楊增麗，朱中竹，于松延（.濟南市水文局，山東 濟南 5004；.北京師范大學水科學研究院,北京 00875）

濟南城市水生態(tài)分區(qū)研究

楊增麗1，朱中竹1，于松延2
（1.濟南市水文局，山東 濟南 250014；2.北京師范大學水科學研究院,北京 100875）

【摘要】在解析生態(tài)分區(qū)概念與國內(nèi)外研究進展的基礎上，以濟南市為例，應用ArcGIS對分區(qū)指標進行空間自相關分析，考慮城市行政區(qū)劃特點，遴選分區(qū)主要指標，采用“自上而下”和“自下而上”相結(jié)合的方法，完成了濟南市水生態(tài)一、二和三級分區(qū)劃分。水生態(tài)一級分區(qū)主要由三大水系（黃河水系、小清河水系和徒駭馬頰河水系），外加城區(qū)組成。水生態(tài)二級分區(qū)主要參考濟南市2007年土地利用分布狀況完成，水生態(tài)三級分區(qū)是在二級分區(qū)的基礎上，通過對采樣點的水質(zhì)指標進行聚類分析，合并采樣點控制的子流域而完成。

【關鍵詞】空間分區(qū)；水生態(tài)；濟南市

生態(tài)區(qū)是具有相似生態(tài)系統(tǒng)類型和生態(tài)系統(tǒng)功能的地理區(qū)域，主要用于生態(tài)監(jiān)測站點選擇、數(shù)據(jù)收集和問題診斷、制訂環(huán)境管理目標、評估和預測各種管理措施生態(tài)環(huán)境效果，因此是生態(tài)系統(tǒng)管理的基礎。由于氣象、地質(zhì)與地勢條件的差異，使得水生態(tài)系統(tǒng)在不同空間區(qū)域的物種組成、優(yōu)勢種類以及健康標準上都呈現(xiàn)出不同的性質(zhì)。

為了反映水生態(tài)系統(tǒng)的空間差異性，Omernik提出了水生態(tài)分區(qū)的概念和方法，采用了土地利用、土壤、自然植被和地形等4個區(qū)域特征指標，將具有相對同質(zhì)的淡水生態(tài)系統(tǒng)或生物體及環(huán)境相互關系的土地單元劃分為1個生態(tài)區(qū)。生態(tài)分區(qū)的目的在于明確區(qū)域內(nèi)不同生態(tài)系統(tǒng)類型及其功能以及造成生態(tài)系統(tǒng)差異的驅(qū)動因素，在生態(tài)系統(tǒng)評價基礎上，針對不同類型的生態(tài)區(qū)給出不同生態(tài)恢復和保護目標及措施。國內(nèi)外的生態(tài)分區(qū)研究最早都是從陸地生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)開始，逐漸轉(zhuǎn)向以水體保護為主要目標的水生態(tài)（功能）分區(qū)。

1　生態(tài)分區(qū)國內(nèi)外研究進展

20世紀末，歐洲國家統(tǒng)一開展了水生態(tài)分區(qū)工作。2000年，歐盟委員會提出歐洲水框架指令（WFD），首次全面闡述了歐洲淡水生態(tài)系統(tǒng)的管理和保護概念，以及水生生物區(qū)系在水質(zhì)評價中的重要作用。WFD將地表水分成了河流、湖泊、過渡水區(qū)和沿海水域，據(jù)此可對水生態(tài)系統(tǒng)進行分類，并對不同類型水域的管理選擇不同生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)參照基準。

20世紀90年代，我國開始關于生態(tài)分區(qū)、生態(tài)功能分區(qū)的研究。早期的研究主要關注陸地上各種自然因素如植被、動物等的生態(tài)區(qū)劃。與水體有關的全國尺度上的生態(tài)分區(qū)開始于20世紀中期，最初只是針對湖泊的分布特征、淡水魚類的分布、內(nèi)陸漁業(yè)分布、水文等單一水體環(huán)境要素的分區(qū)或者通過分析流域內(nèi)陸的生態(tài)系統(tǒng)特征來分析生態(tài)環(huán)境需水量等，僅少量研究將陸地生態(tài)和水體要素結(jié)合起來進行水生態(tài)分區(qū)。我國真正開始系統(tǒng)地進行生態(tài)區(qū)劃是國家環(huán)保部于2007年編制的全國生態(tài)功能區(qū)劃，在生態(tài)現(xiàn)狀調(diào)查、生態(tài)敏感性和生態(tài)服務功能評價基礎上確定不同區(qū)域生態(tài)功能，將全國劃分為3類31個生態(tài)功能一級區(qū)，9類67個生態(tài)功能二級區(qū)，以及216個生態(tài)功能三級區(qū)。然而，目前還未形成全國統(tǒng)一的水生態(tài)分區(qū)框架和技術。

2　水分區(qū)方法

就水生態(tài)而言，由于流域水生態(tài)系統(tǒng)特征由多種影響在不同尺度上的結(jié)合作用所決定，因此，需要對各種環(huán)境要素指標的生態(tài)學意義、時空尺度進行系統(tǒng)分析，識別在分區(qū)尺度上能夠顯著影響水生態(tài)系統(tǒng)的主導環(huán)境要素指標，構建分區(qū)指標體系。本次分區(qū)候選指標主要包括高程、土地利用、水生態(tài)因子、氣象要素（降水、蒸發(fā)）四類數(shù)據(jù)?，F(xiàn)以濟南市為例進行城市水生態(tài)分區(qū)的研究，為與管理實踐更好的結(jié)合，本次各級分區(qū)均參考行政邊界對水生態(tài)邊界進行調(diào)整。具體而言，利用ArcGIS軟件的地統(tǒng)計功能，分析得到各指標的地統(tǒng)計特征，由此研究各環(huán)境要素指標的空間自相關距離，根據(jù)空間自相關距離的大小，判斷指標的適宜分區(qū)尺度。然后建立環(huán)境要素與水生態(tài)因子的相關分析，指出環(huán)境因子與水生態(tài)關系密切的指標作為河流周邊的主要環(huán)境要素。

3　分區(qū)指標確定與分區(qū)結(jié)果

3.1分區(qū)指標確定

利用ArcGIS軟件的地統(tǒng)計功能，分析得到各指標的地統(tǒng)計特征，由此研究各環(huán)境要素指標的空間自相關距離，根據(jù)空間自相關距離的大小，判斷指標的適宜分區(qū)尺度。其中，由于土地利用各類型之間存在一定相關性，計算得到的不同地類的空間自相關距離有較大程度相似，本次研究只選擇了林地和未利用土地兩個地類計算空間異質(zhì)性。各環(huán)境要素指標的空間自相關距離為林地16km；未利用土地14km；年平均降水量434km；年平均蒸發(fā)量448km。其中年平均降水量和年平均蒸發(fā)量的空間自相關距離均在430 km以上，相對于濟南市行政面積，分區(qū)尺度過大，不適用于濟南水生態(tài)分區(qū)。高程的空間自相關距離為53km，是濟南市水生態(tài)分區(qū)大尺度分區(qū)的適宜指標，而土地利用類型的林地和未利用土地則適合中尺度分區(qū)。

以上分析表明，高程和土地利用是與濟南市水生態(tài)關系密切的兩類指標，因此兩者被選入濟南市水生態(tài)分區(qū)指標體系。

3.2分區(qū)結(jié)果

濟南市水生態(tài)一級分區(qū)以濟南市現(xiàn)有的3大水系和城區(qū)區(qū)劃為基礎，依據(jù)濟南市高程指標，完成對3大水系集水面積的識別和水生態(tài)一級區(qū)劃分。土地利用作為河流周邊的環(huán)境要素，對水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構和功能具有重要作用。按照空間異質(zhì)性大小作為分區(qū)指標的原則，本次水生態(tài)二級分區(qū)依據(jù)濟南市土地利用 （林地和未利用地）的分布格局，完成初步劃分后，再根據(jù)濟南市縣級區(qū)劃對初步劃分結(jié)果進行調(diào)整，使其與基層河流管理邊界相結(jié)合，最終完成濟南市水生態(tài)二級區(qū)的劃分。

水生態(tài)三級分區(qū)作為本次分區(qū)的最小單元，為了保證其作為一個地理單元的完整性，采用“自下而上”的區(qū)劃方法確定，即在一、二級分區(qū)的基礎上，從更低級的子流域單元合并得到一個或多個三級分區(qū)。具體分區(qū)步驟：選擇一個二級水生態(tài)分區(qū)，采用GIS軟件提供的水文分析工具，以采樣點為子流域出口，劃分出子流域；采用系統(tǒng)聚類法對采樣點的水質(zhì)數(shù)據(jù)進行聚類分析，所采用的水質(zhì)數(shù)據(jù)有電導率、溶解氧、總氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量和總磷。依據(jù)聚類結(jié)果，同一類且位于同一、二級分區(qū)內(nèi)的采樣點對應的子流域合并作為該二級分區(qū)下的一個三級分區(qū)，繼續(xù)上述過程，直至得到所有三級分區(qū)結(jié)果。

4　結(jié)語

本文采用“自上而下”和“自下而上”相結(jié)合的方法，完成了濟南市水生態(tài)一、二和三級分區(qū)劃分。其中濟南市水生態(tài)一級分區(qū)為4個，水生態(tài)二級分區(qū)共劃為8個，三級分區(qū)共劃為15個。水生態(tài)一級分區(qū)主要由濟南市三大水系，即黃河水系、小清河水系和徒駭馬頰河水系，外加城區(qū)組成。水生態(tài)二級分區(qū)則主要參考濟南市2007年土地利用分布狀況完成，其中徒駭馬頰河區(qū)的土地利用主要由鹽堿地類的未利用土地組成，黃河區(qū)和小清河區(qū)的土地利用主要是林地和草地，其余二級分區(qū)則是耕地以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民用地。水生態(tài)三級分區(qū)是在二級分區(qū)的基礎上，采用“自下而上”的分區(qū)技術，通過對采樣點的水質(zhì)指標進行聚類分析，以此為依據(jù)進而合并采樣點控制的子流域而完成的。

（責任編輯趙其芬）

【中圖分類號】X321

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-06-0057-02

收稿日期：2015-03-19

作者簡介：楊增麗（1962—），女，工程師