生態(tài)清潔小流域三道防線(xiàn)小尺度劃分方法研究

于子鋮，王 琦，趙進(jìn)勇，彭文啟，劉昌軍，韓會(huì)玲

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定071001；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100038）

生態(tài)清潔小流域建設(shè)是水利部首先在北京等地開(kāi)展試點(diǎn)并推廣的水土保持生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目，三道防線(xiàn)（或稱(chēng)三區(qū)，即生態(tài)自然修復(fù)區(qū)、綜合治理區(qū)、河湖庫(kù)周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)）劃分是生態(tài)清潔小流域建設(shè)的基礎(chǔ)。

北京市山區(qū)總面積10 072 km2，占全市總面積的62%［1］，是北京市的重要資源支撐。北京市水土保持相關(guān)部門(mén)根據(jù)工作需要在大、小2個(gè)尺度上曾開(kāi)展三道防線(xiàn)劃分研究［2］：大尺度是將全市山區(qū)作為一個(gè)整體單元，建立北京市山區(qū)三道防線(xiàn)劃分指標(biāo)體系；小尺度是將每一個(gè)小流域作為一個(gè)單元，進(jìn)行三道防線(xiàn)的劃分研究。目前，以小流域?yàn)閱卧男〕叨葎澐址椒ê鸵罁?jù)還較為模糊，尚無(wú)確切劃分方法，需進(jìn)一步深入研究。

1 三道防線(xiàn)劃分指標(biāo)體系分析及建立

1.1 指標(biāo)體系的初步構(gòu)建

生態(tài)清潔小流域建設(shè)主要是對(duì)三區(qū)防治措施分別進(jìn)行合理布設(shè)。根據(jù)北京市近年來(lái)開(kāi)展的水資源保護(hù)、小流域綜合治理實(shí)踐，分區(qū)布局、分區(qū)治理的措施主要有三類(lèi) 21項(xiàng)［3］。 吳敬東等［4］認(rèn)為，影響山區(qū)小流域生態(tài)狀況的人類(lèi)活動(dòng)主要有束窄溝道、建筑橫向攔截壩、溝底襯砌等，因此溝道水工建筑物的分布情況是三道防線(xiàn)劃分應(yīng)考慮的因素。根據(jù)《生態(tài)清潔小流域建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》（SL 534—2013）的相關(guān)規(guī)定和有關(guān)專(zhuān)家的研究，將三區(qū)特征指標(biāo)進(jìn)行匯總，見(jiàn)表1。

1.2 指標(biāo)體系的簡(jiǎn)化

三道防線(xiàn)的劃分既是理論問(wèn)題，也是實(shí)踐問(wèn)題［5］，實(shí)質(zhì)是兩條界線(xiàn)的確定，即確認(rèn)各區(qū)之間關(guān)鍵指標(biāo)的差異，因此現(xiàn)有的指標(biāo)體系可適當(dāng)簡(jiǎn)化。指標(biāo)體系的簡(jiǎn)化應(yīng)遵循科學(xué)性原則、代表性原則、可操作性原則、實(shí)踐與理論相結(jié)合原則。

表1 三區(qū)特征指標(biāo)匯總

（1）生態(tài)自然修復(fù)區(qū)與綜合治理區(qū)劃分的關(guān)鍵指標(biāo)。生態(tài)自然修復(fù)區(qū)與綜合治理區(qū)之間的差異性指標(biāo)主要有人類(lèi)活動(dòng)影響、植被蓋度、土地利用、坡度、坡位等，其中人類(lèi)活動(dòng)影響決定了污水收集及垃圾處理方式、化肥農(nóng)藥施用情況等，而土地利用現(xiàn)狀、地形地貌決定了人類(lèi)活動(dòng)影響。祁生林等［6］認(rèn)為地貌部位、土地利用狀況、坡度及植被蓋度在流域內(nèi)的分布存在一定的規(guī)律性。根據(jù)《生態(tài)清潔小流域建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》對(duì)生態(tài)自然修復(fù)區(qū)措施配置“按植被疏密分別進(jìn)行布局”的規(guī)定，植被蓋度不是劃分生態(tài)自然修復(fù)區(qū)的確定性依據(jù)。因此，分析認(rèn)為地形地貌可作為這兩區(qū)劃分的關(guān)鍵性指標(biāo)。

根據(jù)《中華人民共和國(guó)水土保持法》和《生態(tài)清潔小流域技術(shù)規(guī)范》（DB11/T 548—2008）對(duì)坡度及生態(tài)修復(fù)區(qū)的定義，按照現(xiàn)有大尺度三道防線(xiàn)劃分方法劃定生態(tài)修復(fù)區(qū)的指標(biāo)之一是坡度≥25°。因此，可以將坡度≥25°作為生態(tài)自然修復(fù)區(qū)和綜合治理區(qū)邊界劃分的依據(jù)。

（2）綜合治理區(qū)與河湖庫(kù)周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)劃分的關(guān)鍵指標(biāo)。由于綜合治理區(qū)是措施布局的主要區(qū)域，人類(lèi)活動(dòng)影響最大，各類(lèi)指標(biāo)較為復(fù)雜，因此可把地形地貌相對(duì)明顯的溝（河）道及湖庫(kù)周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)邊界作為兩區(qū)邊界，把水域分布、植被覆蓋情況（包括植被緩沖帶）、截污工程布設(shè)寬度、護(hù)岸工程及現(xiàn)有水工建筑物的分布情況、溝（河）道護(hù)岸建設(shè)情況作為主要參考指標(biāo)。

2 小尺度三道防線(xiàn)劃分方法研究

2.1 現(xiàn)有劃分方法

齊實(shí)［7］曾提出小尺度三道防線(xiàn)劃分方法和步驟，建議采用緩沖區(qū)法或土地利用類(lèi)型法進(jìn)行判定。緩沖區(qū)法一般按河道（水系）的緩沖區(qū)寬度（一般為2～8 m）確定河湖庫(kù)周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)，土地利用類(lèi)型法把河道（岸）兩側(cè)的土地利用類(lèi)型和對(duì)水環(huán)境的影響作為第三道防線(xiàn)的劃分依據(jù)。實(shí)際工作中小流域三道防線(xiàn)劃分往往根據(jù)溝（河）道具體部位和情況，綜合考慮以上兩種方法，對(duì)第三道防線(xiàn)進(jìn)行劃分。無(wú)論哪種方法，都是以水域范圍為基礎(chǔ)。

2.2 水域范圍與河道管理范圍劃定

山區(qū)河道的水域和護(hù)岸范圍確定是一項(xiàng)相對(duì)復(fù)雜的工作，不同小流域的溝（河）道狀況存在較大差異。北京市各區(qū)（縣）均對(duì)水系進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)劃，各水系均有其明確的管理范圍。

《中華人民共和國(guó)防洪法》及《中華人民共和國(guó)河道管理?xiàng)l例》對(duì)河道管理有明確的規(guī)定。

北京市對(duì)于山區(qū)溝（河）道的防洪標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)劃都比較完備，如《北京市市屬水利工程管理范圍、保護(hù)范圍、清障范圍》劃定了主要河道、水庫(kù)、橡膠壩等水利工程的管理范圍和保護(hù)范圍。對(duì)于無(wú)堤防河道，其設(shè)計(jì)洪水淹沒(méi)線(xiàn)是規(guī)定的管理范圍界線(xiàn)，如《懷柔區(qū)防洪規(guī)劃》規(guī)定“防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇的河段，河道管理范圍由河道設(shè)計(jì)洪水位確定，為河道20年一遇洪水位邊線(xiàn)”［8］。因此，小流域治理工作應(yīng)與溝（河）道所在流域的防洪規(guī)劃、水系治理規(guī)劃等相協(xié)調(diào)，治理標(biāo)準(zhǔn)及管理范圍應(yīng)一致。

綜上所述，可根據(jù)各溝（河）道的相關(guān)規(guī)劃、護(hù)岸工程確定河道管理范圍，以水域或護(hù)岸外緣控制線(xiàn)作為水域范圍邊線(xiàn)。

2.3 已建生態(tài)清潔小流域三道防線(xiàn)劃分方法調(diào)研

2017年7—10月筆者對(duì)北京市各區(qū)（縣）已建清潔小流域的特征、類(lèi)型等進(jìn)行調(diào)研后，選取大甸子、四窩鋪、大溝、楊樹(shù)下、莊戶(hù)溝等十余條典型小流域進(jìn)行深入分析?，F(xiàn)對(duì)典型小流域的設(shè)計(jì)資料及地形數(shù)據(jù)等統(tǒng)計(jì)、匯總、歸納如下。

（1）生態(tài)自然修復(fù)區(qū)的劃分均以地面坡度25°為標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)其他指標(biāo)如植被覆蓋度、人類(lèi)活動(dòng)影響、土地利用等具有明顯一致的相關(guān)關(guān)系，區(qū)域內(nèi)均為植被覆蓋度高、人類(lèi)活動(dòng)影響少、位于坡頂?shù)拇紊只蛩帘３至帧?/p>

（2）河湖庫(kù)周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)治理措施較為單一，一般以現(xiàn)狀自然溝道形態(tài)為主，在滿(mǎn)足行洪要求的前提下進(jìn)行局部整治，但現(xiàn)有的劃分依據(jù)較為模糊。

（3）現(xiàn)有生態(tài)清潔小流域建設(shè)往往包括對(duì)主溝或一級(jí)支溝溝道的治理，各溝道治理的防洪標(biāo)準(zhǔn)基本為10～20 a一遇，以10 a一遇居多，并由此確定溝（河）道管理范圍。

（4）村落段溝（河）道多有護(hù)岸，非鄉(xiāng)村段溝（河）道兩側(cè)植被緩沖帶特征明顯。

綜上所述，認(rèn)為：坡度是確定生態(tài)自然修復(fù)區(qū)的確定性指標(biāo)，可作為劃分該區(qū)的唯一依據(jù)；水域范圍應(yīng)以防洪治理標(biāo)準(zhǔn)為確定依據(jù)，在劃分河湖庫(kù)周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)時(shí)充分考慮溝（河）道兩側(cè)現(xiàn)有林草地緩沖帶分布，以滿(mǎn)足水源保護(hù)要求，應(yīng)根據(jù)溝（河）道防護(hù)特征分段確定，并與防洪工程布設(shè)、河道管理范圍相協(xié)調(diào)。

2.4 劃分指標(biāo)的確定

2.4.1 坡 度

坡度≥25°作為確定封育范圍的依據(jù)，在水土保持有關(guān)法律法規(guī)、條例及規(guī)范中都有明確規(guī)定，且在實(shí)際應(yīng)用中也較為合理，因此可作為劃定生態(tài)自然修復(fù)區(qū)的唯一指標(biāo)。

2.4.2 水域及護(hù)岸范圍

水域及護(hù)岸范圍是確定河湖庫(kù)周邊整治區(qū)的基礎(chǔ)，應(yīng)在劃分時(shí)與溝（河）道管理范圍相一致。

北京市把高程100 m等高線(xiàn)以上、地面坡度≥5°的區(qū)域內(nèi)河流歸屬于山區(qū)河流［9］。劃定水域及護(hù)岸范圍時(shí)，應(yīng)根據(jù)其具體情況分段進(jìn)行。已建有堤防工程的河段，應(yīng)根據(jù)其管理范圍確定；對(duì)于無(wú)堤防的溝（河）道，其管理范圍控制線(xiàn)根據(jù)歷史最高洪水位或設(shè)計(jì)洪水位來(lái)確定。值得指出的是，河道管理范圍還包括各類(lèi)防洪工程、水資源利用與保護(hù)工程、生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程，因此在劃定時(shí)應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)規(guī)劃要求，預(yù)留工程建設(shè)用地，并在此基礎(chǔ)上確定管理范圍邊界線(xiàn)。

2.4.3 河湖濱岸緩沖帶及截污工程范圍

河湖濱岸緩沖帶指建立在河湖、溪流和溝谷沿岸的各類(lèi)植被帶，又稱(chēng)為濱岸植被緩沖帶［10］，具有保持水土、減少農(nóng)業(yè)廢水對(duì)流域水體的污染、保護(hù)生物多樣性等多種功能［11］。

美國(guó)農(nóng)業(yè)部林務(wù)局（USDA-FS）1991年制定的《河岸植被緩沖帶區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定在三區(qū)緩沖帶中，第1個(gè)緩沖帶的寬度為4.5 m，第2個(gè)區(qū)域?qū)挾葹?8.0 m，第3個(gè)區(qū)域?qū)挾葹?.0 m［11］。目前，關(guān)于有效控制污染物的緩沖帶最小寬度認(rèn)識(shí)差別較大，有些學(xué)者建議為10 m［12］，而有的學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)認(rèn)為3～5 m寬的緩沖帶能夠攔截50%～80%的污染物［13］；諸葛亦斯等［14］認(rèn)為，緩沖帶寬度應(yīng)達(dá)到20 m；Mander在研究了愛(ài)沙尼亞和美國(guó)的河岸緩沖帶功能后指出，河岸緩沖帶是指河岸的林地、灌叢（5～50 m寬）或草地（50～200 m寬）。筆者認(rèn)為，溝（河）道緩沖帶的寬度應(yīng)為5～20 m，最小極限寬度為3 m；湖庫(kù)的緩沖帶最小寬度應(yīng)為20 m，并與其防護(hù)林保護(hù)范圍一致；對(duì)于地下截污工程而言，其寬度可與緩沖帶寬度重合。

2.5 三道防線(xiàn)劃分方法

綜上，對(duì)小流域三道防線(xiàn)劃分方法總結(jié)如下。

（1）由坡度確定生態(tài)自然修復(fù)區(qū)的范圍，25°是劃分標(biāo)準(zhǔn)。

（2）由河道管理范圍及河湖濱岸緩沖帶寬度、截污工程寬度確定河湖庫(kù)周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)。依據(jù)溝（河）道堤防建設(shè)及兩岸緩沖帶分布情況、土地利用情況、水利工程建設(shè)情況，對(duì)溝（河）道分段確定其管理范圍和最小緩沖帶寬度，并以截污工程占地寬度修正該區(qū)劃分結(jié)果。

（3）劃分生態(tài)自然修復(fù)區(qū)和河湖庫(kù)周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)后，這兩區(qū)之間的范圍即為綜合治理區(qū)。

3 劃分方法的驗(yàn)證

選取北京市平谷區(qū)某典型小流域進(jìn)行驗(yàn)證。該小流域?qū)儆谘嗌缴矫}崗臺(tái)階地，總體地勢(shì)北高南低，地貌以低山丘陵為主，東、西、北三面環(huán)山，南部為平原，流域面積為18.37 km2，流域內(nèi)林草平均覆蓋度為84%，地表坡度在35°以?xún)?nèi)。

原小流域治理對(duì)三道防線(xiàn)的劃分結(jié)果（見(jiàn)圖1）為：生態(tài)修復(fù)區(qū)位于流域內(nèi)的山頂或坡地上部，坡度一般大于25°，面積約為3.16 km2；綜合治理區(qū)位于坡地中下部和坡腳，坡度小于25°，面積約為14.25 km2；生態(tài)保護(hù)區(qū)主要位于河流周邊，面積約為0.96 km2，是水環(huán)境敏感區(qū)，地表水容易受污染。

圖1 原三道防線(xiàn)劃分結(jié)果

本次三道防線(xiàn)劃分驗(yàn)證，首先，由GIS生成地面坡度圖，確定地面坡度≥25°的區(qū)域；然后，在確定小流域主溝道的基礎(chǔ)上，識(shí)別小流域內(nèi)各類(lèi)水系工程，根據(jù)溝道類(lèi)型、形態(tài)、防護(hù)狀況、兩側(cè)占地及土地利用類(lèi)型對(duì)溝道進(jìn)行分段，分段確定溝（河）道岸線(xiàn)外緣控制線(xiàn)和管理范圍、緩沖綠化帶范圍，從而確定小流域溝（河）道周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)范圍；最后，根據(jù)原生態(tài)清潔小流域建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，原設(shè)計(jì)中局部排洪細(xì)溝也列入溝（河）道周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)范圍，由于無(wú)截污工程布設(shè)，因此其占地?zé)o需考慮，最終的劃分結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖1、圖2可以看出：以坡度≥25°為劃分依據(jù)的生態(tài)自然修復(fù)區(qū)劃分范圍與原小流域治理中劃分范圍基本一致，表明以坡度為生態(tài)自然修復(fù)區(qū)的劃分指標(biāo)可操作性較強(qiáng)，且結(jié)果精確合理；現(xiàn)有水利工程對(duì)小流域三區(qū)劃分結(jié)果影響較大，小流域北部西域水庫(kù)的存在造成原規(guī)劃中對(duì)小流域主溝道識(shí)別及劃分出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，把一級(jí)支溝誤認(rèn)為是河道主溝道，同時(shí)該水庫(kù)管理范圍未納入河湖庫(kù)周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)；本次研究，合理設(shè)置緩沖帶以后的灘地區(qū)溝（河）道生態(tài)保護(hù)區(qū)范圍隨地勢(shì)從上游至下游逐漸加寬，并與兩岸灘地農(nóng)田進(jìn)行了有效的分割，可實(shí)現(xiàn)對(duì)河道的有效管理和保護(hù)。

圖2 本次研究三道防線(xiàn)劃分結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

三道防線(xiàn)劃分即確定生態(tài)自然修復(fù)區(qū)與綜合治理區(qū)之間、綜合治理區(qū)與河湖庫(kù)周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)之間的界線(xiàn)。本研究以現(xiàn)有三道防線(xiàn)劃分方法為基礎(chǔ)，對(duì)劃分指標(biāo)體系和典型小流域進(jìn)行調(diào)研分析，提出并實(shí)例驗(yàn)證了小流域三道防線(xiàn)小尺度劃分方法：坡度是確定生態(tài)自然修復(fù)區(qū)范圍的關(guān)鍵性指標(biāo)，25°是劃分標(biāo)準(zhǔn)；由河道管理范圍及河湖濱岸緩沖帶寬度、截污工程寬度確定河湖庫(kù)周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)；生態(tài)自然修復(fù)區(qū)和河湖庫(kù)周邊生態(tài)保護(hù)區(qū)之間的范圍即為綜合治理區(qū)。