 32 937.00 最小值 483.00 10.00 1 630.00 175.25 0.00 0.00 0.00 0.14 3 496.00 极差 135.00 2.00 91.00 1 039.26 8.25 0.51 0.16 0.85 29 441.00 标准差 22.88 0.39 16.64 223.70 1.55 0.09 0.03 0.20 6 949.09 变异系数 0.04 0.04 0.01 0.35 0.37 1.37 1.31 0.26 0.68
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表 4 环境要素指标空间自相关性分析
Table 4. Spatial autocorrelation analysis of environmental factor indexes
环境要素指标 年降水量 年均气温 年蒸发量 高程 坡度 耕地面积
占比城市不透水地
表面积占比林地面积
占比人口密度 年降水量 1 年均气温 −0.18 1 年蒸发量 −0.48 −0.15 1 高程 −0.51** 0.45 0.36 1 坡度 −0.15 0.35 −0.05 0.68** 1 耕地面积占比 −0.10 −0.32 0.00 −0.44 −0.41 1 城市不透水地表面积占比 0.20 −0.40 −0.09 −0.60** −0.45 0.60** 1 林地面积占比 0.01 0.45 0.05 0.61** 0.53** −0.87** −0.70** 1 人口密度 0.24 −0.48 −0.09 −0.50** −0.43 0.40 0.40 −0.46 1 注：**为极显著相关。
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表 5 密云水库流域三级水生态分区选取
Table 5. Selection of 3 grades of water ecological zoning of Miyun Reservoir Basin
分区级别 差异驱动类型 主要因素 分区指标 指标选取依据 一级分区 自然因素 水文条件 流域 保持流域生态水文特征完整性 地形 高程 陆地生态系统对水生态系统作用 二级分区 人类活动 土地利用类型 林地面积占比等 陆地生态系统对水生态系统作用 人口密度 密度 体现社会经济对水质的影响 三级分区 水生态系统状态
（水质、水生生物）水生生物 底栖动物多样性 反映河流水生生物多样性 水质 化学参数 反映水环境维持状态 环境 生境指标得分 反映生境栖息地特征 敏感区域 自然保护区所在位置 体现人对水生态系统的保护
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表 6 密云水库流域一级分区指标特征
Table 6. Index characteristics of the first level zoning in Miyun Reservoir Basin
一级编号 分区名称 面积/
km2平均高程/
m平均坡度/
(°)年降水量/
mm年均气温/
℃年蒸发量/
mm干旱
指数人口密度/
（人/km2）地形 Ⅰ 西北部白河流域山地区 2 582.32 710.28 4.59 581 11.03 1 684 1.94 471.14 山地 Ⅱ 东南部潮河流域丘陵-平原区 936.33 457.3 3.45 598 10.52 1 678 1.87 1 343.13 丘陵-平原 Ⅲ 中南部密云水库水体区 202.95 187.91 2.49 608 11 1 630 1.79 87 水域
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表 7 密云水库流域二级分区指标特征
Table 7. Index characteristics of the second-level zoning in Miyun Reservoir Basin
一级编号 二级编号 二级分区名称 面积/km2 农田面积
占比//%城市面积
占比//%林地面积
占比//%人为用地
面积占比//%植被
覆盖度人口密度/
（人/km2)Ⅰ-1 西部白河上游中高山农业区 152.05 12.74 1.19 61.59 13.93 一般 343.02 Ⅰ-2 西部白河中游中高山森林区 642.6 2.75 0.45 87.29 3.19 很高 423.96 Ⅰ Ⅰ-3 西部黑河流域低山农业区 90.19 5.30 0.57 65.82 5.87 稍低 336.75 Ⅰ-4 北部汤河流域中高山森林区 333.2 2.58 0.59 87.76 3.17 很高 306.32 Ⅰ-5 中部白河下游低山森林区 1196.3 3.12 1.38 85.02 4.51 很高 518.60 Ⅰ-6 北部白河下游低山农业区 167.98 7.14 2.14 73.87 9.29 较高 573.76 Ⅱ-1 北部潮河流域中高山森林区 60.64 0.93 0.47 90.89 1.40 很高 1 217.88 Ⅱ-2 东北部潮河流域平原-丘陵农业区 294.66 20.07 4.49 46.76 24.55 较低 1 771.13 Ⅱ-3 东部清水河流域平原-丘陵城市区 41.6 16.61 10.70 46.95 27.31 低 1 575.95 Ⅱ Ⅱ-4 东南部清水河流域低山森林区 264.8 4.49 2.75 73.84 7.24 较高 1 146.53 Ⅱ-5 东北部潮河流域低山城市区 83.85 10.71 8.17 51.72 18.88 低 1 294.08 Ⅱ-6 东部安达木河流域中高山森林区 89.61 2.59 0.51 85.32 3.11 很高 623.96 Ⅱ-7 东部安达木河流域低山农业区 101.17 10.96 2.02 56.79 12.97 一般 1 002.55 Ⅲ Ⅲ 中南部密云水库水体水源区 202.95 13.44 1.20 21.35 14.64 低 87.00
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表 8 功能类型评价依据
Table 8. Function type evaluation basis
功能类型 评价指标 理论依据 数据来源 生境维持 林地面积占比 反映流域陆生环境质量 林地和草地面积占总面积的比例 年均降水量 反映水资源的主要来源 多年降水量除以年数得到的均值 河网密度 反映水生环境规模状况 干支流总河长占流域面积的比例 水源涵养 林地面积占比 反映水源涵养能力 林地面积占总面积的比例 农业生产维持 农田面积占比 表征来自农业、养殖业等的营养物质 农田面积占总面积的比例 城镇支撑 人口密度 反映人类对水环境的影响 单位土地面积上的人口数量 城市面积占比 反映对社会经济发展的支撑能力 城市面积占总面积的比例
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表 9 三级分区命名
Table 9. Three level partitions naming
一级编号 二级编号 三级编号 三级分区名称 Ⅰ Ⅰ-1 Ⅰ-1-1 白河流域白河堡水库水源涵养-延庆区 Ⅰ-1-2 白河流域农业生产维持-延庆区 Ⅰ-2 Ⅰ-2-1 白河流域生境维持-水头自然保护区-延庆区 Ⅰ-2-2 白河流域生境维持-延庆区 Ⅰ-2-3 白河流域生境维持-大滩自然保护区-延庆区 Ⅰ-3 Ⅰ-3 白河流域农业生产维持-延庆区 Ⅰ-4 Ⅰ-4-1 白河流域生境维持-怀柔区 Ⅰ-4-2 白河流域生境维持-喇叭沟门自然保护区-怀柔区 Ⅰ-5 Ⅰ-5-1 白河流域农业生产维持-怀柔区 Ⅰ-5-2 白河流域农业生产维持-云蒙自然保护区-密云区 Ⅰ-5-3 白河流域农业生产维持-密云区 Ⅰ-6 Ⅰ-6 白河流域生境维持-怀柔区
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（续表9） 一级编号 二级编号 三级编号 三级分区名称 Ⅱ Ⅱ-1 Ⅱ-1 潮河流域生境维持-密云区 Ⅱ-2 Ⅱ-2-1 潮河流域农业生产维持-云峰自然保护区-密云区 Ⅱ-2-2 潮河流域城镇支撑-密云区 Ⅱ-3 Ⅱ-3 潮河流域城镇支撑-密云区 Ⅱ-4 Ⅱ-4 潮河流域生境维持-密云区 Ⅱ-5 Ⅱ-5 潮河流域城镇支撑-密云区 Ⅱ-6 Ⅱ-6-1 潮河流域生境维持-密云区 Ⅱ-6-2 潮河流域生境维持-雾灵自然保护区-密云区 Ⅱ-7 Ⅱ-7 潮河流域农业生产维持-密云区 Ⅲ Ⅲ Ⅲ 密云水库水源涵养区-密云区
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