GIS 在城市生態(tài)環(huán)境空間管控中的實(shí)踐與探索

姚利鵬 秦海旭 楊琳 俞欣 劉春蕾

（南京市生態(tài)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 江蘇南京 210013）

0 引言

工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，使得城市生態(tài)空間不斷被蠶食，資源和環(huán)境逐漸成為制約我國(guó)城市未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸因素，生態(tài)環(huán)境保護(hù)與城市開發(fā)建設(shè)之間相互制約的問題亟待解決［1］。長(zhǎng)期以來(lái)，由于規(guī)劃功能定位的限制，環(huán)境保護(hù)規(guī)劃及措施在空間上不落地，環(huán)境對(duì)城市長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和空間布局的約束和引導(dǎo)有限［2］。黨的十八屆三中全會(huì)《中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問題的決定》提出“建立空間規(guī)劃體系，劃定生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間開發(fā)管制界限，落實(shí)用途管制”，環(huán)境保護(hù)工作開始注重并強(qiáng)調(diào)空間落地管控。

近年來(lái)，各省、市在嚴(yán)格劃定生態(tài)保護(hù)紅線、試點(diǎn)編制城市環(huán)境總體規(guī)劃、探索環(huán)境保護(hù)規(guī)劃參與“多規(guī)合一”、構(gòu)建落實(shí)“生態(tài)保護(hù)紅線、環(huán)境質(zhì)量底線、資源利用上線和環(huán)境準(zhǔn)入負(fù)面清單”（簡(jiǎn)稱“三線一單”）等方面的工作均可視為環(huán)境保護(hù)工作在落實(shí)生態(tài)環(huán)境空間管控上的探索和具體實(shí)踐。本文在梳理生態(tài)環(huán)境空間管控的重點(diǎn)內(nèi)容基礎(chǔ)上，剖析南京市在實(shí)踐生態(tài)環(huán)境空間管控上的探索，以期為城市尺度上生態(tài)環(huán)境空間管控技術(shù)實(shí)踐提供參考。

1 生態(tài)環(huán)境空間管控需求日益增大

隨著生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境空間管控越來(lái)越重視。擁有大量監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的環(huán)境保護(hù)工作面臨巨大挑戰(zhàn)和機(jī)遇，城市規(guī)劃和國(guó)土規(guī)劃領(lǐng)域日益重視生態(tài)環(huán)境。城市迅速發(fā)展和國(guó)土開發(fā)的提速，對(duì)完善和系統(tǒng)化生態(tài)環(huán)境空間管控的需求越來(lái)越緊迫［3］。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布系列技術(shù)指南（表1），指導(dǎo)、探索生態(tài)環(huán)境空間管控技術(shù)實(shí)踐。

表1 生態(tài)環(huán)境部發(fā)布涉及生態(tài)環(huán)境空間管控的部分技術(shù)指南

2 城市生態(tài)環(huán)境空間管控內(nèi)容

構(gòu)建空間規(guī)劃體系，應(yīng)立足于生態(tài)文明建設(shè)，承擔(dān)起基礎(chǔ)性、指導(dǎo)性、約束性的功能［4］，就現(xiàn)階段而言，生態(tài)環(huán)境空間規(guī)劃滯后于生態(tài)文明建設(shè)和國(guó)土空間規(guī)劃改革的形勢(shì)［5］。在環(huán)境空間管控體系構(gòu)建上，各地進(jìn)行了一些有益的探索。深圳市率先劃定基本生態(tài)控制線，隨后武漢市、廣州市、廈門市等多個(gè)城市陸續(xù)開展相關(guān)工作，將其作為控制城市非建設(shè)用地、保護(hù)城市生態(tài)資源和生態(tài)格局的重要實(shí)踐手段。浙江省先行探索了市、縣層面劃定環(huán)境功能區(qū)劃的技術(shù)可行性，在細(xì)化落實(shí)省級(jí)層面的環(huán)境功能區(qū)劃基礎(chǔ)上，確保市縣區(qū)劃要可指導(dǎo)、可操作、可落地，實(shí)現(xiàn)全省“一個(gè)區(qū)劃、一張圖”和覆蓋全省的環(huán)境空間管制機(jī)制。2016 年，原環(huán)境保護(hù)部提出將“三線一單”的要求納入戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)價(jià)的實(shí)踐和管理［6］，這是落實(shí)國(guó)土空間環(huán)境管控的有效手段，提供了系統(tǒng)性、可視化的生態(tài)環(huán)境空間管控規(guī)則［7］?？傮w來(lái)講，當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作中涉及到生態(tài)環(huán)境空間管控的內(nèi)容主要體現(xiàn)在生態(tài)保護(hù)紅線劃定、環(huán)境功能區(qū)劃、要素（水、氣、土等）空間管控、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、資源環(huán)境承載力評(píng)估等方面［8］，在城市發(fā)展過(guò)程中起到“剎車”功能，解決“底線”問題。

3 GIS 在城市生態(tài)環(huán)境空間管控中的技術(shù)支撐

生態(tài)環(huán)境空間信息涉及基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、主要污染源、自然地理?xiàng)l件等領(lǐng)域，涵蓋大氣、水、土壤、生態(tài)、固體廢棄物、噪聲、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等環(huán)境要素。一方面，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)能夠管理和處理海量環(huán)境數(shù)據(jù)。利用GIS 屬性信息與空間信息一體化管理、矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)合應(yīng)用以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和處理分析能力，可以對(duì)多源、多領(lǐng)域的生態(tài)環(huán)境空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)模擬、分析等數(shù)據(jù)處理，并可通過(guò)GIS 完成信息查詢、輸出各種需要的輔助圖件［9］。另一方面，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)開發(fā)技術(shù)與GIS的結(jié)合，GIS 將具備三維可視化、虛擬動(dòng)態(tài)模擬等交互設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)共享、二次開發(fā)等功能［10］，是實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境空間管控的有力工具。

信息化是環(huán)境與經(jīng)濟(jì)相互滲透、相互融合的橋梁，借助GIS 進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)科學(xué)分析處理，可以使生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作具有更寬廣的視角，能夠更加科學(xué)地把握生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步的聯(lián)系和規(guī)律，從而克服現(xiàn)有局限，實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)科學(xué)化應(yīng)用，更加有效地促進(jìn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的同步發(fā)展，為環(huán)境決策、管理、執(zhí)法、科研全面服務(wù)。

4 南京市生態(tài)環(huán)境空間管控中的實(shí)踐

4.1 生態(tài)紅線落地劃定與多規(guī)合一

生態(tài)保護(hù)紅線規(guī)劃是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域開展生態(tài)環(huán)境空間管控和融入“多規(guī)合一”的重要切入點(diǎn)，然而生態(tài)保護(hù)紅線劃定與其它空間規(guī)劃銜接程度不夠，特別是城市尺度上的生態(tài)保護(hù)紅線劃分技術(shù)研究還較薄弱［11］。為落實(shí)南京市“多規(guī)合一”總體工作部署和生態(tài)紅線空間落地管控，需將生態(tài)紅線落地劃定，并與土地利用總體規(guī)劃、城市總體規(guī)劃等規(guī)劃協(xié)調(diào)對(duì)接。

基于GIS 平臺(tái)，采用人機(jī)交互判讀與無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)勘查相結(jié)合的方法，對(duì)南京市省級(jí)生態(tài)紅線進(jìn)行邊界優(yōu)化。在1：2000政務(wù)版電子地圖上優(yōu)化南京市省級(jí)生態(tài)紅線，利用0.3 m 高清分辨率航拍影像輔助判別，結(jié)合已有保護(hù)區(qū)域規(guī)劃邊界和自然邊界，保證紅線的連續(xù)性和完整性，將生態(tài)紅線邊界落實(shí)到具體地塊。協(xié)調(diào)“多規(guī)合一”差異圖斑調(diào)整、重大項(xiàng)目落地等矛盾與差異，將生態(tài)紅線與其他規(guī)劃對(duì)接融合，形成生態(tài)保護(hù)紅線數(shù)據(jù)“一個(gè)庫(kù)”、分布“一張圖”?？傮w實(shí)踐過(guò)程中，構(gòu)建了“統(tǒng)一—輔助—調(diào)整—對(duì)接”的技術(shù)方法體系（圖1）。

圖1 生態(tài)紅線區(qū)域優(yōu)化調(diào)整技術(shù)方法體系

優(yōu)化生態(tài)紅線區(qū)域邊界是開展與生態(tài)紅線相關(guān)的生態(tài)環(huán)境空間管控工作的基礎(chǔ)。此項(xiàng)成果在南京市“多規(guī)合一”工作中，配合全市差異圖斑梳理、支撐“多規(guī)合一”信息平臺(tái)建設(shè)。此外，在南京市開展江蘇省國(guó)家生態(tài)紅線劃定及核定、江蘇省畜禽養(yǎng)殖禁養(yǎng)區(qū)劃定等工程中提供了重要工作基礎(chǔ)。

4.2 水環(huán)境空間管理

水環(huán)境管理所涉及的大量環(huán)境信息，如水環(huán)境功能區(qū)劃、重點(diǎn)排水企業(yè)、污水處理廠、黑臭河流、飲用水水源地保護(hù)區(qū)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)等，此類信息除具有時(shí)間性外，還具備空間分布的特點(diǎn)。基于GIS的數(shù)字化及建庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、制圖顯示等功能技術(shù)，建立以GIS 為核心的水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫(kù)。在GIS 平臺(tái)支撐下（圖2），利用南京市基礎(chǔ)測(cè)繪矢量數(shù)據(jù)、高清航拍影像圖、水系柵格圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)字化并提取重點(diǎn)河流、湖泊、水庫(kù)等面狀要素?cái)?shù)據(jù)入庫(kù)，構(gòu)建南京生態(tài)環(huán)境水系基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。加工處理重點(diǎn)排水企業(yè)、污水處理廠、水源地、水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)等不同信息源、不同類型的數(shù)據(jù)，入庫(kù)建立專題數(shù)據(jù)集，構(gòu)建水環(huán)境專題數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖2 水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字化及建庫(kù)技術(shù)體系

水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，便于水環(huán)境信息統(tǒng)一集中管理、快速準(zhǔn)確查詢信息，科學(xué)有效地服務(wù)于水環(huán)境管理。此項(xiàng)成果為建設(shè)南京市水環(huán)境信息平臺(tái)奠定了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對(duì)開展重點(diǎn)斷面達(dá)標(biāo)、黑臭河流治理、重點(diǎn)湖泊水質(zhì)改善、以及重點(diǎn)流域水環(huán)境整治等水污染防治工作起到了關(guān)鍵作用。同時(shí)，技術(shù)支撐推進(jìn)南京市集中式飲用水水源地環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)行動(dòng)，針對(duì)飲用水水源保護(hù)區(qū)劃定不清、邊界不明等問題，應(yīng)用水環(huán)境專題數(shù)據(jù)庫(kù)中與生態(tài)紅線相關(guān)的飲用水水源地?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)勘查資料庫(kù)，精準(zhǔn)劃定南京縣級(jí)以上水源地保護(hù)區(qū)矢量邊界范圍，基本建立水源地基礎(chǔ)信息檔案。

4.3 大氣污染物排放清單可視化

大氣污染物排放清單是透析區(qū)域、城市、區(qū)縣等各種地理或行政管理區(qū)界范圍內(nèi)大氣污染源排放結(jié)構(gòu)及排放水平的重要基礎(chǔ)。將排放清單的排放量與區(qū)域地理信息相結(jié)合，利用GIS 空間定位、空間分析（疊加分析、緩沖區(qū)分析等）、空間統(tǒng)計(jì)等技術(shù)，構(gòu)建南京市1 km×1 km的空間分辨率的網(wǎng)格化排放清單。根據(jù)污染源排放特征，結(jié)合GIS 中要素空間形態(tài)特征，將污染排放分為點(diǎn)、線、面三類空間分配方式：①對(duì)于可以獲得詳細(xì)經(jīng)緯度信息的電廠、鋼鐵、工業(yè)鍋爐、重點(diǎn)化工企業(yè)等重要工業(yè)污染源，主要作為點(diǎn)源直接進(jìn)行空間分配；②對(duì)于道路移動(dòng)源以及道路揚(yáng)塵污染源，主要作為線源通過(guò)南京市路網(wǎng)信息進(jìn)行空間分配；③對(duì)于其他未能獲得詳細(xì)信息的污染物，一般通過(guò)GDP、人口分布或土地利用方式，主要作為面源進(jìn)行空間分配，形成1 套大氣污染物排放清單空間可視化技術(shù)體系（圖3）。

圖3 大氣污染物排放清單空間可視化技術(shù)體系

基于此套大氣污染物排放清單空間可視化技術(shù)體系，編制形成污染物種類較為齊全、空間分辨率較高的大氣污染物排放清單。此項(xiàng)成果對(duì)于了解南京市大氣污染物排放空間分布特征、研究大氣復(fù)合污染成因及機(jī)制提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，相關(guān)技術(shù)成果成功應(yīng)用于2015 年南京市大氣污染物排放清單編制［12］，并在實(shí)踐中不斷改進(jìn)，為南京市大氣污染防治措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著生態(tài)文明建設(shè)深入推進(jìn)，尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念深入人心，加快構(gòu)建城市生態(tài)環(huán)境空間規(guī)劃體系的呼聲愈發(fā)強(qiáng)烈。GIS 技術(shù)及其應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海量環(huán)境數(shù)據(jù)的管理、儲(chǔ)存、查詢等基本功能，同時(shí)，在空間數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)信息共享、二次開發(fā)等領(lǐng)域可為生態(tài)環(huán)境空間管控工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

近年來(lái)，南京市通過(guò)試點(diǎn)城市環(huán)境總體規(guī)劃、劃定生態(tài)保護(hù)紅線、參與“多規(guī)合一”、編制“三線一單”等工作不斷創(chuàng)新和強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境空間管控的思路和手段，在生態(tài)保護(hù)紅線制度、水環(huán)境空間管理、大氣環(huán)境空間管理、網(wǎng)格化環(huán)境管理等方面做出了技術(shù)上的實(shí)踐與探索，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理政策空間落地。