基于藍綠基礎設施的水生態(tài)安全格局構建研究

摘要：水資源與社會經濟發(fā)展息息相關，是城市實現長遠健康發(fā)展的物質基礎。與傳統(tǒng)的水安全研究方法不同，水生態(tài)安全格局利用空間數據分析技術，將多方面的水安全議題整合到特定地理區(qū)域內，關注整個區(qū)域的綜合管理策略。以安陽市為研究區(qū)，基于藍綠基礎設施理論，運用地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）和MIKE FLOOD模型，構建水生態(tài)安全格局。首先分析安陽市的地理格局和用地現狀，然后對流域進行分區(qū)，識別出水源涵養(yǎng)服務區(qū)和土壤保持服務區(qū)，確定流域雨洪關鍵點。在此基礎上，構建水生態(tài)保護修復格局，提出針對性的生態(tài)保護和修復策略，從而優(yōu)化區(qū)域的藍綠空間布局，增強城市的防洪能力。

關鍵詞：藍綠基礎設施；水生態(tài)安全格局；地理信息系統(tǒng)（GIS）；安陽市

中圖分類號：TU992；X143 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）02-0-04

Research on the Construction of Water Ecological Security Pattern Based on Blue and Green Infrastructure

—Taking Anyang City as an Example

YAN Qinling1， ZHANG Ailing1， YIN Yinan2

（1. North China Municipal Engineering Design amp; Research Institute Co.， Ltd.， Tianjin 300070， China;

2. Capital Institute of Science and Technology Development Strategy， Beijing 100102， China）

Abstract： Water resources are closely related to socio-economic development and are the material foundation for cities to achieve long-term healthy development. Unlike traditional water security research methods， the water ecological security pattern utilizes spatial data analysis techniques to integrate various water security issues into specific geographic regions， focusing on comprehensive management strategies for the entire region. Taking Anyang city as the research area， based on the theory of blue and green infrastructure， using Geographic Information System （GIS） and MIKE FLOOD model， a water ecological security pattern is constructed. Firstly， the geographical pattern and land use status of Anyang city are analyzed， then the watershed is divided into zones， water source conservation service areas and soil conservation service areas are identified， thus determining the key points of rainwater and flood in the watershed. On this basis， a water ecological protection and restoration pattern is constructed， and targeted ecological protection and restoration strategies are proposed to optimize the blue and green spatial layout of the region and enhance the city’s flood control capacity.

Keywords： blue and green infrastructure; water ecological security pattern; Geographic Information System （GIS）; Anyang city

水資源作為推動地區(qū)進步的核心戰(zhàn)略資產，與社會經濟發(fā)展、居民生活環(huán)境和文化遺產息息相關，對于城市和社區(qū)的長遠健康發(fā)展起著不可或缺的作用[1]。水生態(tài)安全格局理念有別于傳統(tǒng)的水安全研究方法，它更加強調利用空間數據分析技術，將多方面的水安全議題整合在特定地理區(qū)域內，關注的是整個區(qū)域的綜合管理策略[2]。當前，我國已將區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略納入國家總體戰(zhàn)略，其中，水系網絡在主體功能區(qū)與生態(tài)功能區(qū)規(guī)劃中占據核心地位。盡管水安全格局理論體系尚待完善，但對其空間劃分、評價指標創(chuàng)建及格局概念完善的探索已融合多學科知識，展現出廣闊的研究前景與實踐價值[3]。

1 研究區(qū)概況

安陽市地處太行山與華北平原交界的過渡地帶，地勢西高東低，全域形成西、中、東三大板塊。安陽市內分布多條重要的河流，主要有洹河、金堤河、淇河、湯河、漳河與衛(wèi)河。安陽市現狀林地面積占全市土地面積的21.27%，為1 563.75 km2，森林覆蓋率達22.93%；耕地面積占全市土地面積的52.44%，為3 854.84 km2，土壤通氣透水，有機質含量高，質量較好；陸地水域面積占全市土地面積的1.74%，為127.81 km2；草地面積占全市土地面積的2.05%，為151.07 km2，類型均為郁閉度較低、表層為土質的其他草地，生態(tài)品質不高；濕地面積占全市土地面積的0.06%，為4.76 km2。安陽市生態(tài)空間面積占比高達81.4%，生態(tài)本底良好，擁有山、水、林、田、湖和草等豐富的生態(tài)類型，藍綠生態(tài)格局清晰。

2 流域水生態(tài)安全協同治理

2.1 流域分區(qū)邊界劃定

結合安陽市中心城區(qū)地理格局和地形特征，劃定安陽市小流域范圍邊界。基于自然水系分布、水系流向、流域干流上中下游和支流的完整性情況進行判別，安陽市流域范圍主要由洹河流域及部分子流域構成；基于數字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）數據，提取水流方向、長度、匯流累積量和河道柵格等信息，構建集水區(qū)及水流柵格，實現水文分析；在水文分析成果的基礎上，根據流向資料，確定連通的匯流仿真網格，獲取規(guī)劃區(qū)的子流域范圍劃分信息，得到安陽市子流域范圍和邊界。綜合考慮行政單元的完整性、流域單元的完整性及安陽市城市建成區(qū)的排水分區(qū)邊界，進一步校核ArcGIS軟件劃定的流域分區(qū)，形成中心城區(qū)的流域分區(qū)邊界，如圖1所示。

2.2 流域水生態(tài)安全協同治理技術路線

基于現有的理論基礎和安陽市流域生態(tài)空間現狀，開展生態(tài)安全格局的“源-匯”理論和“斑塊-廊道-基質”理論研究，開展生態(tài)要素識別、生態(tài)系統(tǒng)服務分類及評估、生態(tài)調控政策規(guī)劃等研究；基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS），進行安陽市河網提取和流域劃分；以城市生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，評價流域內的水源涵養(yǎng)和水土保持功能；基于MIKE FLOOD模型，識別陸域雨洪戰(zhàn)略點和泛洪區(qū)（陸-水耦合），基于GIS水文分析，識別重要的水域匯流通道；識別重要的水源涵養(yǎng)和土壤保持區(qū)域作為生態(tài)保護區(qū)，識別Ⅰ級和Ⅱ級雨洪戰(zhàn)略點、Ⅰ級和Ⅱ級匯流通道、I級和Ⅱ級泛洪區(qū)作為生態(tài)修復區(qū)，構建區(qū)域生態(tài)保護修復格局；基于水生態(tài)保護修復格局，在高洪澇風險區(qū)進行國土空間規(guī)劃用地調整，開展安陽市藍線綠線劃定，構建流域防洪排澇體系，增強城市的防洪能力。

3 重要水生態(tài)系統(tǒng)服務區(qū)識別

3.1 水源涵養(yǎng)服務區(qū)識別

通過計算安陽市中心城區(qū)年降水量、地表蒸發(fā)量、根層厚度、土層厚度和土地利用等數據，得到流域內徑流的空間分布。安陽市中部年降水量較高，東南部較低，潛在蒸散量的空間分布與降水量成反比，西北部、東南部農作物種植較多，蒸散量較高，中部平原區(qū)蒸散量較低。選取2020年安陽市中心城區(qū)土地利用柵格數據，精度為30 m。耕地中，旱作農田、草本耕地與水澆地占據東部、西部的大部分區(qū)域，分布較為廣泛，耕地總面積為5 276.17 km2，占比為70.81%。建設用地主要位于安陽市中部、南部和西部，面積為1 131.93 km2，占比為15.19%。林地面積較小，落葉闊葉林分布在西南角的山區(qū)，面積為348.73 km2，占比為4.68%。

根據安陽市中心區(qū)域水源涵養(yǎng)格局，極重要水源涵養(yǎng)區(qū)面積為138.25 km2，占區(qū)域總面積的10.27%，主要分布在西部的耕地、林地、重要的濕地水域等。重要水源涵養(yǎng)區(qū)面積為165.39 km2，占流域面積的12.28%，主要分布在安陽市中西部的平原耕地區(qū)。中等重要區(qū)面積為632.84 km2，占流域面積的46.99%，主要分布在東北部和東南部。一般生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)面積為410.13 km2，占總面積的30.46%，主要分布在安陽市中部與南部的平原區(qū)。

3.2 土壤保持服務區(qū)識別

水土保持服務是指通過對降雨、土壤、坡長、植被和耕作等因子的綜合分析，確定其潛在和真實的水土流失總量，并將二者之差作為土壤保水能力的衡量指標[4-5]。基于4類數據，劃定安陽市土壤保持服務重要性分區(qū)。其中，極重要區(qū)分布在西南部植被覆蓋度較高的區(qū)域，面積為11.79 km2，占總面積的0.88%；重要土壤保持服務區(qū)分布在西南部極重要區(qū)域的周邊，東南部也有零星分布，面積大約有99.83 km2，占比為7.41%；土壤保持中等重要區(qū)為中部以外的四周耕地區(qū)域，面積為422.38 km2，占總面積的31.37%；一般區(qū)域大多為安陽市中部與東北部的建設用地、耕地，面積為812.85 km2，占總面積的60.36%。

3.3 流域雨洪關鍵點識別

通過雨洪戰(zhàn)略點（陸域）、泛洪區(qū)（陸-水耦合）、匯流通道（水域）的識別，構建流域雨洪安全格局，基于MIKE21軟件，模擬100年一遇降雨重現期下流域范圍的徑流路徑、匯水區(qū)域范圍以及積水深度，最后得到安陽市流域雨洪安全格局組成。其中，高安全格局面積為1 371.95 km2，中安全格局面積為215.86 km2，低安全格局面積為101.09 km2，分別占流域總面積的81.2%、12.7%和6.1%。自然調蓄空間及行泄通道分布如圖2所示。

4 水生態(tài)保護修復格局構建

基于生態(tài)系統(tǒng)服務功能和數據核算，確定安陽市流域生態(tài)保護區(qū)。基于生態(tài)系統(tǒng)服務功能量大小排列，按照累積功能量占比將區(qū)域劃分等級。累計功能量占前25%的為極重要區(qū)域，累計功能量占前25%～50%的為重要區(qū)域，累計功能量占前50%～75%的為中等重要區(qū)域，累計功能量在75%～100%的為一般區(qū)域。將極重要和重要等級的水源涵養(yǎng)和土壤保持區(qū)識別為區(qū)域重要生態(tài)保護區(qū)，如圖3所示。

5 流域外洪防治體系構建

5.1 流域洪水銜接

安陽市主城區(qū)位于洹河及洪河中游，規(guī)劃以洹河、洪河為軸心，小南海水庫、彰武水庫和雙泉水庫為節(jié)點，保證安陽市西部洪水順利經過城區(qū)排入下游，故防洪總體布局采用“蓄、分、排”方案。

5.2 洪水出路總體設計

安陽市主城區(qū)防洪策略主要考慮洹河、洪河及其支流的洪水防御。因此，設計主要考慮兩條河道的洪水出路。洹河洪水主要來自上游山區(qū)。由小南海水庫、彰武水庫控泄洹河干流洪水，由雙泉水庫控泄支流粉紅江的洪水，保證滿足100年一遇洪水泄洪標準。洪河洪水主要來自上游丘陵區(qū)。干支流洪水自然匯流，錯峰疊加后排入下游。

5.3 城市防洪工程體系

5.3.1 洹河

洹河根據保護對象分段合理確定防洪標準。上游段能夠保證洪水順利下排，充分利用小南海水庫、彰武水庫控制洹河干流洪水，發(fā)揮支流雙泉水庫滯蓄支流洪水的作用。為保證衛(wèi)河防洪安全，通過郭盆閘控制，利用崔家橋蓄滯洪區(qū)滯蓄洪水，保證洹河入衛(wèi)河的下泄流量不超過600 m3/s。

5.3.2 洪河

根據洪河防洪工程布局，洪河整體治理思路為“上涵、中疏、下排”，加強洪水管理，調蓄洪水、削減洪峰、排泄?jié)乘瑵M足防洪除澇標準[6]。上游丘陵區(qū)涵養(yǎng)水源，中游主城區(qū)疏挖河道，加固堤防，下游排入廣潤坡蓄滯洪區(qū)及湯永河。

6 結論

水資源與社會經濟發(fā)展密切聯系，是城市可持續(xù)發(fā)展的物質基礎。與傳統(tǒng)的水安全研究方法不同，水生態(tài)安全格局利用空間數據分析技術，將多方面的水安全議題整合到特定地理區(qū)域內，關注整個區(qū)域的綜合管理策略。基于藍綠基礎設施理念，采用GIS和MIKE FLOOD模型，可以構建安陽市水生態(tài)保護修復格局，識別重要的水源涵養(yǎng)區(qū)和土壤保持區(qū)，從而提出生態(tài)保護和修復策略。當前，安陽市要持續(xù)優(yōu)化區(qū)域藍綠空間布局，系統(tǒng)構建流域防洪排澇體系，增強城市的防洪能力，為社會經濟發(fā)展提供基礎保障。

參考文獻

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3 黎秋杉，卡比力江·吾買爾，小出治.基于水基底識別的水生態(tài)安全格局研究：以都江堰市為例[J].地理信息世界，2019（6）：14-20.

4 王 旭，王永剛，武大勇，等.山東省德州市河流水生生物完整性評估及時空異質性分析[J].生態(tài)與農村環(huán)境學報，2020（12）：1579-1587.

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6 肖華斌，王夢穎，許宇彤，等.京杭大運河南旺分水樞紐綠色基礎設施構建：基于生態(tài)智慧轉譯視角[J].城市規(guī)劃，2022（6）：68-76.

收稿日期：2024-12-20

作者簡介：閆勤玲（1980—），女，河南商丘人，碩士，高級工程師。研究方向：海綿城市規(guī)劃與設計、生態(tài)市政。