基于格網GIS的流域水生態承載力評價研究

摘要：文章運用綜合指標評價法，以南京高淳西部圩區為例，基于格網GIS為評價單元，從水生態敏感性、脅迫性兩方面各選取了3個指標對高淳西部圩區進行水生態承載力現狀評價，并用k-均值聚類分析進行分類。結果表明：區域水生態敏感性“高”“較高”“中等”“較低”和“低”5個等級分別占研究區總面積的7.47%，10.43%，34.05%，42.90%和4.85%，區域水生態壓力“高”“較高”“中等”“較低”和“低”5個等級分別占研究區總面積的6.08%，2.81%，0.41%，69.44%和21.26%，并制定了差別化的空間管控措施。本研究主要貢獻了一套易于在小尺度視角下對格網單元進行生態承載力現狀分析的方法，同時為其他區域水生態承載力研究提供案例。

關鍵詞：格網；GIS；水生態承載力；高淳西部圩區

中圖分類號：X522" 文獻標志碼：A

0 引言

隨著人與自然矛盾不斷加劇，生態承載力研究從單一領域逐漸擴展延伸到多個領域的交叉與綜合研究［1］，研究內容多集中在概念分析［2-4］、能力評價［5-6］、模型應用［7-8］、能力提升［9-10］、量化技術［11］、監測預警［12-13］等方面。水資源是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎，在水網圩區，水生態承載能力是影響區域生態環境保護和社會經濟協同發展的重要自然因子之一［14-15］。目前，有關水網圩區水生態承載力與生態環境保護和社會經濟協同發展的研究相對較少，而“十四五”時期重點流域水生態環境保護將更加注重生態要素，因此，典型水網圩區水生態承載力的研究具有重要意義。

1 研究區域與方法

1.1 研究區域概況

高淳西部圩區地處江蘇省南京市高淳區西南端，位于長江經濟帶、長三角一體化、寧杭生態經濟帶、寧宣黃成長帶的重要戰略交匯點，下轄陽江鎮、磚墻鎮共2個鎮，總面積207.04 km2，占高淳全區總面積的26.19%。圩區由“外河-內河-溝渠-圩田”四級水系勾連互通，水域面積達44.10 km2，占高淳區總水域面積的44.35%，主要包括固城湖以及水陽江、運梁河、官溪河、港口河、橫溪河、獅樹河、磚墻河、撐龍河、扁擔河等河道，水系直通長江黃金水道和通連太湖蘇南水網，是典型的平原水網圩區（見圖1）。與太湖溇港圩田等同類型圩田相比，高淳西部圩區觀賞價值更高，是世界級的自然與文化活態遺產，人均生態系統生產總值高于高淳區整體水平。2020年，高淳西部圩區實現地區生產總值58.92億元，僅為高淳區平均水平的約1/2?！笆濉逼陂g，圩區第一產業占比呈上升趨勢，其中漁業占比最高，蝦蟹是其支柱行業，水產養殖規模達103.4 km2。2020年，圩區12個主要水體水質監測斷面中，Ⅲ類及以上水質斷面有7個。

1.2 評價方法

通過實地調查高淳西部圩區自然生態環境現狀，收集研究區域范圍內地形地貌、水環境質量、洪澇災害、鄉鎮經濟、人口等屬性數據，通過ArcGIS軟件對于地圖數據進行配準、數字化、誤差修正，建立空間屬性數據庫（見圖2）。利用ArcGIS軟件的格網分析工具，以100 m×100 m的格網為評價單元，開展綜合評價，經過歸并分析，確定高淳西部圩區水生態敏感性、壓力性分區方案［16］。

其中，人口、經濟等數據要素的評價以鄉（村）行政單元為基礎，通過網格單元進行切分，自然要素的評價以邊界為基礎，采用空間疊置分析法實現評價單元的統一，轉換公式如下：

1.3 評價指標與權重

本文主要選取水生態敏感性和水生態壓力指標反映高淳西部圩區自然經濟社會等特征。其中，水生態敏感性反映水生態系統的安全等級，敏感程度越高，對空間開發的約束性越強［17-21］。水生態壓力則反映人類活動對水生態系統的脅迫情況，表現在土地開發強度、人口集聚、經濟規模、污染強度等方面，壓力越大，對水生態健康構成的威脅越大［22-24］。

評價指標因子的選取需考慮數據穩定性、空間尺度性和數據可獲取性，避免指標重復評價，以穩定的生態系統結構、功能空間異質性環境驅動因子作為主要分區依據。水生態敏感性分區需考慮水生態重要性、洪澇災害易發性、水體污染風險性等方面，評價因子選取生態空間保護區域、洪澇災害、水質目標等指標進行綜合評價；水生態壓力分區需考慮開發強度、人口密度、污染排放等方面，評價因子選取建設用地面積占比、單位建設用地面積的常住人口數、鄉鎮生活源污染、農業面源污等指標進行綜合評價。

本文采用層次分析法（AHP）對其指標確定權重。結合高淳西部圩區水生態的特征，以層次分析法獲得各要素因子初始權重，向專家發放一定數量問卷對其重要性進行打分，并開展有效性和收斂分析，直至出現較高的滿意度。在上述工作基礎上，采用熵值法確定各要素因子最終權重（見表1）。

2 評價結果

2.1 水生態敏感性評價

本研究將各評價單元確定的水生態敏感性綜合指數采用聚類分析方法劃分為高、較高、中等、較低和低5個等級（見圖3）。

分析結果顯示，水生態敏感性高面積為15.46 km2，占高淳西部圩區總面積的7.47%，主要分布在固城湖水域、固城湖濕地公園核心區域；水生態敏感性較高面積為22.21 km2，占高淳西部圩區總面積的10.73%，主要分布在固城湖濕地公園、固城湖沿湖區域，以及水陽江、官溪河等主要河流水域；水生態敏感性中等面積為70.50 km2，占高淳西部圩區總面積的34.05%，主要分布在磚墻鎮水鄉慢城保護區、水陽江洪水調蓄區及其部分河流水域；水生態敏感性較低面積為88.83 km2，占高淳西部圩區總面積的42.90%，主要分布在高淳西部圩區的北部區域；水生態敏感性低面積為10.04 km2，占高淳西部圩區總面積的4.85%，主要分布在高淳西部圩區的鄉村集中居住區域（見表2）。

2.2 水生態壓力性評價

本文將各評價單元確定的水生態壓力性綜合指數采用聚類分析方法劃分為高、較高、中等、較低和低5個等級（見圖4）。

分析結果顯示，水生態壓力性高面積為12.60 km2，占高淳西部圩區總面積的6.08%，主要分布在陽江鎮、磚墻鎮的城鎮集中建設區，以及其他鄉村居民集聚區域；水生態壓力性較高面積為5.81 km2，占高淳西部圩區總面積的2.81%，主要分布在固城湖沿岸零散的建設用地、沿河兩岸的居住區域；水生態壓力性中等面積為0.85 km2，僅占高淳西部圩區總面積的0.41%，主要是固城湖濕地公園核心區外圍的部分建設用地；水生態壓力性較低面積為143.76 km2，占高淳西部圩區總面積的69.44%，成片分布于鄉村居住地以外的耕地及水圩區域；水生態壓力性低面積為44.02 km2，占高淳西部圩區總面積的21.26%，主要分布在固城湖水域、固城湖濕地公園核心區域，以及水陽江、官溪河、橫溪河等水域（見表3）。

2.3 分區域差別化空間管控措施

水生態高敏感區：要堅持“在保護中發展”，重點打造特色生態農業，發展綠色休閑旅游業等，確保生態環境安全。統籌實施“三水共治”，加強固城湖飲用水水源地保護，推進河流水質達標建設，推進河湖生態恢復，全面提升水網圩區環境品質。

水生態高壓力區：要通過提高環保準入門檻，推動傳統產業綠色轉型，全面優化傳統制造業體系，構建清潔低碳現代能源體系，加快探索碳達峰路徑。不斷改善生態環境質量，鼓勵通過整治現有污染，減少區域、流域、行業污染排放總量，逐步實現水清氣凈。

水生態敏感性低但水生態壓力性較高的區域：要堅持“在發展中保護”，嚴守生態保護紅線，提高資源利用效率，保持環境質量總體平穩。重點發展商務商貿、科教研發、健康服務等高端服務業。

水生態壓力性低但水生態敏感性較高的區域：要禁止高污染高耗能行業進入，合理控制發展規模，提前謀劃生態環境保護等基礎設施。重點發展以高附加值、低污染為主導的先進制造業、現代服務業和戰略性新興產業。

3 結語

高淳西部圩區屬于長江流域和太湖流域，屬于典型的平原水網圩區，需要作為保護地進行強制保護的生態空間占比較大。隨著工業化城鎮化快速推進，有限的水環境容量與日益增長的排放需求的矛盾越發突出，生產與生活、城市與農村、工業與交通環境污染交織，多領域、多層面、多類型的生態環境問題累積疊加，應對難度將更大、更煩瑣。

本文基于區域生態系統科學與環境科學視角，構建了水生態承載能力的指標評價體系，采用GIS技術、層次分析、聚類分析等方法，評價了南京市高淳西部圩區的水生態承載力水平與布局的地域差異性，并提出改善提升水生態承載力的管控措施。這對江蘇省及全國其他同類區域研究水生態承載力與區域復合生態系統的關系提供了一定的啟示與借鑒。

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（編輯 何琳編輯）

Abstract：" Using the comprehensive indicator evaluation method， taking the western polder area of Gaochun district in Nanjing as an example， based on grid GIS as an evaluation unit， this paper selects three indicators from both water ecological sensitivity and stress to evaluate the current situation of water ecological carrying capacity in the western polder area of Gaochun district， and uses k-means clustering analysis to classify it The results showed that the five levels of regional water ecological sensitivity， namely， “high”， “higher”， “medium”， “lower”， and “low”， accounted for 7.47%， 10.43%， 34.05%， 42.90%， and 4.85% of the total area of the study area， respectively The five levels of regional water ecological pressure， namely， “high”， “higher”， “medium”， “lower”， and “low”， accounted for 6.08%， 2.81%， 0.41%， 69.44%， and 21.26% of the total area of the study area， respectively， and differentiated spatial control measures were developed This study mainly contributes to a set of methods that are easy to analyze the current ecological carrying capacity of grid units from a small-scale perspective， while providing cases for other regional water ecological carrying capacity studies

Key words： grid; GIS; water ecological carrying capacity; western polder area of Gaochun district