大通湖流域水環(huán)境控制單元劃分及其管控對策

李玉山 成應(yīng)向 葛 飛*

(1.湘潭大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，湖南 湘潭 411105；2.湖南省環(huán)境保護科學(xué)研究院，長沙 410014)

流域控制單元的劃分是當(dāng)前國內(nèi)外流域?qū)嵤┧h(huán)境精細化管理的一種發(fā)展趨勢[1]。在流域水環(huán)境管理中，將整個流域劃分為多個控制單元進行精細化管理，可以使復(fù)雜的流域水環(huán)境問題簡單化、細化，從而使流域水環(huán)境問題得到有效治理。目前，國際上應(yīng)用控制單元進行水環(huán)境管理做的較好的是美國[2-7]，它已經(jīng)建立起完整的TMDL流域水環(huán)境管理體系。而在國內(nèi)，隨著近年來“三線一單”( 生態(tài)保護紅線、環(huán)境質(zhì)量底線、資源利用上線和環(huán)境準入負面清單)的提出，對控制單元的劃分研究逐漸受到相關(guān)人員的重視。根據(jù)目前的文獻資料[8-20]，國內(nèi)對水環(huán)境控制單元的劃分研究主要集中在劃分指標(biāo)、劃分方法和控制單元尺度方面。對于控制單元劃分指標(biāo)，研究逐漸從單一劃分指標(biāo)(行政區(qū)劃或流域范圍)向多指標(biāo)(流域范圍、行政區(qū)劃、監(jiān)測斷面、水功能區(qū)劃等)綜合考慮轉(zhuǎn)變。對于控制單元劃分方法，目前基本采用ArcGis水文分析法，首先提取流域水系及匯水范圍，然后疊加行政區(qū)劃等確定控制單元。對于控制單元劃分尺度，當(dāng)前研究較多的是地市級、大流域控制單元的劃分，而對于縣鎮(zhèn)(鄉(xiāng))級、人工干預(yù)(人工電排渠和運河)較為突出的平原河網(wǎng)地區(qū)小流域的劃分則幾乎處于空白狀態(tài)。大通湖流域作為平原河網(wǎng)地區(qū)小流域，由于水質(zhì)污染較為嚴重，“十三五”期間被環(huán)保部認定為益陽市四個水質(zhì)需改善國家控制單元之一。在此背景下，為了有效進行大通湖流域水環(huán)境治理，研究以“三線一單”環(huán)境管控單元劃分結(jié)果為基礎(chǔ)，綜合流域?qū)嶋H情況，同時將水功能區(qū)劃河湖整合到控制單元劃分過程當(dāng)中，實現(xiàn)對大通湖流域國控單元的進一步劃分。劃分結(jié)果能夠充分體現(xiàn)研究區(qū)水污染特征，有效整合了現(xiàn)有水功能區(qū)劃監(jiān)測體系和其它河渠監(jiān)測體系，有效銜接了“三線一單”中環(huán)境管控單元劃分的基本要求和劃分結(jié)果，使其更加便于行政管理和相關(guān)水環(huán)境管理項目的實施。更重要的是，基于劃分結(jié)果，結(jié)合水功能規(guī)劃河湖和“三線一單”中優(yōu)先管控單元、重點管控單元以及一般管控單元中的相關(guān)鄉(xiāng)鎮(zhèn),建立大通湖流域“優(yōu)先控制單元-優(yōu)先控制鄉(xiāng)鎮(zhèn)-優(yōu)先控制河湖”三級水環(huán)境管理體系，從而實現(xiàn)大通湖流域水環(huán)境精細化、差異化管理。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置與行政區(qū)劃

大通湖位于湖南省益陽市北部，西面、北面與南縣相鄰，東面、南面與大通湖區(qū)接壤，并與沅江市四季紅鎮(zhèn)相連，是洞庭湖湖中之湖，隸屬于大通湖區(qū)管轄。湖泊面積82.7 km2。湖面東西極長15.75 km,南北寬13.7 km,形狀近似三角形。湖岸堤線長約50 km,平均水深2.5 m,常年蓄水2.32億m3。 地理區(qū)域處于東經(jīng)112°17'～112°42',北緯29°4'～29°22'之間。根據(jù)2020年中國社會統(tǒng)計年鑒，大通湖流域包括南縣、大通湖區(qū)和沅江市三個縣級行政區(qū)域的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)。具體包括南縣青樹嘴鎮(zhèn)、明山頭鎮(zhèn)、烏嘴鄉(xiāng)、華閣鎮(zhèn)胡子口河以西部分地區(qū)、茅草街鎮(zhèn)沱江以東部分地區(qū)，大通湖區(qū)北洲子鎮(zhèn)、河壩鎮(zhèn)、千山紅鎮(zhèn)、金盆鎮(zhèn)、南灣湖農(nóng)副業(yè)基地，沅江市四季紅鎮(zhèn)、陽羅洲鎮(zhèn)、草尾鎮(zhèn)和黃茅洲鎮(zhèn)塞陽運河以西部分地區(qū)，合計12鎮(zhèn)1鄉(xiāng)1農(nóng)副業(yè)基地。

1.2 水功能規(guī)劃河湖

根據(jù)《湖南省主要地表水系水功能區(qū)劃》和《益陽市水功能區(qū)劃》規(guī)定，大通湖流域共劃分有10個二級水功能區(qū)，詳見表1和圖1。

表1 水功能規(guī)劃河湖表

1.3 監(jiān)測斷面分布

為了及時了解大通湖渠道水質(zhì)情況。根據(jù)現(xiàn)有資料，目前大通湖流域設(shè)置有36個市控監(jiān)測斷面和1個國控監(jiān)測斷面。具體分布如圖2所示。

2 研究區(qū)控制單元劃分

2.1 劃分原則與劃分指標(biāo)

(1)劃分原則

控制單元劃分原則是控制單元劃分技術(shù)流程實現(xiàn)的基礎(chǔ)[1,21]。根據(jù)國內(nèi)外對水環(huán)境控制單元劃分的研究，結(jié)合大通湖流域水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的特征以及劃分后各控制單元管理統(tǒng)計的需要等，本文控制單元劃分遵循以下5個原則：①水系完整性原則，②水體類型隔離原則，③水生態(tài)分區(qū)完整性原則，④清潔邊界原則，⑤便于管理、易于實施原則 。

(2)劃分指標(biāo)

圖1 大通湖流域水功能規(guī)劃河湖圖

圖2 大通湖流域控制斷面分布圖

要想使控制單元劃分結(jié)果更具流域管理的可行性，就要根據(jù)研究區(qū)實際情況和水環(huán)境管理要求選擇合適的劃分指標(biāo)。

大通湖流域控制單元劃分主要考慮以下幾類指標(biāo):①自然地理指標(biāo)：包括流域地形地貌、水系空間分布等；②水生態(tài)和水環(huán)境指標(biāo)：包括水生態(tài)功能分區(qū)、主要污染源分布和控制斷面分布等；③社會經(jīng)濟指標(biāo)：主要包括流域行政區(qū)劃圖等。

2.2 劃分步驟

為了使研究區(qū)控制單元劃分結(jié)果更加合理且更具有可實施性，我們根據(jù)劃分原則，結(jié)合劃分指標(biāo)，采用逐層劃分的方式，最終獲得劃分結(jié)果。

(1)一層劃分：基于流域全覆蓋性原則和水系完整性原則，首先選取匯水范圍能夠覆蓋整個流域的河渠、湖泊，利用ArcGIS繪圖軟件進行匯水范圍繪制，匯水范圍界限不明顯的多條河渠、湖泊合并到一個匯水范圍內(nèi)，最終將不同的匯水范圍作為一層劃分結(jié)果。基于水體類型隔離原則，將大通湖內(nèi)湖作為獨立的控制單元進行后續(xù)水環(huán)境管理。

(2)二層劃分：基于水生態(tài)分區(qū)完整性原則，在一層劃分結(jié)果的基礎(chǔ)上，將水生態(tài)功能規(guī)劃圖疊加上去，對同一條河流不同的水功能規(guī)劃河段進行再分配，對不同控制單元或不同河流具有相同水功能規(guī)劃的河段進行再合并，在此基礎(chǔ)上對一層劃分結(jié)果進行合理調(diào)整，得出二層劃分結(jié)果。

(3)三層劃分：首先基于便于管理、易于實施原則，在一層劃分的結(jié)果上，將研究區(qū)行政區(qū)劃圖疊加上去，并充分考慮研究區(qū)現(xiàn)有監(jiān)測斷面和主要污染源分布現(xiàn)狀，對二層劃分結(jié)果進行合理調(diào)整，盡可能的使最小行政單位不跨多個控制單元或者同一個控制單元不跨多個行政單位，以便于后續(xù)管控政策的實施。其次，基于清潔邊界原則，將水質(zhì)目標(biāo)較高的清潔水區(qū)域作為控制單元之間的邊界，以便于獨立制定控制單元水質(zhì)目標(biāo)管理方案。最后，根據(jù)DEM高程數(shù)據(jù)和湖泊概況，對整個研究區(qū)的流域邊界進行人工修整，得出最終劃分結(jié)果。

2.3 劃分結(jié)果及命名

通過三層劃分，最終大通湖流域控制單元的劃分結(jié)果如圖3所示。

圖3 大通湖流域控制單元劃分圖

目前，國內(nèi)外關(guān)于流域控制單元的命名并未形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準[22]。因此，根據(jù)大通湖流域?qū)嶋H情況，將控制單元分別命名為101烏嘴鄉(xiāng)-明山頭鎮(zhèn)控制單元、102河壩鎮(zhèn)-金盆鎮(zhèn)控制單元、103四季紅鎮(zhèn)控制單元、104草尾鎮(zhèn)-陽羅洲鎮(zhèn)控制單元、105千山紅鎮(zhèn)-南灣湖控制單元、106茅草街鎮(zhèn)-青樹嘴鎮(zhèn)控制單元和107大通湖控制單元。

2.4 與“三線一單”劃定的環(huán)境管控單元的聯(lián)系與區(qū)別

2.4.1 劃分結(jié)果對比分析

根據(jù)益陽市2021年12月公開的相關(guān)資料及環(huán)境管控單元圖(圖4)，對比研究劃分結(jié)果可知，“三線一單”中，烏嘴鄉(xiāng)與和河壩鎮(zhèn)部分區(qū)域合并成了一個管控單元(包括大通湖湖體)，河壩鎮(zhèn)剩余區(qū)域(主要是河壩鎮(zhèn)相關(guān)街道，約17.54 km2)作為一個獨立的控制單元，明山頭鎮(zhèn)則與南縣華閣鎮(zhèn)，大通湖區(qū)北洲子鎮(zhèn)、金盆鎮(zhèn)合并成了一個控制單元，而研究劃分結(jié)果則是將烏嘴鄉(xiāng)和明山頭鎮(zhèn)劃分成了一個控制單元(101控制單元)，華閣鎮(zhèn)(大通湖流域部分)、河壩鎮(zhèn)、北洲子鎮(zhèn)和金盆鎮(zhèn)合并成了一個控制單元(102控制單元)，大通湖湖體作為獨立的控制單元(107控制單元)；“三線一單”中將沅江市四季紅鎮(zhèn)、陽羅洲鎮(zhèn)和黃茅洲鎮(zhèn)(包括非大通湖流域部分)劃分為一個管控單元，而沅江市草尾鎮(zhèn)和大通湖區(qū)千山紅鎮(zhèn)合并成了一個管控單元，南灣湖農(nóng)副業(yè)基地作為獨立的控制單元。研究劃分結(jié)果則將四季紅鎮(zhèn)作為獨立的控制單元(103控制單元)，沅江市草尾鎮(zhèn)、陽羅洲鎮(zhèn)和黃茅洲鎮(zhèn)(大通湖流域部分)合并成一個控制單元(104控制單元)，大通湖區(qū)千山紅鎮(zhèn)與南灣湖農(nóng)副業(yè)基地合并成一個控制單元(105控制單元)。“三線一單”中南縣茅草街鎮(zhèn)(大通湖流域部分)和南縣其他部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)劃分到了一個管控單元，青樹嘴鎮(zhèn)作為一個獨立的控制單元進行管控。研究劃分結(jié)果將青樹嘴鎮(zhèn)與茅草街鎮(zhèn)合并成了一個控制單元(106控制單元)。 具體劃分結(jié)果見圖4和圖5。

事實上，“三線一單”環(huán)境管控單元與原益陽市劃分的水環(huán)境管控分區(qū)基本重合。值得區(qū)別的一點是，“三線一單”環(huán)境管控單元中的重點管控單元在水環(huán)境管控分區(qū)中分為了水工業(yè)重點管控區(qū)和水城市重點管控區(qū)，另外，“三線一單”中沅江市四季紅鎮(zhèn)、陽羅洲鎮(zhèn)和黃茅洲鎮(zhèn)(包括非大通湖流域部分)三鎮(zhèn)屬于一個優(yōu)先管控單元，而在水環(huán)境管控分區(qū)中則屬于一般管控區(qū)。基于上述情況，文中我們僅僅將研究劃分的控制單元與“三線一單”環(huán)境管控單元進行對比分析。

圖4 益陽市環(huán)境管控單元圖

圖5 大通湖流域“三線一單”環(huán)境管控單元圖

2.4.2 二者的聯(lián)系與區(qū)別

通過對“三線一單”相關(guān)內(nèi)容[23-32]以及文件資料的分析研究認為，研究劃分結(jié)果與“三線一單”環(huán)境管控單元既有一定的聯(lián)系，又存在一定的區(qū)別。

二者的聯(lián)系是，研究劃分的控制單元是以“三線一單”環(huán)境管控單元成果為基礎(chǔ)而得出的，都是以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為最小行政管理單位的管控區(qū)域。基于研究劃分結(jié)果，結(jié)合“三線一單”環(huán)境管控單元可以構(gòu)建相應(yīng)的大通湖流域水環(huán)境管理體系(詳見3.1)。區(qū)別是，一方面，研究是以大通湖流域為對象，重點統(tǒng)籌考慮行政管理和流域管理而劃分的水環(huán)境控制單元，其目標(biāo)是整體改善大通湖流域水質(zhì)污染狀況。而根據(jù)文件資料，“三線一單”環(huán)境管控單元是一種基于行政區(qū)劃的綜合性的環(huán)境管控單元，分成了優(yōu)先管控單元、重點管控單元和一般管控單元三類，其目標(biāo)是建立生態(tài)環(huán)境分區(qū)管控體系，實現(xiàn)環(huán)境治理體系和治理能力現(xiàn)代化。此外，文件資料明確了“三線一單”環(huán)境管控單元劃分過程中把大通湖區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)納入到了南縣和沅江市當(dāng)中。而研究劃分過程則是按照現(xiàn)有行政區(qū)劃(大通湖區(qū)、南縣、沅江市)進行的控制單元劃分。

3 基于控制單元的管控對策

在2.3節(jié)控制單元劃分結(jié)果的基礎(chǔ)之上，結(jié)合相關(guān)資料和研究區(qū)實際情況，我們提出了相應(yīng)的水環(huán)境管控對策[33-34]。

3.1 構(gòu)建水環(huán)境管理體系

根據(jù)“三線一單”環(huán)境管控單元劃分成果，識別優(yōu)先管控單元、重點管控單元和一般管控單元中的優(yōu)先管控鄉(xiāng)鎮(zhèn)、重點管控鄉(xiāng)鎮(zhèn)和一般管控鄉(xiāng)鎮(zhèn)。在此基礎(chǔ)上，確定研究劃分的控制單元中的優(yōu)先控制單元和優(yōu)先管控鄉(xiāng)鎮(zhèn)。結(jié)合水功能規(guī)劃河湖水質(zhì)狀況，確定各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)優(yōu)先管控的河段。在此基礎(chǔ)上，建立大通湖流域“優(yōu)先控制單元-優(yōu)先控制鄉(xiāng)鎮(zhèn)-優(yōu)先控制河段”三級水環(huán)境管理體系。

3.2 構(gòu)建水環(huán)境監(jiān)測體系

在現(xiàn)有大通湖體周邊監(jiān)測斷面基礎(chǔ)上，增設(shè)鎮(zhèn)級、鎮(zhèn)村級和村級交界監(jiān)測斷面，構(gòu)建基于控制單元的大通湖流域水環(huán)境監(jiān)測體系和自動監(jiān)測系統(tǒng)。一方面，增設(shè)的監(jiān)測斷面能夠全面反映各個控制單元的河渠、重要污染源等的水質(zhì)狀況。另一方面，基于控制單元，建立“水質(zhì)斷面-控制河段-對應(yīng)陸域”污染物源與水質(zhì)的相應(yīng)關(guān)系，以便追蹤朔源，更好的實施水環(huán)境目標(biāo)精細化、智能化管理。

3.3 實施水質(zhì)管控責(zé)任制

構(gòu)建各控制單元水質(zhì)目標(biāo)管控責(zé)任制，明確各級政府部門水環(huán)境管理工作職責(zé)和工作內(nèi)容，提高水環(huán)境管理工作質(zhì)量和效能，全面提升整個流域水環(huán)境管理工作水平；實施水環(huán)境管理目標(biāo)獎懲制度，建立推動水環(huán)境管理工作的長效機制，充分調(diào)動各級管理部門的工作積極性， 保障水質(zhì)管理目標(biāo)的實現(xiàn)。

4 結(jié)論與不足

(1)在ArcGis等相關(guān)繪圖軟件的支持下，根據(jù)劃分原則，結(jié)合劃分指標(biāo)最終將大通湖流域劃分成7個控制單元。并將劃分結(jié)果與“三線一單”環(huán)境管控單元的聯(lián)系與區(qū)別進行了詳細論述。同時，基于劃分的控制單元，從水環(huán)境管理體系構(gòu)建、水環(huán)境監(jiān)測體系構(gòu)建和水質(zhì)管控責(zé)任制實施三個方面提出了相應(yīng)的流域管控對策。

(2)由于本研究僅是基于自然地理指標(biāo)、水生態(tài)及水環(huán)境指標(biāo)和社會經(jīng)濟指標(biāo)三類指標(biāo)而劃分的控制單元，因此，劃分結(jié)果尚有不合理之處，各控制單元的邊界也需在實際管理中進一步調(diào)整和完善。