城區水域保護劃界研究
——以南京市秦淮區為例

周志才， 張其成， 李冰瑤， 王衛平

(河海大學 水文水資源學院， 江蘇 南京 210098)

1 研究背景

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

近年來國內外學者從多個角度對水域保護進行了相關研究。國外將水域空間規劃作為城市景觀規劃的重要內容，現代水域空間規劃注重流域治理理念，以生態理論作為指導思想，將影響水域生態的湖泊、集水區、濱岸帶、濕地、植被等綜合納入考慮，以制定科學的規劃方案，有效恢復水域生態穩定性[1-2]。Lee等[3]通過人工模擬實驗發現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、水質及公眾健康等指標評估，對城市化建設引起的河流水體生態風險影響進行探討，認為不同的透水面積、水質、生物指標等是影響河流水體生態功能的主要因素；馬立珊等[5]將土地利用規劃與水域環境保護相結合，分析了面源污染對水域環境的影響及流域范圍內水域管理與土地利用關系的協調問題；錢進等[6]利用層次分析法從生態穩定性、環境有效性、經濟可行性以及社會價值性4個方面構建了河、湖濱岸緩沖帶適宜寬度的評價體系。

藍線規劃是城市規劃七線之一，是城區各級河、渠道用地規劃控制線，規劃范圍即為城區水域保護區，又稱河道藍線，具體包括河道水體的寬度、兩側綠化帶等，但城區水域由于受影響因素多，區域差異性大，而水域保護藍線劃定標準較為單一，未與水域周邊區域匯水特性相結合，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上，選取影響城區水域保護的主要因子，結合GIS空間疊加分析技術[7-9]，構建城區水域保護評價體系，研判水域保護現狀，并進一步確定滿足實際需求的管控邊界。

2 城區水域保護劃界方法

城區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對水域空間的干擾，保障水域生態系統的穩定性和可持續性，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，主要有水域匯水區功能分布和區域人口密度。城區水域保護劃界需統籌考慮此類影響因子的綜合效應，建立科學的評價體系并分別確定各因子的賦值與權重，利用GIS空間疊加分析，評價城區水域保護現狀，并依據評價結果和因子權重系數，合理調整既有水域保護邊界。

2.1 城區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，也是規劃河道藍線首要考慮因素，城區水域按重要性等級劃分為重要水域和一般水域。城區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和水量要求最高，然后依次為景觀、生態功能、防洪功能和排澇功能。結合評價區域水域實際，按照河道等級屬性與功能特質對其進行水域保護評級賦分，分值最高為10分，分值越高，河道對應的水域保護需求越高，對應的保護力度越大。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 區域水面率差值比 區域水面率差值比是水域狀態研判的重要指標[10]，水面率差值比越大，表明分區水域功能負荷越重，因而水域保護需求越高。本文將現狀總水面率R總、現狀分區水面率Ri分別與區域綜合需求水面率R需作比較，考慮整體的同時分片區細化研究其與城區需求水面率間的差距，把握整體、突出重點地判讀水域現狀，作為水域劃界及水域管控要求制定的重要依據。

城區發展需求水面率R需由式(1)計算：

R需=max(R1,R2,R3,R4)

(1)

式中： R1、R2、R3、R4分別為區域經濟社會發展、行洪除澇、水景觀建設和水域生態維護的需求水面率。

(2)

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

H=a1H1+a2H2+a3H3

(3)

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

(4)

水景觀建設、水域生態維護需求水面率R3、R4采用研究區域相關規劃數值進行整理估算的方法。

在分別計算R總、R需、Ri的基礎上，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果，對區域進行0～10分的評價賦分。ri<0時，現狀水面率高于需求水面率，水域滿足城區建設需求，受需求影響較弱，參照區域實際賦0～3分；0≤ri≤1時，區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，現狀水面率難以滿足城區建設需求，水域承載壓力大，參照區域實際賦予7～10分。

2.1.3 匯水區域功能分布 區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及其對水域的威脅行為，是影響水域水質健康和生態完整的重要因素。以區域功能對水質的要求和水域的影響為判分依據，將其對水域保護的要求由高至低劃分為4個等級，依次為商業區與旅游風景區、住宅區、文教區和公共綠地。分值最高為10分，分值越高，說明區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 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污染物起過濾和攔截作用；(2)植物吸收、土壤吸附溶解態的污染物；(3)促進氮的反硝化作用。參照國內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]。據此，對研究區域濱岸緩沖帶建設進行賦分評價，以單側復合緩沖帶>15m為最優，能有效過濾和消減地表輸入水體的污染物質，極大程度降低地表輸入對水域的威脅，結合實際賦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《城市建設規劃用地標準》，我國城市人口合理密度為0.952×104～1.175×104人/km2，故本文設定研究區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資源的平衡逐步被打破，城區水域空間承載密集人口帶來的壓力逐步增大。因此按區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，聯合層次分析法與專家打分法判定各因子權重，利用GIS工具對影響因子疊加分析，構建水域保護賦分評價體系。

2.2 影響因子權重

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重系數[11-12]。

城區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重系數如下：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的影響權重導入GIS數據庫，結合GIS空間疊加分析工具，構建水域保護影響因子評價體系，對水域保護現狀進行綜合評分，見表1。綜合評分0～4分，表明水域保護現狀較好，受區域輕度威脅；4～7分表明水域保護現狀一般，受區域中度威脅；7～10分表明水域保護現狀較差，受區域重度威脅。依據綜合評分對區域既有水域保護范圍進行調整，生成新的水域保護緩沖區，并與規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 研究區概況

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

3.2 研究區水域賦分評價

研究區水域現狀的識別和統計是進行賦分評價的基礎。本文綜合水域自然屬性與社會屬性，結合水域空間與匯水區域進行細化識別，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計分析，輸入GIS軟件中，依據各影響因子賦分規則逐段評價賦分。

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

表1 城區水域保護影響因子評價體系表

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

根據城區水域影響因子評價體系，利用GIS空間疊加分析，獲得秦淮區水域現狀保護評價結果，見表3、圖2。

表2 秦淮區各街道片區水面率、人口密度計算成果表

數據來源：秦淮區2015年統計年鑒。

從水域評價結果的圖2和表3中可以發現，研究區大部分水域保護現狀不佳，普遍存在片區水面率不足、人口超負荷、濱岸緩沖帶建設與水域需求不匹配等現象，使水質遭受污染威脅，水域生態的穩定性和可持續性遭到破壞，城區整體水域保護空間有待優化。研究區有6條河段受到區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。

位于城區中心的水域受威脅程度普遍較重，如內秦淮河中段、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，為城區合理人口密度的4～5倍，用地類型復雜，商業、居住、景區用地混雜；位于城區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水域現狀健康程度，為科學合理地劃定水域保護空間奠定了基礎。

3.3 評價成果應用

利用影響因子評價體系對秦淮區水域保護現狀作出判讀和評價后，本文逐一分析了各因子影響權重及調整的現實可行性，最終選擇優化水域濱岸緩沖帶空間以提升城區水域保護工作。依據水域影響因子綜合評價體系評分結果和濱岸緩沖帶因子權重形成公式(9)，將公式(9)和水域現狀信息輸入GIS軟件，利用GIS緩沖區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進行進一步優化，形成了更為合理切實的水域保護濱岸緩沖帶建

設寬度，見圖3。基于此，對秦淮區水域藍線規劃進行調整，劃定出滿足區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 研究區概況圖

表3 秦淮區水域保護影響因子評價體系綜合評分表

圖2 秦淮區水域現狀多因子空間疊加評分圖

B評價=B現狀·(ai·Wd/10+1)

(9)

式中：B評價為評價體系建議緩沖帶建設寬度，m；

圖3 秦淮區水域濱岸緩沖區劃定成果圖

B現狀為水域現狀緩沖帶建設寬度，m； ai為水域綜合評分； Wd=0.5100。

表4 秦淮區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，進而依據因子評價體系生成的濱岸緩沖寬度不一，反映了區段的實際條件和功能需求。對現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，如內秦淮河中段由5m提升至12m；受綜合影響較弱、現狀保護比較到位的水域，水域保護劃界寬度有小幅的調整；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狀，契合區域實際與需求，劃定合理切實的水域保護邊界，提升水域保護效能，同時提高城區土地和空間的利用效率。

4 結論與展望

(1) 以秦淮區為例的城區水域保護劃界研究，按水陸區域的差異性將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重，借助GIS空間疊加分析，構建水域影響因子評價體系，較為準確、客觀地判讀了秦淮區水域現狀。

(2) 基于水域影響因子評價結果，結合秦淮區水域藍線規劃，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穩定的干擾，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，城區水域面臨的威脅因子數量同步增加，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量，并融入因子間的相互關系，完善和優化水域影響因子評價體系。

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