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篇1

關鍵詞 生態功能;區劃;永定河

中圖分類號 X171 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104(2010)09-0134-06 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.09.023

生態系統服務功能是指生態系統及其生態過程所形成的及所維持的人類賴以生存和發展的生態環境條件與效用[1]。生態修復強調生態恢復過程中人類的主動性,一般是對原有的受損生態系統進行改進和修補 ,以提高和恢復生態系統的部分結構與功能,其關鍵是恢復生態系統的功能,并使系統能夠 自我維持[2,3]。生態功能區劃是依據生態系統特征、受脅迫過程與效應、生態服務功能重要性及生態環境敏感性等分異規律而進行的地理空間分區[4]。生態功能區劃能夠為維護區域生態系統服務功能,進行區域生態修復與環境管理提供地理空間上的框架[5],目前已成為領域內的研究熱點。我國于2002年了《生態功能區劃暫行規程》[6],為相關工作提供了原則上的技術指導,在學術界,亦有諸多學者開展了相關研究。大部分是以行政區劃地域為研究對象,主要包括省域生態功能區劃[4]、城市生態功能區劃[8-9]、縣域生態功能區劃[9],還有部分學者對地域內具體自然要素生態功能分區進行了探索,如湖泊生態功能區劃[10]、生態河岸帶功能分區[11]、水生態功能分區[12]等。20世紀80年代以來,永定河由于水資源緊缺,生態系統退化嚴重,生態服務功能急劇衰退。 隨著經濟社會的快速發展,首都北京對永定河生態服務功能提出了新的需求,永定河生態修 復已經提上了議事日程。河流生態修復是一項功在當代,利在千秋的事業,即將大規模展開 的永定河生態修復將成為我國生態修復建設的標桿性工程。本研究根據生態功能區劃的原理,結合永定河的自然環境特征,利用GIS和RS技術進行永定 河生態問題和生態服務功能重要性分析,在此基礎上進行以調控河道生態修復為目標的生態 功能區劃,以期為永定河生態修復提供科學依據,亦對生態功能區劃技術與方法的應用領域 進行探索。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

永定河北京段(幽州―梁各莊)位于北京西部,流經門頭溝、石景山、豐臺、大興和房 山五個區,主河道長約170 km,流域面積為3 168 km2。2007年永定河北京段流域常住人口440萬人,GDP為1 150億元,地方財政收入103億元, 占全市的5%。本文生態區劃范圍為永定河北京段河道兩邊500 m區域,但考慮到河道功能分區不能脫離河道對應流域范圍生態現狀、生態功能特征及社會經濟發展規劃,因此本文分析相關內容多以流域為對象。

1.2 數據來源

本研究使用的數據主要包括土地利用/覆被變化數據、自然資源數據、環境質量數據等。土地利用/覆被數據以2009年SPOT數字遙感影像作為數據源,解譯生成coverage類型數據,第一大類分為6種類型,其下又分為25個二級類。 自然和社會經濟數據主要來自研究區相關的統計年鑒、水資源公報、環境質量報告書等。

2 生態區劃目標、方法與原則

2.1 區劃目標

永定河河道修復生態功能區劃是以指導河流生態修復為總體目標,具體的目標包括 :明確流域生態系統類型的結構以及空間分布;明確河段主要生態環境問題及空間分異;確 定生態環境敏感性與生態功能重要性分布;提供河道生態功能區劃,明確各河段生態修復的 方向與調控指標。

2.2 區劃原則

在生態功能區劃中,將遵循以下原則:全面規劃、統籌兼顧原則;突出生態功能體系的整體協調原則;區域共扼性原則;防洪與生態景觀優美、農作物經濟利益的協調原則;可持續發展與前瞻性原則。

彭?濤等:永定河河道修復生態功能區劃研究

中國人口•資源與環境 2010年 第9期2.3 區劃方法與技術路線

研究方法主要是在區域生態環境調查與搜集流域相關資料的基礎上,利用RS與GIS技術,首先進行生態環境現狀評價,明確區域生態系統的空間分布;其次進行生態問題分析與生態功能重要性評價,分析主要生態環境問題的現狀和趨勢,確定生態敏感區域及生態功能重要性的空間差異;最后根據生態環境特征的相似性與差異性及相關發展規劃對河道進行分區,提出不同河段生態修復調控指標。具體技術路線見圖1。 圖1 河道生態功能區劃技術路線圖

Fig.1 Technical route for river ecological

function regionalization

3 永定河河道生態功能區劃

3.1 自然資源特征分析

3.1.1 地形地貌

永定河北京段地勢北高南低,最高海拔約2 263 m,最低為17 m,總體縱坡為1.64‰。三家店以上段干流稱山峽段(上游),河道長92 km,河道平均縱坡3.1‰,地貌類型多為山地侵蝕構造地貌,以中山、低山丘陵和河谷臺地為主。三家店至盧溝橋稱盧三段(中游),河道長約17 km,此段河道已脫離山區而進入低山區及平原,河床淤高,河道縱坡為2.65‰,形成具有河床、灘地、階地等。盧溝橋至市界梁各莊段稱盧梁段(下游),河道長度為61 km,河道逐漸變寬,河道縱坡為1‰-0.38‰,為河流沖積扇,沙荒河漫灘地與風蝕沙地較多。

3.1.2 土壤

永定河北京段上游海拔1 000 m以上中山地帶,土壤為山地棕壤,海拔1 000 m以下 的低山地帶,土壤為地帶性土類褐色土;其中,在中山陽坡發育著粗骨性棕壤,低山陽坡發 育著粗骨性褐土,而陰坡發育著典型棕壤與淋溶褐土;中游流經城區,多為火山巖及碳酸巖 的褐黃色的亞粘土;下游主要成土母質有沖積洪積物、沖積物和沖積風積物,以潮土為主。

3.1.3 水資源

永定河近十年來年平均入京水量約為4.07億m3,而可供水資源量僅僅只有0.53億m3/年 。上游河道水量與降雨緊密相連,一般年份含砂量都在4%左右,流量為3-5 m3/s。中下游常年 斷流,區域地下水類型主要為孔隙潛水,補給來源主要是地下徑流及大氣降水。每年仍有污水入河,包括工業污水和生活污水,地表水體基本達到了富營養化水平,有水河段總體處于地表水二 級標準,為輕度污染。

3.1.4 氣候

研究區位于歐亞大陸東部中緯度地帶,處在東部濕潤區和西部干旱區之間,大陸性氣候明顯。整個流域平均年降雨量約為556-560 mm,年際變化大,少雨年僅200-300 mm,而 豐雨年則達1 300多mm,區域降雨多集中在6-9月。流 域全年平均日照2 470小時,年平均無霜期200天左右。氣溫日變化及年內變化都很大,上游 門頭溝多年平均氣溫為11.7 ℃,1月份為零下4.3 ℃,七月份達到25.8 ℃。多年平均相對濕度57%,官廳山峽區間年蒸發量在1 800 m m左右,門頭溝站為1 890 mm。

3.1.5 生物多樣性

上游山區植被以森林及其次生灌叢群落為主,低山地帶氣候溫和,由于森林遭破壞,植被以落葉灌叢為主。下游幾乎已經干涸多年無水,河道幾乎是雜草叢生的荒地和幾乎寸草不生的荒石灘。河川谷地以農作物和蔬菜等作物為主。流域水生植被主要為沉水植物、浮水植物、挺水植物、濕生草本植物等。流域內野生動物有獾、野兔、布谷鳥等幾十種。相關保護區共有國家保護野生動物5目8科11種。

3.2 生態問題分析

3.2.1 山峽段水源涵養能力下降,水土流失敏感性較高

三家店以上流域面積1 291 km2,多為石質山區,地形破碎,陡、急、險坡面積比例高,是山洪易發區,以暴雨徑流造成的水力侵蝕的水土流失類型為主。中游在清水河流域和下馬嶺溝流域存在水土流失區。根據2000年全國第二次土壤侵蝕遙感調查結果為759.03 km2,其中,輕度土壤侵蝕610.16 km2,中度土壤侵蝕148.87 km2,土壤侵蝕模數2 000 t/km2•a,年平均侵蝕量291萬 t。近年來,山地綠化工程、人工河道綠化工程的逐步實施,使得區域 的林地、草地覆蓋率增加,大大降低了水土流失程度,但從地勢、地貌、土壤等自然條件本 底看,區域水土流失敏感性較高。

3.2.2 可供水量下降,水質污染

永定河近年來入京水量不斷減少,且水質污染仍在繼續。上游工業污染源占主要比例,生活污染源所占比例相對較低。據2008年北京市水資源公報,永定河三家店以上干流河道水質標準為Ⅱ類,污染屬有機污染型,污染最重的項目有COD、BOD和總氮。上中游沿河地區及企業缺少市政排水及污水處理設施,絕大部分工業廢水及生活污水通過地表直接排入永定河中,每年向永定河排放污水量約為1 500萬t。三家店以下河段已多年斷水,沿岸首鋼、京能電廠、高井電廠等企業大量開采地下水,導致河道及沿岸地區地下水位下降,嚴重缺水。

3.2.3 下游河道環境差,風沙嚴重

永定河三家店以下常年斷流,使得下游河道干涸,砂石盜采使植被受到破壞,河床,大面積河灘地已嚴重沙化,成為北京沙塵源地。未被綠化的空白地段,生物多樣性較差,每遇 大風便塵土飛揚,直接殃及沿岸、城區及下風向更遠的地區生態環境。

3.2.4 防洪標準未達標準,危及防洪安全

歷經多年整治,永定河流域已初步形成防洪體系,但仍存在堤防防灌標準不足且有缺口、建 筑物壅水、阻水等影響行洪安全的因素。目前,除盧三段左堤外,永定河現狀防洪標準只接 近100年一遇,未達到《北京城市總體規劃》(2004-2020年)提出的北京“中心城按不低于200年一遇洪水標準設防”。上游山峽區間沒有控制性工程。盧三段石電灰管橋處行洪斷面狹窄,形成卡口;廣寧路漫水橋、京原路漫水橋行洪標準不足10年一遇。下游地區河道內種植農作物現象普遍,阻礙行洪。

3.2.5 植被結構簡單,生物多樣性下降

永定河水質污染導致上中游濕地富營養化顯著,水生生物大量死亡,使得對生存環境敏感的生物群落或物種遷出濕地。永定河三家店攔河閘以下斷流,農作物種植業的發展迅速,河道景觀不斷變化,生態格局極不穩定,影響生物棲息。過度的資源利用和環境開發建設造成生態與環境質量下降,物種多樣性降低,并影響了該區域生態系統自我調節和恢復能力,致使 流域內水、陸生的魚、鳥等野生動物變得稀少,生物多樣性下降嚴重。

3.3 生態功能重要性評價

生態服務功能重要性評價是針對典型生態系統,評價生態服務功能的綜合特征。根據永定河實際情況,本研究主要針對生物多樣性保護、水源涵養、土壤保持、凈化環境、娛樂休閑等5方面生態服務功能進行重要性評價。首先,根據生態功能價值評估相關的研究成果[13-14] ,評估永定河當前生態現狀下的生態功能及分項功能的空間差異;在此基礎上,結合《北 京市永定河綜合規劃報告》、《北京市永定河生態環境建設規劃報告》及相關區縣對永定河 相應區域的社會經濟發展規劃,綜合確定永定河流域不同河段對應區域的生態功能重要性差 異與河段對應的生態功能定位。

3.3.1 水源涵養

生態系統水源涵養服務功能重要性在于整個區域對評價地區水資源的依賴程度以及洪水調蓄 作用大小。生態系統水源涵養與水文調蓄能力主要受植被類型及其結構、地表層覆蓋狀況以及土壤理化性質等因素的影響。森林生態系統具有巨大的涵養水源和調節徑流的功能,具體包括蓄水作用、調節徑流、減緩洪水、影響徑流泥沙等。在國家林業局和財政部聯合下發的《國家級公益林區劃界定辦法》(2009)中對永定河的源頭和江河兩岸的森林被劃分為國家重點生態公益林。永定河北京段水源涵養最重要地區主要分布在三家店以上的區域,區內森林覆蓋率較高,生態系統保護較好,對于調控永定河水量、延緩洪峰具有極其重要作用;另外,永定河門頭溝段濕地自然保護區的濕地資源十分豐富,對調節徑流、涵養水源具有重要作用。

3.3.2 土壤保持

土壤形成與保護功能是在分析現有土地利用/覆被水土保持功能現狀的基礎上,考慮對于北京市風沙防治的作用,確定不同區域的功能差異。研究區土壤保持功能最為重要區域為三家店以上峽谷區河段,上游峽谷區坡度較高,降雨極易引起山體滑坡與表層土壤的流失。近期通過河段周圍的大面積綠化工程的實施,有效防止了水土流失,使永定河水含沙量大為 降低。土壤保持功能另一重要區域是下游南五環以外河段,此段常年斷流,已經成為影響北 京市內風沙的重要源頭。當前農田生態系統以及部分規劃的人工綠地工程,將對于防風固沙 起到重要作用,從而促進該河段的土壤形成與保護。

3.3.3 凈化環境

生態系統的凈化環境功能主要是指生態系統的固碳釋氧、吸收有害氣體的功能。森林、草地、農田等生態系統通過綠色植物的光合作用,能夠固碳釋氧,中國北方森林的CO2吸收率為13.6 t/hm2[15],吸收有害氣體主要包括吸收SO2、氟化物、氮氧化物。區域凈化環境功能第一關鍵區域是上游峽谷區,這一區域存在大面積林地,其固碳釋氧、吸收有害氣體能力極強;第二關鍵區域是中游城市景觀段,包括河道兩側的防護林區域及規劃城市景觀濕地,其對于吸收SO2等有害氣體,減噪作用巨大;另外,下游部分地區的農田生態系統對北京市的具有生態屏障作用,農田作物具有很強的光合作用,固碳釋氧能力較強。

3.3.4 生物多樣性

生物多樣性重要性評價主要是評價區域內各地區對生物多樣性保護的重要性。本研究遵循優先保護生態系統及野生動物物種分布與生態系統相關性原則,對該區生物多樣性保護重要性進行定性評價。永定河北京段的生物多樣性十分豐富而且獨特,考慮到不同區域內動植物,特別是珍稀瀕危 動植物種的分 布、保護級別、特有性、干擾程度不同,以及人力物力有限,區域社會發展需求等,劃分出 優先保護地區。根據《永定河綠色生態走廊建設規劃》,從2009年起,北京段上游的山峽段,將建設景觀面積為180 hm2的6處濕地;城市段,將形成由溪流連通的湖泊和濕地,6處湖泊面積達到680 hm2濕地。區域生物多樣性保護最為重要的區域是上游峽谷區,主要包 括目前已經存在的森林生態系統、濕地生態系統以及規劃中的濕地生態系統。

3.3.5 娛樂休閑

生態系統為水生生物和陸地生物提供了不同的生境,同時也為人類提供了重要的休閑娛樂服務和美學文化功能。根據實地調查與相關景觀規劃,永定河北京段休閑娛樂功能最重要區域為上游峽谷區、其次是中游河道兩岸與下游個別點狀分布的景點、娛樂區域。三家店以上基本常年有水,使得該區域的休閑娛樂功能最為突出,如珍珠湖旅游風景區、妙 峰山以及落坡嶺河道兩岸等地區;中游城市段規劃的人工景觀公園是周邊市民工作之余娛樂 、散步的第一選擇,娛樂休閑功能突出;下游大興段個別景觀區,是人們休閑娛樂常去之處,如黃村公園、半壁店森林公園等。另外,各縣區規劃發展的多個景點區,也可以提供休閑 娛樂的重要功能,如首鋼濱水公園、宛平湖、曉月湖等。

4 永定河河道修復生態功能區劃

在充分認識永定河流域生態系統結構、功能及其形成演變規律的基礎上,以可持續發展理念與生態系統服務功能理論為指導,以實現區域生態修復分區控制為目標,通過對流域區域社會、經濟及自然復合生態系統的特點進行綜合調研分析,結合永定河防洪功能的基本定位,考慮永定河(北京段)區域經濟社會發展狀況及其發展規劃,確定河流修復生態功能分區,共5段,并提出修復方向與調控指標。

4.1官廳山峽-自然段(幽州-落坡嶺)

官廳山峽-自然段(幽州-落坡嶺),主河道長約65 km。山峽-自然段為天然河道,對應 流域范圍內土地覆被以林地為主,夾有零星未利用地,在整個永定河生態系統中具有最為重要的水源涵養、生物多樣性保護功能;官廳水庫是北京市水源地之一,擔負著向北京供水的重任,河道承擔保護引水水質的任務。

根據最新《北京城市總體規劃(2004年-2020年)》,在功能分區中,本河段主導功能為“生態涵養發展區”,需要進行重點治理、恢復和保護,開展山區水土保持、改善河道水質、綠化及配水工程等,通過草、灌木、樹木合理搭配種植與修剪,減緩土壤侵蝕,減少含氮磷等污染物的暴雨徑流入庫區,控制面源污染,起到穩定水體生態系統,緩沖陸地污染物對水體的沖擊作用。

在充分保護自然生態系統的同時重點發展旅游、探險、度假、休閑、會議、運動為主的產業,推動原生態景觀的保護與旅游業的生態化改造,可適度開發珍珠湖、落坡嶺等旅游風景區。修復工程可進一步劃定河岸水土保持緩沖區、中上游生態治理功能區、自然保護區、生態旅游區、水生植物觀賞區等。

總之,此段河道周邊自然生態系統保護較為完整,在未來應以限制開發、充分保護為主,努 力維護和增強其水源涵養、風沙防護、水土保持等方面的生態功能。河道生態修復指標應以水量、水質、生物多樣性、濕地面積等指標為主。

4.2 官廳山峽-近自然段(落坡嶺-三家店)

官廳山峽-近自然段(落坡嶺-三家店),主河道長約27 km。此段屬官廳山峽的延伸部分,地勢較第一段稍低。對應流域范圍內土地覆被中林地比例降低,有較大面積的未利用土地及一定比例的建設用地。未來對該流域的發展主要應加強綠化建設和生態恢復,以生態維護、水 源保護、適度旅游和生態農業開發為主。嚴格控制乃至關停破壞生態環境的產業,綜合采取流域生態環境建設、河道防滲與滲濾系統等多種措施,展開水體修復工程建設。尤其是周邊濕地的保護,包括三家店核心區濕地、落坡嶺核心區濕地等,亦要加強防洪設施建設,提高地區的防洪標準。

從歷史變化來看,人類活動進入該區域的程度正逐步加大,此段為自然保護與人類活動的過度區,對應區域生態服務功能以水土保持為主,在未來應以控制開發、合理保護為主。生態修復指標以水土保持、水質類指標、濕地面積為宜。

4.3 城市景觀段(三家店-盧溝橋)

城市景觀段(三家店至盧溝橋),主河道長約17.4 km。此段河道毗鄰市區,對應流域范圍內以建設用地為主,受人類活動影響顯著。由于此段開始,永定河開始常年斷流,幾乎沒有水生生態系統存在,生態系統以陸地生態系統為主。植被系統受到嚴重破壞,覆蓋率不高。

河道上半段位于城區中心,防洪設施水平直接影響著兩岸安危,目前河道為高出地面的地上懸河,兩側為高筑的水泥大壩,將來在永定河生態修復工程中,此處要重視生態工程建設和非工程體系建設,切實注意防洪建設;同時,要防止污水排泄,以免污染地下水質。

河道下半段已出城區中心,河道下降,兩岸或河道內出現綠化帶以及農業經濟作 物的種植。在未來,此段應主抓一些重點河道綜合整治工程,要注意疏挖石電灰管橋卡口段,改造京原路漫水橋和廣寧路漫水橋等阻水建筑物,平整、疏挖京原公路橋以上及黃良鐵路橋以下河道。

另外,此河段周圍,歷史遺跡和文化遺留非常多,如乾隆帝親筆提寫的“盧溝曉月”碑刻等,應加強恢復與治理,發展旅游休閑產業,亦可適度發展沿岸種植經濟帶。

在未來在控制水質的同時,生態建設要結合景觀設計,在保證防洪要求的前提下,積極營造城市景觀河道,既改善周邊的生態環境,又為市民提供休閑娛樂場所,開發此河道沿岸的歷史文化資源。生態修復指標以生態用水量、地下水位、人工濕地、綠化面積、人文景觀、水質、防洪類指標為主。

4.4 郊野-人工綠化段(盧溝橋-黃良路)

郊野-人工綠化段(盧溝橋至京良路南約20 km),此段河道長約39.8 km。此段開始常年無水,河道干枯,河床,每遇大風便塵土飛揚,成為北京沙塵源之一。對應流域范圍內以耕地為主,并有建設用地分散分布,目前人工林地、草地逐漸增多。此段河道較為開闊,有大面積的灘地,河道內種植大量莊稼,生態服務功能以農產品產出為主。未來在保障行洪安全的前提下,應綜合利用、開發荒灘地,增加人工綠地面積,增強其休憩功能,使其成為北京郊野公園。受水資源的制約,河道生態建設以綠化及配水工程為主。修復指標應以人工綠地、防風固沙、植被保護、生態用水、人文景觀、防洪類指標為主。

4.5 郊野-自然綠化段(黃良路-梁各莊)

郊野-自然綠化段(京良路南約20 km-梁各莊),此段河道長約21 km。此段為永定河出京的最后一段,常年無水,河床,遇風沙塵多。河道善沖善淤,堤防寬窄變化很大,行洪河道與灘地之間沒有明確的固定界限, 河床較高。對應流域范圍內土地利用覆被主要為耕地和建設用地。河道內或周圍建立高爾夫球場或種植莊稼,一方面能起到防風固沙、凈化空氣作用,并在一定程度上改善河床生態環境;但是另一方面,河道內種植大量莊稼,會延緩水流速度,降低排洪能力。生態服務功能以農產品產出、防風固沙為主。未來應加強其土地利用方向的控制,引導當地農民合理利用土地,不可忽視對排洪能力的維護。目前大部分河道已經被當地農民種植農作物,因此可在保障泄洪順暢的同時,進行適度開發。該段河道河堤內淤有細土灘地,灘地多有沖淤,彎折較多,主流左右迂回,水流很淺。將重點通過植物配置創造植物景觀。修復指標應以防風固沙、防洪、人工景觀、人工綠地、人文景觀類指標為主。

5 結 論

本文探討了以河流修復為目標的河道生態功能分區方法與步驟,重點考慮河段生態系統結構和功能,充分利用GIS技術,把永定河主河道分為5個區段,并結合當地社會經濟發展狀況和相關規劃等因素,提出了各生態系統分區修復指標,為順利開展河流生態修復打下了堅實基礎;同時,本研究亦是對生態功能分區理論與成果應用的積極嘗試。由于數據等原因,使得本研究在單元精度、定量化分析方面還稍顯不足,今后在研究過程,將進一步加強與改進。

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Study on River Ecological Function Regionalization of Yongding River in Beijing

PENG Tao1 WU Jianzhai2 JIANG Guanghui3

(1.Development Research Center of China Association for Science and Technology,Beijing 100045,China;

2. Agriculture Information Institute, Chinese Academy of Agriculture Sciences, Beijing 100081, China;

3. College of Resource Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)