基于生態紅線劃定的小流域生態保護開發研究

邢夢雅 劉婭莉 楊小妹 查葉 張冀文

摘 要：劃定生態保護紅線是加快生態文明制度建設的重要內容，在我國省級生態保護紅線基本劃定基礎上，開展小流域尺度生態保護紅線評估研究工作勢在必行。以黃河上游黃土丘陵溝壑區雷壇河小流域為例，探討了生態保護紅線的劃定方法：從水系結構功能性、土地生態敏感性、經濟社會影響性三個方面建立小流域生態功能評價指標體系，采用層次分析法、專家評分法確定評價指標權重，采用評價指標加權疊加法計算小流域生態承載力綜合指數。結果表明：雷壇河小流域生態承載力綜合指數域為[0.36，6.60]，將[3.00，6.60]的區域劃定為生態紅線區、[1.50，3.00）的區域劃定為生態黃線區、[0.36，1.50）的區域劃定為生態綠線區，據此確定生態紅線區面積為46.7 km2、占比18.0%，生態黃線區面積為95.7 km2、占比36.9%，生態綠線區面積為116.9 km2、占比45.1%。雷壇河小流域屬黃河流域同類小流域生態基底較好者，具有較好的生態保護條件與開發價值，建議將其作為典型生態小流域進行重點保護開發，為同類生態小流域建設樹立典型、積累經驗。

關鍵詞：生態保護紅線;水土流失;雷壇河小流域;黃河流域

中圖分類號：S157.2;TV882.1 文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.07.023 引用格式：邢夢雅，劉婭莉，楊小妹，等.基于生態紅線劃定的小流域生態保護開發研究[J].人民黃河，2021，43（7）：120-123，140.

Abstract： Delineation of the ecological protection redline is significant to the construction of ecological civilization. It is imperative to carry out the work in ecological protection redlines of small watersheds at provincial levels. Taking Leitan River small watershed in the gullied rolling loess area of the upper Yellow River as an example， the paper discussed the general method for delineating ecological protection redlines. Firstly， it established the evaluation index system of ecological effect， including river system structure function， land ecological sensitivity and economic-social influence. Secondly， it adopted analytic hierarchy process and expert scoring method to determine the weight of evaluation index field. Finally， it calculated the comprehensive index of ecological carrying capacity by weighted superposition method. The results show that the comprehensive index field of ecological carrying capacity is [0.36，6.60]， taking the field of [3.00，6.60] as ecological redline zone， field of [1.50，3.00） as yellow line zone and [0.36，1.50） as green line area. Thus， the determined area of redline zone is 46.7 km2， accounting for 18.0%， the area of yellow line is 95.7 km2， accounting for 36.9% and the area of green line zone is 116.9 km2， accounting for 45.1% correspondingly. Overall， the small watershed is a better ecological base one in similar small watersheds of the Yellow River basin， having good ecological protection conditions and development value. Therefore， it suggests taking it as a typical ecological small watershed for special protection and developed in order to establish a model for similar ecological small watershed construction and accumulate experience.

Key words： ecological protection redlines; soil erosion; Leitan River small watershed; Yellow River basin

中共中央辦公廳、國務院辦公廳于2017年印發的《關于劃定并嚴守生態保護紅線的若干意見》提出：生態保護紅線是在生態空間范圍內具有特殊重要生態功能、必須強制性嚴格保護的重要區域，是保障與維護國家生態安全的底線及生命線，通常包括具有重要水源涵養、生物多樣性維護、水土保持、防風固沙、海岸生態穩定等功能的生態功能區域，以及水土流失、土地沙化、石漠化、鹽漬化等生態環境敏感脆弱區域。國外與其類似的概念有自然保護區網絡[1]、國家公園體系[2]、特別自然生態保護區域[3]等。劃定生態保護紅線是加快生態文明制度建設的重要內容，對于維護自然生態系統服務功能持續穩定發揮、保障國家與區域生態安全格局具有關鍵作用，是遏制生態環境退化的迫切需要及有效手段。高吉喜等[4]通過分析生態保護紅線劃定面臨的問題等，提出了保障生態保護紅線落地的生態文明制度;李永格等[5]對劃定祁連山生態紅線進行了研究;溫煜華等[6]對黃河干支流重要水源補給區生態保護紅線的劃定進行了研究;徐德琳等[7]采用最小累計阻力模型，構建了基于生態保護紅線的佳木斯市生態安全格局。目前，我國省級生態保護紅線基本劃定，隨著生態保護紅線落地工作起步，在與上位規劃銜接基礎上開展小流域尺度的生態保護紅線劃定與生態安全評估研究工作勢在必行。本文以黃河上游黃土丘陵溝壑區雷壇河小流域為例，構建小流域生態承載力評價指標體系，劃定生態保護紅線并分析在水系結構、土地生態、經濟社會因素影響下的生態安全格局，以期為同類小流域生態保護提供參考。

1 研究區概況

雷壇河為蘭州市黃河南岸一級支流，流域面積259.3 km2，自南向北流經榆中縣、七里河區、城關區，全長約43.4 km，多年平均徑流量337.1萬m3。

該流域屬溫帶半干旱大陸性季風氣候區，多年平均日照時數2 360.4 h、無霜期180 d、降水量322.1 mm、水面蒸發量1 504.8 mm，為典型的干旱區小流域，水土流失嚴重，屬甘青寧黃土丘陵國家級及甘肅省省級水土流失重點治理區。流域內自然、人文資源條件較好，有石佛溝國家級森林公園、興遠古寺等市級文物保護單位（景源）;省道S101南北貫穿流域，沿線花寨子、阿甘、水磨灘等村鎮民風淳樸。

2 研究方法

（1）構建生態功能評價指標體系。根據雷壇河小流域自然、人文條件及生態環境特征，從水系結構功能性、土地生態敏感性、經濟社會影響性三方面構建生態功能評價指標體系，評價指標的確定遵循代表性、易操作性、易獲性、綜合性、系統性原則，采用層次分析法和專家評分法確定評價指標權重[8]，見表1。

（2）數據及來源。DEM數據源自地理空間數據云，分辨率為30 m×30 m，地理坐標系統為GCS_WGS_1984Web墨卡托投影，地面坡度、水系結構通過ArcGIS分析得出。氣象數據源自中國氣象科學數據共享網，包括2019年5—10月的月降水量、日降水量等數據。土地利用數據取自地理數據云，分辨率為5 m×5 m。公路數據源于OSM開源地圖矢量數據庫。自然、人文景源位置及緩沖區大小通過實地調研，結合有關資料來確定。

（3）數據處理。數據處理利用ArcGIS軟件，考慮水系線性特征，以1 m×1 m柵格單元為評價指標數據載體，根據當地實際情況及已有研究成果、有關標準，對單因子數據圖層進行定量化分析，采用Strahler法對水系（溝道）進行分級;采用評價指標加權疊加法計算小流域生態承載力綜合指數;采用通用土壤流失方程計算年均土壤流失量：

式中：A為單位面積土壤流失量，即土壤侵蝕模數，t/（km2·a）;R為降雨侵蝕力因子，取3 250 MJ·mm/（km2·h·a）[9];K為土壤可蝕性因子，取0.40 t·h/（MJ·mm）;LS為地形因子，按式（2）計算;C為植被覆蓋因子，按土地利用類型取值，森林取0.003、灌木林取0.04、草地取0.07、梯田及稀植坡地取0.05、建設用地取0.002;P為水土保持措施因子，取0.9。

LS=（65.41sin2S+4.56sin S+0.065）（L/22.13）m（2）

式中：S為坡度，°;L為坡長，m;m為坡長指數，當sin S>0.05時m=0.5，當sin S=0.03～0.05時m=0.4，當sin S=0.01～0.03時m=0.3，當sin S<0.01時m=0.2。

（4）評價指標賦分標準。采用自然間斷點分級法[10]進行小流域生態功能評價，各評價指標分級賦分標準見表2。

3 評價結果與分析

3.1 單因子賦分結果

雷壇河小流域生態功能評價各單因子賦分結果見圖1。

3.2 主要影響因子分析

3.2.1 水系結構功能性分析

水系是流域生態系統的重要廊道，不同級別溝道對流域生態功能的作用與影響程度不同。雷壇河小流域3級溝道（骨干河道）南北貫穿整個流域，形成一條總長約38.0 km的生態廊道;2級溝道由一定規模坡面支溝匯集發育形成，作為納支入干連通廊道，總長度約17.1 km;1級溝道發源于山坡溝壑，可形成挾沙水流，總長度約70.4 km。由于該小流域中上游位于峽谷地帶，大量1級支溝直接匯入3級溝道，因此支溝水流泥沙特性對干流的影響較顯著。考慮區域水文地質條件及人類活動影響，1、2、3級溝道兩側緩沖區范圍（寬度）分別確定為10、50、100 m。

3.2.2 土地生態敏感性分析

土地生態敏感性綜合反映流域土地生態價值，是小流域土地生態紅線劃定的重要依據。由圖2可知，雷壇河小流域土地生態敏感性高的區域主要集中在流域中部（高山林區）及3級溝道兩側約1.5 km以內，土地利用類型以梯田、稀植坡地為主;下游土地利用類型以坡耕地、建設用地等為主，受人類活動影響明顯增強，生態敏感性集中體現為中度敏感及以下水平。

3.2.3 土壤流失量分析

雷壇河小流域地表坡度最小為2.89°、最大為78.3°，土壤侵蝕模數多年平均值為3 500 t/（km2·a）、最大達5 500 t/（km2·a），屬中度-強烈土壤侵蝕區。該小流域所在區域（黃土丘陵溝壑區）土壤容許流失量為1 000 t/（km2·a），該區同類小流域年均土壤侵蝕模數為3 000～8 000 t/（km2·a）。

由表3及圖3可知：雷壇河小流域溝頭侵蝕較嚴重，土壤流失量大，流域上中游地區支溝源頭部位侵蝕溝密度較大，土壤流失量在5 000 t/（km2·a）以上，侵蝕面積約為35.59 km2，占比13.73%;中下游地區面蝕特征明顯，面蝕主要發生在梁峁、稀植坡面上，土壤侵蝕模數為2 500～5 000 t/（km2·a），侵蝕總量在60萬t/a以上。

針對雷壇河小流域土壤侵蝕現狀及分級分布特征，因地制宜提出總體整治方案：以溝頭整治為重點，植樹造林，蓄水保土，穩固山坡;河溝上游設攔沙谷坊，攔截泥流中固體物質，降低水流泥沙含量;中下游溝道采取固床、護坡、疏導等治理措施，減輕水流對沿岸溝壑的沖刷側蝕。

3.2.4 經濟社會影響性分析

經濟社會影響性分析側重于流域內景源斑塊及交通廊道的價值與影響，以識別流域特色生態文明建設區的主要因子。雷壇河小流域自然景源以流域中部森林保護區、煤礦生產資源區為主，佛寺道觀等人文景源則主要分布在北部城區。流域內路網以省道S101為軸線，整體呈北密南疏格局，是各景源斑塊間連接廊道，交通活動影響度高。計算路網緩沖區與流域面積之比，得出流域內交通活動影響范圍占比為60.0%;各景源交通可達性良好，均位于公路100 m緩沖區范圍內。

3.3 基于生態保護紅線的小流域生態安全格局

根據生態功能評價指標體系中各指標分級計算（賦分）結果和各指標權重，對雷壇河小流域各指標層進行疊加分析，得到該小流域生態承載力綜合指數域為[0.36，6.60]，將綜合指數為[3.00，6.60]的區域劃定為生態紅線區，將綜合指數為[1.50，3.00）的區域劃定為生態黃線區，將綜合指數為[0.36，1.50）的區域劃定為生態綠線區，得到圖4所示該小流域生態安全格局。

生態紅線區面積約46.7 km2，占流域總面積的18.0%，包括干流生態廊道、景源核心區、森林保護區及溝頭保護區，具有水系功能重要、土地生態敏感性強、經濟社會影響突出的特征。干流生態廊道是整個流域最重要的輸水生態廊道，景源核心區是景源斑塊中觀賞價值最高區，森林保護區是生態系統的重要組成部分，溝頭保護區則是流域水土流失治理的重點區域，這些區域均應采取最嚴格的管控措施，最大限度保障其生態承載力。

生態黃線區面積約95.7 km2，占流域總面積的36.9%，主要包括馬銜山區、部分支溝及干流臨水區等，具有水系功能較重要、土地生態敏感性較強、經濟社會影響較大的特征，該區域具有生態緩沖區、景源過渡帶等作用，應采取生態優先、預防為主的控制性開發政策。

生態綠線區面積約116.9 km2，占流域總面積的45.1%，主要包括流域中東部山區、建設用地區等，具有水系功能低、土地生態敏感性較弱、經濟社會影響一般的特征，該區生態保護與開發政策導向以基本生態功能保護、合理開發利用為主，可作為生態旅游備用區。

4 結 語

從水系結構功能性、土地生態敏感性、經濟社會影響性三個方面建立小流域生態功能評價指標體系，采用層次分析法和專家評分法確定評價指標權重，采用評價指標加權疊加法計算的雷壇河小流域生態承載力綜合指數域為[0.36，6.60]，將綜合指數為[3.00，6.60]的區域劃定為生態紅線區，將綜合指數為[1.50，3.00）的區域劃定為生態黃線區，將綜合指數為[0.36，1.50）的區域劃定為生態綠線區，據此劃分的生態紅線區面積為46.7 km2、占比18.0%，生態黃線區面積為95.7 km2、占比36.9%，生態綠線區面積為116.9 km2、占比45.1%。

水土流失是黃河流域最重要的生態問題，是造成黃河復雜難治的根本原因。雷壇河小流域屬西北黃土高原黃土丘陵溝壑區，現狀土壤侵蝕強度屬中度-強烈，與黃河流域同類小流域相比生態基底較好，且流域中下游位于蘭州城區，具有較好的生態保護條件與開發價值，建議作為典型生態小流域進行重點建設，為黃河流域同類小流域生態保護與開發樹立典型、積累經驗。

參考文獻：

[1] 張風春，朱留財，彭寧.歐盟Natural2000：自然保護區的典范[J].環境保護，2011，39（6）： 73-74.

[2] BRUNER A G， GULLISON R E. Effectiveness of Parks in Protecting Tropical Biodiversity[J].Science，2001，291（5501）： 125-128.

[3] THERESA F， DAVID O. Institutional Instability and the Challenges of Protected Area Management in Russia[J]. Society & Natural Resources，2012，25（2）： 191-202.

[4] 高吉喜，鄒長新，鄭好.推進生態保護紅線落地 保障生態文明制度建設[J].環境保護，2015，43（11）： 26-29.

[5] 李永格，李宗省，馮起，等.基于生態紅線劃定的祁連山生態保護性開發研究[J].生態學報，2019，39（7）： 2343-2352.

[6] 溫煜華，王乃昂，嚴欣榮.黃河重要水源補給區生態紅線劃定研究[J].干旱區地理，2019，42（9）： 1-10.

[7] 徐德琳，鄒長新，裴文明，等.基于生態保護紅線的佳木斯市生態安全格局構建[J].環境生態學，2019，1（4）： 8-14.

[8] 呂雙慶.應用Excel計算判斷矩陣特征向量和特征根：以七階判斷矩陣為例[J].科技風，2015（6）： 29.

[9] 王萬中，焦菊英，郝小平，等.中國降雨侵蝕力R值的計算與分布[J].水土保持學報，1995，9（4）：5-18.

[10] 王飛.人類活動對區域水土流失影響的定量評價[D].楊凌：西北農林科技大學，2004：30-40.

【責任編輯 張智民】