江蘇省流域水生態功能分區

王海花，葉亞平，晁麗君，鄭文菁

(1.河海大學水文水資源學院，南京 210098;2.河海大學文天學院，安徽 馬鞍山 243031;3.中國建筑西南勘察設計研究院有限公司，成都 610000)

美國環保署(united stated environmental protection agency，USEPA)于20世紀70年代提出了水生態區劃的概念［1］，即在對水生態系統客觀認識和充分研究的基礎上，應用生態學的原理和方法，揭示水生態區域的相似性和差異性以及人類活動對水生態系統干擾的規律，采用一些區域性特征指標對區域進行整合和分區，將空間劃分為不同生態區的研究過程。自20世紀80年代以來，以水生態功能分區的概念為基礎，美國提出根據不同尺度的地貌、氣候、土壤和土地利用等要素，建立水生態功能分區指標體系，劃分水生態功能區，便于各州開展水環境管理。1987年，美國環保署(USEPA)首次提出了水生態功能劃分方案。該方案基于地形、土壤、氣候、植被、水質以及人類活動等生態系統的影響因子，以地形、土壤和自然植被、土地利用這4個特征指標建立指標體系進行水生態功能分區。該方案根據各影響因子的權重和專家判斷，劃分了4級水生態功能區，主要用來作為發展水質生物基準、確定水質管理目標及評價各州水質等的依據。1998年6月，美國環保署(USEPA)開始設置根據區域標準發展的國家戰略，對不同的水體，依據生態功能開發有針對性的監測技術指導手冊。

近年來，隨著經濟的迅猛發展和人口的不斷增長，江蘇省各流域生態系統遭到了嚴重破壞。大量污染物排入水體，引起了水質惡化、富營養化、藻類暴發、水生態系統退化、重金屬和有機毒物累積等現象。水污染和水生態環境的破壞將是江蘇省社會經濟發展中一個長期存在的問題，這無疑會進一步加劇區域水資源的緊張［2］，江蘇省水環境治理和水資源管理已迫在眉睫。

江蘇省具有江河湖海等多種水體，水系復雜，河網密布。由于各類水體面臨的生態環境問題不同，水環境治理和水生態系統的保護措施也有很大差異。本文在認識江蘇省生態環境特征的基礎上，總結國外水生態功能分區經驗，在分區原則的指導下，結合了多種分區方法，對江蘇省各流域進行了水生態功能的等級劃分。這將為江蘇省水環境治理和水資源管理提供科學依據，為重構良性水生態系統、增強水生態系統服務功能、保障流域生態安全和區域可持續發展奠定基礎［3］。

1 江蘇省流域概況

江蘇省位于中國東部沿海，地處長江流域、淮河流域下游。全省總面積10.26萬km2，其中水面積1.66萬km2，占全省總面積的16%。江蘇省地形以平原為主，全省耕地面積6653萬畝，2011年常住人口為78659903人，是我國人口最密集的地區，人均國土面積在全國各省區中最少［4－5］(圖1)。江蘇絕大部分地區海拔在50 m以下，低山丘陵集中在西南部，主要有老山山脈、云臺山脈、寧鎮山脈、茅山山脈、宜溧山脈，占江蘇省總面積的14.3%。

江蘇省處于暖溫帶和亞熱帶的氣候過渡地帶，屬于東亞季風氣候區。一般以蘇北灌溉總渠為分界線，將全省分為南部的亞熱帶濕潤季風氣候區和北部的暖溫帶濕潤、半濕潤季風氣候區。江蘇省降雨豐沛，全省多年平均降水量為983 mm，其中長江流域1055 mm，淮河流域940 mm。江蘇省連接東海，海洋對其氣候有顯著影響。

江蘇省分屬長江流域和淮河流域，共有長江、太湖、淮河、近岸海域4個主要流域水體［6］。長江在江蘇省內河段長為425 km，橫貫東西，京杭大運河縱貫南北718 km。通揚運河及儀六丘陵山區以南屬長江水系，總面積3.73萬km2，其中長江南岸沿江高地以南、茅山山脈以東、宜溧山地以北為太湖水系，面積1.92萬km2。通揚運河及儀六丘陵山區以北，屬淮河下游水系，面積6.53萬km2。淮河流域水系比較復雜，通榆河等19條重點河流縱橫交錯，境內的洪澤湖、高郵湖、駱馬湖分列江蘇第2、第3、第4大湖泊，京杭大運河是南水北調東線的輸水干線。江蘇沿海地區主要位于蘇中、蘇北地區，南至長江北堤，北至蘇魯邊界，西與徐州、淮陰、揚州、泰州4市相鄰，東臨黃海。江蘇省海岸線總長954 km，海岸陸地總面積3.25萬km2，淺海灘涂總面積1031萬畝。

圖1 江蘇省概貌

2 數據來源及處理

根據1∶250000江蘇省流域水系、行政界線等基礎地理信息數據，收集江蘇省流域 DEM(1∶50000)、地形地貌、植被類型、土地利用和土壤類型等圖形數據，以及江蘇省年平均降雨、氣溫變化等數據，建立江蘇省流域地理信息數據庫。基礎資料還包括社會、經濟統計數據等。對影響流域水生態空間分異的主要自然因子與水環境指標、生物指標等進行CCA(canonical correspondence analysis)分析，利用Arcgis軟件對DEM進行填洼、流向、匯流累計計算、流域提取等處理。土壤類型和土地利用采用6大類25亞類的分類方法來處理。通過分析以上的圖形數據得到水生態分區的結果。

3 分區原則、指標體系及方法體系

3.1 分區原則

以流域水質改善和水生態環境保護目標為導向，水生態功能分區以生態優先和堅持流域自然屬性為重點，強調協調性思想和重點分明的思路，其合理與否直接關系到分區結果的正確性與可信度。在江蘇省水生態功能分區過程中，主要遵循的原則有近中遠期相結合時間尺度原則，水域兼有多種功能時按高功能保護原則，區內相似性原則、區間差異性原則、等級性原則、綜合性與主導性原則、實用可行、便于管理原則，可持續發展原則等［6－7］。

3.2 分區指標體系

3.2.1 一級分區指標體系

以集水面水文條件為主要依據，一級分區采用流域分區，保持流域生態系統的水文特征完整性，又使指標體系保持明確而清晰。采用流域作為一級分區指標，可同時保持地貌單元和行政邊界的完整性。江蘇省各流域特征明顯，宜按照四大流域劃分。

3.2.2 二級分區指標體系

如一級分區所示，江蘇省整體可分為四大流域;而指標體系是流域水生態功能分區的理論依據與操作基礎，在建立二級分區指標體系時，應盡可能地體現本分區的特色以及科學性、合理性［20］。其中:降水和氣溫可反映流域陸地生態系統的水熱分布;地形地貌可反映地表形態特征;植被因素直接影響水土保持能力和生態系統服務功能;土壤類型反映地表持水能力;社會經濟的發展對生態環境的平衡與穩定有直接影響，同時生態環境狀況對經濟的制約或促進也是區域發展必須考慮的客觀因素［21］。因此，根據主要水生態系統特征，選用降雨量、氣溫等氣象因素，以及地貌、植被、土壤和土地利用等自然因素，并結合經濟因素，在江蘇省一級水生態區內劃分二級水生態亞區。表1為4個一級分區劃分生態亞區采用的指標體系。

3.3 分區方法體系

3.3.1 定量與定性的方法

定量分析多采用統計學的相關原理，且其分區指標一般不宜過多。定量方法與定性方法，如地圖疊置法、地理相關法、主導標志法等，各有其優缺點，采用的分析方法有聚類分析法、回歸樹分析法、人工神經網絡法等。由于關于江蘇省水生態系統的基礎數據相對缺乏，無法滿足定量分析法對數據量的要求。而江蘇省針對流域水體水生態系統的研究相對較淺，使得定性分析法無法對水生態功能分區的作用機理進行完全正確的分析。因此，在選擇江蘇省水生態功能分區的方法時，應將定量分析與定性分析有機地結合起來，使其優缺點得以互補［22］。

表1 二級水生態亞區分區指標體系

3.3.2 “自上而下”與“自下而上”相結合的方法

“自上而下”與“自下而上”方法相結合是對水生態功能進行綜合分析與評判的最基本方法。與“自下而上”區劃方法相比，“自上而下”區劃方法重在對宏觀格局的把握，使分區結果具有直觀的生態或物理學意義，因此可以保證區劃結果相對一致性;“自下而上”區劃方法則是為了保證區域共軛型原則而設計，在保證最低級區劃單元完整性的基礎上，通過合并同類、相似單元得到高級單元，是對“自上而下”的重要補充。

1)自上而下。考慮到不同級別分區尺度的差異和指標的作用范圍，流域內的一級分區可以采用“自上而下”的區劃方法，根據大尺度分區指標如地貌、氣候水文特征或生物的氣候分帶特征劃分，在較大尺度上確定大類水生態系統范圍;這樣得到的一級分區結果也更為直觀，對整個流域的宏觀格局把握也較為容易。在大中型尺度的分區中，應采用自上而下的、以定性分析為主的地圖疊置法。

2)自下而上。二級分區采用“自下而上”區劃方法，在一級分區基礎上、從更低級的區劃單元合并得到一個或多個二級分區，以保證各分區邊界的合理性和低級區劃單元完整性。首先，在各一級流域分區內劃分出子流域，比較相鄰子流域間的分區指標差異的統計顯著性。若某子流域與所有相鄰子流域均存在顯著差異，則將此子流域劃為一個分區，否則將差異不顯著的相鄰子流域合并，繼續上述過程，直至得到所有下一級分區。如果分區指標為單一的綜合指標，則該過程簡便有效，而且由于采用了統計顯著性檢驗，分區結果具有統計學意義。

在江蘇省水生態功能分區過程中，一級分區主要采用系統分析法，在四大流域基礎上根據其水文特征劃分一級生態區;二級分區過程中，采用地理信息系統對相關數據進行分析，結合空間疊置法、主導標志法，劃定二級分區的邊界。在一級分區和二級分區過程中，“自上而下”法與“自下而上”法貫穿始終，反復驗證，直到分區邊界最合理。

4 分區結果

4.1 一級分區結果

一級分區以集水面水文條件為依據，采用流域分區。江蘇省水生態功能一級分區有長江流域生態區、淮河流域生態區、太湖流域生態區、近岸海域生態區。圖2為江蘇省一級水生態區分區，表2為一級水生態區各分區特征。

圖2 江蘇省一級水生態功能分區

表2 一級水生態區各分區特征

4.2 二級分區結果

在一級分區的基礎上，根據二級分區指標，在江蘇省4個一級生態區內劃分二級水生態亞區，結果如下:

1)長江流域水生態區，本水生態區分為2個亞區:

①I－1寧鎮揚丘陵平原水生態亞區

該水生態亞區面積為0.77萬km2，占所在水生態區總面積的43.3%，包含南京市、句容市、儀征市。北部以低山丘陵崗地地貌為主，南部以河谷與沖溝平原和低山丘陵地貌為主，沿江地區則以新三角洲與江心洲平原地貌為主。該亞區水資源豐富，提供了充足的飲用水源;植被豐富，生物多樣，對水土保持、洪水調蓄具有極大作用。

②I－2長江三角洲平原水生態亞區

該水生態亞區包含揚州市區、江都市、鎮江市區、揚州市、泰興市、靖江市、南通市區、啟東市、海門市、如東縣，面積為1.01萬km2，占所處水生態區總面積的56.7%。該亞區以長江三角洲平原地貌為主。該亞區處于長江下游，靠近入海口，水資源量豐富，但受洪水影響較大。

2)淮河流域水生態區，本水生態區共分為4個亞區:

①Ⅱ－1徐宿淮丘陵平原水生態亞區

該亞區位于淮河流域水生態區的西北部，地勢高，面積為2.67萬km2，占所在水生態區總面積的40.9%。徐州市區與贛榆縣坡度較高，其余地區較為平坦。地貌類型以河流泛濫平原為主，土壤類型以潮土為主。徐州市區作為中心區域以工業生產為主，其余以農業為主。該亞區大部分為農業生態系統，對水土保持、洪水調蓄作用不顯著。

②Ⅱ－2淮連黃泛平原水生態亞區

該亞區面積為0.78萬km2，占所在水生態區總面積的11.9%。位于淮河流域水生態區中部，地貌類型以決口扇形平原為主。該亞區土地利用以農業為主，地區生產總值較低，對水土保持、洪水調蓄作用不顯著，污水處理率較低。

③Ⅱ－3里下河淺洼平原水生態亞區

該亞區面積為1.62萬km2，占所在水生態區總面積的24.8%。南水北調東線輸水通道經過該亞區。有3處湖泊:白馬湖、高郵湖和邵伯湖，以及運西濕地和金湖縣濕地。濕地生態系統起到了極好的調節氣候、涵養水源、調蓄洪水的作用，但整體污水處理率仍較低。

④Ⅱ－4蘇北濱海平原水生態亞區

該亞區面積為1.46萬km2，占所在水生態區總面積的22.4%。地貌類型屬于海積平原，土壤類型以鹽潮土和灰潮土為主。該亞區多為農業生態系統，生產產值低，生態作用小。

3)太湖流域水生態區，分為2個水生態亞區，具有不同的水生態系統特征、自然資源和社會發展狀況:

①III－1太湖流域西部丘陵河流水生態亞區

該亞區總面積為0.46萬km2，占江蘇省內太湖流域總面積的23.6%。該亞區人口密度相對較小，經濟水平相對滯后，工農業相對發展較慢，對水生態影響相對較小。

②III－2太湖流域東部平原河流水生態亞區

該亞區總面積為1.49萬km2，占江蘇省內太湖流域總面積的76.4%。該區人口密度大，經濟水平高，工農業發達，對水生態系統影響大。其中太湖作為中國第二大淡水湖泊生態系統，具有調蓄洪水、涵養水源、削減面源污染等生態功能。

4)近岸海域水生態區，生態系統種類少，該區含自然保護區8個，其中國家級自然保護區3個，國家級海洋特別保護區2個，緊靠沿海產業帶。

①Ⅳ－1近岸海域一類水質水生態亞區

該亞區面積0.39萬km2，占近岸海域水生態區總面積的19.4%。該亞區清潔度較高，輕度污染海域面積僅為0.05萬km2，占該亞區總面積的12.8%，其余海域均為清潔或較清潔。

②Ⅳ－2近岸海域二類水質水生態亞區

該亞區面積1.62萬km2，占近岸海域水生態區總面積的80.6%。該亞區緊靠沿海產業帶，水生態系統受到沿海排污影響較大。沿海岸線分布有眾多自然保護區，生物多樣性保護良好，經濟功能與環境保護功能并重。二級水生態功能分區結果如圖3所示。

圖3 江蘇省二級水生態功能分區

5 結束語

雖然國內外已有很多水生態功能分區的經驗，但對中國而言，水生態功能分區是一項全新的課題。中國對水生態功能分區的研究時日尚淺，不同的學者和學科對水生態功能分區這一概念有很多不同的理解和解釋。如何科學、合理地對流域進行水生態功能分區，如何尋求關鍵性的具有通適性的指標體系以及如何有效地對分區結果加以驗證尚需深入探討。

同時，要將水生態功能分區科學、合理地用于水污染控制、水生態修復和水資源管理，除了方法、體系等的研究需要進一步深入，其在水環境管理中的具體應用也需要加以研究探討。

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