生態清潔小流域三道防線小尺度劃分方法研究

于子鋮，王 琦，趙進勇，彭文啟，劉昌軍，韓會玲

（1.河北農業大學，河北 保定071001；2.中國水利水電科學研究院，北京100038）

生態清潔小流域建設是水利部首先在北京等地開展試點并推廣的水土保持生態建設項目，三道防線（或稱三區，即生態自然修復區、綜合治理區、河湖庫周邊生態保護區）劃分是生態清潔小流域建設的基礎。

北京市山區總面積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部門根據工作需要在大、小2個尺度上曾開展三道防線劃分研究［2］：大尺度是將全市山區作為一個整體單元，建立北京市山區三道防線劃分指標體系；小尺度是將每一個小流域作為一個單元，進行三道防線的劃分研究。目前，以小流域為單元的小尺度劃分方法和依據還較為模糊，尚無確切劃分方法，需進一步深入研究。

1 三道防線劃分指標體系分析及建立

1.1 指標體系的初步構建

生態清潔小流域建設主要是對三區防治措施分別進行合理布設。根據北京市近年來開展的水資源保護、小流域綜合治理實踐，分區布局、分區治理的措施主要有三類 21項［3］。 吳敬東等［4］認為，影響山區小流域生態狀況的人類活動主要有束窄溝道、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劃分應考慮的因素。根據《生態清潔小流域建設技術導則》（SL 534—2013）的相關規定和有關專家的研究，將三區特征指標進行匯總，見表1。

1.2 指標體系的簡化

三道防線的劃分既是理論問題，也是實踐問題［5］，實質是兩條界線的確定，即確認各區之間關鍵指標的差異，因此現有的指標體系可適當簡化。指標體系的簡化應遵循科學性原則、代表性原則、可操作性原則、實踐與理論相結合原則。

表1 三區特征指標匯總

（1）生態自然修復區與綜合治理區劃分的關鍵指標。生態自然修復區與綜合治理區之間的差異性指標主要有人類活動影響、植被蓋度、土地利用、坡度、坡位等，其中人類活動影響決定了污水收集及垃圾處理方式、化肥農藥施用情況等，而土地利用現狀、地形地貌決定了人類活動影響。祁生林等［6］認為地貌部位、土地利用狀況、坡度及植被蓋度在流域內的分布存在一定的規律性。根據《生態清潔小流域建設技術導則》對生態自然修復區措施配置“按植被疏密分別進行布局”的規定，植被蓋度不是劃分生態自然修復區的確定性依據。因此，分析認為地形地貌可作為這兩區劃分的關鍵性指標。

根據《中華人民共和國水土保持法》和《生態清潔小流域技術規范》（DB11/T 548—2008）對坡度及生態修復區的定義，按照現有大尺度三道防線劃分方法劃定生態修復區的指標之一是坡度≥25°。因此，可以將坡度≥25°作為生態自然修復區和綜合治理區邊界劃分的依據。

（2）綜合治理區與河湖庫周邊生態保護區劃分的關鍵指標。由于綜合治理區是措施布局的主要區域，人類活動影響最大，各類指標較為復雜，因此可把地形地貌相對明顯的溝（河）道及湖庫周邊生態保護區邊界作為兩區邊界，把水域分布、植被覆蓋情況（包括植被緩沖帶）、截污工程布設寬度、護岸工程及現有水工建筑物的分布情況、溝（河）道護岸建設情況作為主要參考指標。

2 小尺度三道防線劃分方法研究

2.1 現有劃分方法

齊實［7］曾提出小尺度三道防線劃分方法和步驟，建議采用緩沖區法或土地利用類型法進行判定。緩沖區法一般按河道（水系）的緩沖區寬度（一般為2～8 m）確定河湖庫周邊生態保護區，土地利用類型法把河道（岸）兩側的土地利用類型和對水環境的影響作為第三道防線的劃分依據。實際工作中小流域三道防線劃分往往根據溝（河）道具體部位和情況，綜合考慮以上兩種方法，對第三道防線進行劃分。無論哪種方法，都是以水域范圍為基礎。

2.2 水域范圍與河道管理范圍劃定

山區河道的水域和護岸范圍確定是一項相對復雜的工作，不同小流域的溝（河）道狀況存在較大差異。北京市各區（縣）均對水系進行了詳細的規劃，各水系均有其明確的管理范圍。

《中華人民共和國防洪法》及《中華人民共和國河道管理條例》對河道管理有明確的規定。

北京市對于山區溝（河）道的防洪標準和相關規劃都比較完備，如《北京市市屬水利工程管理范圍、保護范圍、清障范圍》劃定了主要河道、水庫、橡膠壩等水利工程的管理范圍和保護范圍。對于無堤防河道，其設計洪水淹沒線是規定的管理范圍界線，如《懷柔區防洪規劃》規定“防洪標準為20年一遇的河段，河道管理范圍由河道設計洪水位確定，為河道20年一遇洪水位邊線”［8］。因此，小流域治理工作應與溝（河）道所在流域的防洪規劃、水系治理規劃等相協調，治理標準及管理范圍應一致。

綜上所述，可根據各溝（河）道的相關規劃、護岸工程確定河道管理范圍，以水域或護岸外緣控制線作為水域范圍邊線。

2.3 已建生態清潔小流域三道防線劃分方法調研

2017年7—10月筆者對北京市各區（縣）已建清潔小流域的特征、類型等進行調研后，選取大甸子、四窩鋪、大溝、楊樹下、莊戶溝等十余條典型小流域進行深入分析。現對典型小流域的設計資料及地形數據等統計、匯總、歸納如下。

（1）生態自然修復區的劃分均以地面坡度25°為標準，該區其他指標如植被覆蓋度、人類活動影響、土地利用等具有明顯一致的相關關系，區域內均為植被覆蓋度高、人類活動影響少、位于坡頂的次生林或水土保持林。

（2）河湖庫周邊生態保護區治理措施較為單一，一般以現狀自然溝道形態為主，在滿足行洪要求的前提下進行局部整治，但現有的劃分依據較為模糊。

（3）現有生態清潔小流域建設往往包括對主溝或一級支溝溝道的治理，各溝道治理的防洪標準基本為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）道多有護岸，非鄉村段溝（河）道兩側植被緩沖帶特征明顯。

綜上所述，認為：坡度是確定生態自然修復區的確定性指標，可作為劃分該區的唯一依據；水域范圍應以防洪治理標準為確定依據，在劃分河湖庫周邊生態保護區時充分考慮溝（河）道兩側現有林草地緩沖帶分布，以滿足水源保護要求，應根據溝（河）道防護特征分段確定，并與防洪工程布設、河道管理范圍相協調。

2.4 劃分指標的確定

2.4.1 坡 度

坡度≥25°作為確定封育范圍的依據，在水土保持有關法律法規、條例及規范中都有明確規定，且在實際應用中也較為合理，因此可作為劃定生態自然修復區的唯一指標。

2.4.2 水域及護岸范圍

水域及護岸范圍是確定河湖庫周邊整治區的基礎，應在劃分時與溝（河）道管理范圍相一致。

北京市把高程100 m等高線以上、地面坡度≥5°的區域內河流歸屬于山區河流［9］。劃定水域及護岸范圍時，應根據其具體情況分段進行。已建有堤防工程的河段，應根據其管理范圍確定；對于無堤防的溝（河）道，其管理范圍控制線根據歷史最高洪水位或設計洪水位來確定。值得指出的是，河道管理范圍還包括各類防洪工程、水資源利用與保護工程、生態環境保護工程，因此在劃定時應根據工程建設規劃要求，預留工程建設用地，并在此基礎上確定管理范圍邊界線。

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植被帶，又稱為濱岸植被緩沖帶［10］，具有保持水土、減少農業廢水對流域水體的污染、保護生物多樣性等多種功能［11］。

美國農業部林務局（USDA-FS）1991年制定的《河岸植被緩沖帶區劃標準》規定在三區緩沖帶中，第1個緩沖帶的寬度為4.5 m，第2個區域寬度為18.0 m，第3個區域寬度為6.0 m［11］。目前，關于有效控制污染物的緩沖帶最小寬度認識差別較大，有些學者建議為10 m［12］，而有的學者通過試驗認為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］認為，緩沖帶寬度應達到20 m；Mander在研究了愛沙尼亞和美國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）。筆者認為，溝（河）道緩沖帶的寬度應為5～20 m，最小極限寬度為3 m；湖庫的緩沖帶最小寬度應為20 m，并與其防護林保護范圍一致；對于地下截污工程而言，其寬度可與緩沖帶寬度重合。

2.5 三道防線劃分方法

綜上，對小流域三道防線劃分方法總結如下。

（1）由坡度確定生態自然修復區的范圍，25°是劃分標準。

（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周邊生態保護區。依據溝（河）道堤防建設及兩岸緩沖帶分布情況、土地利用情況、水利工程建設情況，對溝（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劃分結果。

（3）劃分生態自然修復區和河湖庫周邊生態保護區后，這兩區之間的范圍即為綜合治理區。

3 劃分方法的驗證

選取北京市平谷區某典型小流域進行驗證。該小流域屬于燕山山脈崗臺階地，總體地勢北高南低，地貌以低山丘陵為主，東、西、北三面環山，南部為平原，流域面積為18.37 km2，流域內林草平均覆蓋度為84%，地表坡度在35°以內。

原小流域治理對三道防線的劃分結果（見圖1）為：生態修復區位于流域內的山頂或坡地上部，坡度一般大于25°，面積約為3.16 km2；綜合治理區位于坡地中下部和坡腳，坡度小于25°，面積約為14.25 km2；生態保護區主要位于河流周邊，面積約為0.96 km2，是水環境敏感區，地表水容易受污染。

圖1 原三道防線劃分結果

本次三道防線劃分驗證，首先，由GIS生成地面坡度圖，確定地面坡度≥25°的區域；然后，在確定小流域主溝道的基礎上，識別小流域內各類水系工程，根據溝道類型、形態、防護狀況、兩側占地及土地利用類型對溝道進行分段，分段確定溝（河）道岸線外緣控制線和管理范圍、緩沖綠化帶范圍，從而確定小流域溝（河）道周邊生態保護區范圍；最后，根據原生態清潔小流域建設規劃設計進行修正，原設計中局部排洪細溝也列入溝（河）道周邊生態保護區范圍，由于無截污工程布設，因此其占地無需考慮，最終的劃分結果見圖2。

由圖1、圖2可以看出：以坡度≥25°為劃分依據的生態自然修復區劃分范圍與原小流域治理中劃分范圍基本一致，表明以坡度為生態自然修復區的劃分指標可操作性較強，且結果精確合理；現有水利工程對小流域三區劃分結果影響較大，小流域北部西域水庫的存在造成原規劃中對小流域主溝道識別及劃分出現中斷現象，把一級支溝誤認為是河道主溝道，同時該水庫管理范圍未納入河湖庫周邊生態保護區；本次研究，合理設置緩沖帶以后的灘地區溝（河）道生態保護區范圍隨地勢從上游至下游逐漸加寬，并與兩岸灘地農田進行了有效的分割，可實現對河道的有效管理和保護。

圖2 本次研究三道防線劃分結果

4 結 語

三道防線劃分即確定生態自然修復區與綜合治理區之間、綜合治理區與河湖庫周邊生態保護區之間的界線。本研究以現有三道防線劃分方法為基礎，對劃分指標體系和典型小流域進行調研分析，提出并實例驗證了小流域三道防線小尺度劃分方法：坡度是確定生態自然修復區范圍的關鍵性指標，25°是劃分標準；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周邊生態保護區；生態自然修復區和河湖庫周邊生態保護區之間的范圍即為綜合治理區。