基于“自然-社會”二元驅(qū)動的水生態(tài)功能分區(qū)
——以密云水庫流域為例

方源，謝培，孫寧，黃法銘，喬飛*

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院

2.湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院

水生態(tài)功能分區(qū)是反映水生態(tài)系統(tǒng)空間特征差異與環(huán)境關(guān)系的區(qū)域單元[1]，其依據(jù)流域生態(tài)系統(tǒng)格局與功能的空間差異性特征，結(jié)合水-陸耦合的原則，在流域不同尺度上進行劃定[2-3]。水生態(tài)功能分區(qū)目標(biāo)是明確區(qū)域主導(dǎo)的水生態(tài)服務(wù)功能，為水生態(tài)系統(tǒng)健康評價、流域規(guī)劃等環(huán)境管理手段的制定提供科學(xué)依據(jù)，完成分類、分區(qū)、分級和分期的多角度、精細(xì)化管理。當(dāng)前，國內(nèi)外已逐漸將水生態(tài)功能分區(qū)作為分區(qū)常用基本單元使用，并被相關(guān)政府部門應(yīng)用到日常的水資源管理中[4-5]。

密云水庫地處北京市東北燕山之中，橫跨潮河、白河，是北京市唯一的地表飲水用水源地，華北地區(qū)最大的人工湖泊，其生態(tài)功能主要為供水、水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性維持、環(huán)境凈化等。作為北京市最大的飲用水源供應(yīng)地，密云水庫擔(dān)負(fù)著北京生產(chǎn)生活用水的重要任務(wù)。2014 年以來，北京市政府出臺了關(guān)于進一步加強密云水庫水源保護工作的政策和意見，水生態(tài)狀況持續(xù)保持健康水平，水質(zhì)穩(wěn)定在地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。為更好地治理水環(huán)境、優(yōu)化水生態(tài)空間[6-7]，筆者以密云水庫流域涉及北京市內(nèi)的流域為研究對象，旨在在流域內(nèi)實行綜合管理，并對陸地和水體進行統(tǒng)一規(guī)劃，結(jié)合功能區(qū)劃分的尺度效應(yīng)、自然要素分布差異規(guī)律、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能等理論，探討流域的分區(qū)指標(biāo)、分區(qū)原則、分區(qū)方法，并提出針對密云水庫流域的水生態(tài)功能區(qū)劃方案，以期為密云水庫的綜合流域管理提供技術(shù)保障，同時也為其他流域的水生態(tài)功能劃分提供參考。

1 水生態(tài)功能分區(qū)方法研究

1.1 國外水生態(tài)分區(qū)研究現(xiàn)狀

加拿大森林學(xué)家Loucks[8]于1962 年提出“生態(tài)區(qū)”（ecoregion）概念后，1967 年Crowley 等[9-10]對生態(tài)學(xué)概念做了進一步界定，即具有相似生態(tài)系統(tǒng)或發(fā)揮相似生態(tài)功能的陸地及水域，其標(biāo)志著地理分區(qū)逐漸走向了生態(tài)學(xué)領(lǐng)域。“水生態(tài)區(qū)”概念源自美國，是指具有相對同質(zhì)的淡水生態(tài)系統(tǒng)和組成的地域單元[11]，其逐漸成為分區(qū)中研究最多、應(yīng)用性最強的領(lǐng)域[12-14]。20 世紀(jì)70 年代，美國國家環(huán)境保護局（US EPA）提出水環(huán)境管理不僅要關(guān)注水體污染控制問題，還應(yīng)重視水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能保護[15]。1987年，Omernik[11]基于土壤、自然植被、地形和土地利用4 個區(qū)域性特征指標(biāo)，探討了水生態(tài)區(qū)劃方法問題，并提出了美國三級水生態(tài)區(qū)劃方案。這是全球最早的水生態(tài)區(qū)劃方案，隨后，其他國家和地區(qū)也相繼制定相應(yīng)的水生態(tài)區(qū)劃方案，主要包括加拿大[16]、歐盟[17-18]、法國[19]、英國[20]、德國[21]等。國外開展水生態(tài)分區(qū)研究的詳細(xì)情況見表1。

表1 國外水生態(tài)分區(qū)開展情況Table 1 Development of water ecological zoning abroad

1.2 國內(nèi)流域水生態(tài)功能分區(qū)研究進展

我國流域水生態(tài)功能分區(qū)研究工作起步較晚，2005 年，依據(jù)河流生態(tài)學(xué)中的格局與尺度理論[23]，學(xué)者系統(tǒng)總結(jié)了國際水生態(tài)區(qū)劃的指標(biāo)、方法及體系，為今后進一步研究綜合流域管理奠定了基礎(chǔ)，并對遼河流域進行了水生態(tài)分區(qū)研究[24]。此后，我國科研人員先后開展了海河流域[25]、太湖流域[26]、滇池流域[27]、巢湖流域[28]等流域尺度的水生態(tài)功能分區(qū)研究，同時，在大同市[29]、濟南市[30]等城市也進行了區(qū)域尺度上的水生態(tài)區(qū)劃的探索。我國水生態(tài)分區(qū)的開展情況見表2。水生態(tài)功能的驅(qū)動機制、分區(qū)體系、分區(qū)技術(shù)及分區(qū)方法等基本問題的研究推動著我國分區(qū)工作的不斷深入[31]，為我國流域水生態(tài)功能分區(qū)研究奠定了基礎(chǔ)，為流域管理提供了技術(shù)框架與指導(dǎo)。

表2 我國水生態(tài)分區(qū)開展情況Table 2 Development of water ecological zoning in China

1.3 國內(nèi)在水生態(tài)功能分區(qū)研究方面的不足

盡管在水生態(tài)功能分區(qū)方面已在重點河湖流域做了很多探索，但我國水生態(tài)功能分區(qū)體系仍不完善。我國現(xiàn)有的水生態(tài)功能區(qū)的劃分存在以下問題：1）分區(qū)體系不完善。我國尚未制定水生態(tài)功能分區(qū)的技術(shù)規(guī)范，還未形成一套公認(rèn)的指標(biāo)體系和方法，未來研究的關(guān)鍵在于普適性指標(biāo)體系的構(gòu)建。2）主導(dǎo)環(huán)境因子篩選主觀性較強[32]。當(dāng)前在主導(dǎo)環(huán)境因子的篩選中尚未形成一致的方法，不同區(qū)域生態(tài)過程的主導(dǎo)因子差異明顯，分區(qū)結(jié)果的有效驗證仍需深入探討。3）現(xiàn)有的水生態(tài)功能區(qū)劃往往對自然要素考慮得較多，對人類活動和行政區(qū)劃的社會經(jīng)濟活動考慮得相對較少，自然區(qū)的劃分未能做到與區(qū)域社會經(jīng)濟相結(jié)合。4）當(dāng)前水生態(tài)功能分區(qū)主要在重點流域開展，對于分布范圍更廣、治理需求更高的中小流域來說研究開展得較少。

1.4 水生態(tài)功能分區(qū)思路

水生態(tài)功能分區(qū)需考慮驅(qū)動機制的確定、分區(qū)指標(biāo)體系和分區(qū)技術(shù)3 個方面：1）驅(qū)動機制是分區(qū)的理論依據(jù)，從陸域和水域結(jié)構(gòu)2 個方面展開，其中陸域驅(qū)動要素是水域生態(tài)功能的形成基礎(chǔ)。因此，首先根據(jù)陸域?qū)λ鷳B(tài)功能的驅(qū)動機制劃分一級區(qū)和二級區(qū)，然后根據(jù)水域內(nèi)的生態(tài)功能特征劃分三級區(qū)。2）分區(qū)指標(biāo)體系是劃分基礎(chǔ)，需將自然因素（水文、地形、氣候、土壤）與社會要素（人類活動、經(jīng)濟發(fā)展）相結(jié)合。3）分區(qū)技術(shù)是劃分過程的保障，應(yīng)采用自上而下與自下而上相結(jié)合的劃分方法，自上而下是從宏觀格局上對空間格局進行總體把握，而自下而上則根據(jù)樣點、集水區(qū)等小尺度上的環(huán)境因素、水生態(tài)因子表征，采用聚類分析進行合并，最終全面反映水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能的空間異質(zhì)性。

2 密云水庫流域特點及分區(qū)方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為密云水庫流域涉及北京市內(nèi)的流域，即北京市境內(nèi)的密云水庫白河和潮河段（115°25′E～117°33′E，40°19′N～41°31′N）。研究區(qū)流域面積為14 871.7 km2，涉及北京市的延慶區(qū)、懷柔區(qū)和密云區(qū)。密云水庫流域行政區(qū)劃見圖1。研究區(qū)以山地、丘陵為主，丘陵主要位于水庫東部的潮河流域，坡度相對較小，地形起伏不大；中低山主要位于水庫西北部的白河，坡度較大。中山區(qū)土壤以棕壤為主，低山區(qū)為淋溶褐土。該區(qū)土地利用類型以林地、耕地為主，其中，林地主要分布在西部山區(qū)，是研究區(qū)內(nèi)面積占比最大的土地利用類型；耕地主要位于水庫北部的平坦開闊地區(qū)。流域年平均降水量為590 mm，降水季節(jié)變化明顯，6—8 月降水量占全年降水量的76.5%[7]。

圖1 密云水庫流域行政區(qū)劃Fig.1 Administrative division map of Miyun Reservoir Basin

為全面反映水生態(tài)與自然、人類活動影響的關(guān)系，需從陸地和水體2 個方面構(gòu)建水生態(tài)功能區(qū)，并將水生態(tài)功能類型落實到鄉(xiāng)鎮(zhèn)，結(jié)合密云區(qū)、延慶區(qū)、懷柔區(qū)的水文管理部門，實現(xiàn)密云水庫流域的多維精細(xì)化綜合管理。

2.2 數(shù)據(jù)來源

高程數(shù)據(jù)為從地理空間數(shù)據(jù)云（Geospatial Data Cloud）下載得到的90 m 分辨率的空間數(shù)據(jù)，坡度數(shù)據(jù)基于數(shù)字高程數(shù)據(jù)生成；土地利用數(shù)據(jù)來自基礎(chǔ)地理信息中心的全球30 m 遙感數(shù)據(jù)；氣候數(shù)據(jù)為2000—2010 年北京市18 個氣象站的年均數(shù)據(jù)。為提高數(shù)據(jù)使用的準(zhǔn)確性，參考該研究區(qū)相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)，密云水庫流域多年氣候并無明顯變化趨勢[7,25]。

2.3 分區(qū)原則及方法

密云水庫流域水生態(tài)分區(qū)過程中，主要采用了發(fā)生學(xué)原理、相對一致性原則、區(qū)域共軛性原則、水陸一致性原則、匯水流域邊界完整性原則等[25]；除此之外，考慮到密云水庫流域水生態(tài)管理的實際需求，本研究還采取水質(zhì)與水生態(tài)保護并重、流域與行政區(qū)界相結(jié)合、管理手段多元化的原則。采用“自上而下”差異化分區(qū)與“自下而上”聚類合并相結(jié)合的方法：一、二級分區(qū)采用“自上而下”的方法，既保證區(qū)劃結(jié)果的相對一致性，又確保區(qū)域共軛性原則；三級分區(qū)采用“自下而上”的區(qū)劃方法進行補充，從最小區(qū)劃單元的細(xì)微差距出發(fā)，將細(xì)小斑塊進行合并同類、聚類分析，保證最低級區(qū)域單元的完整性。具體技術(shù)路線見圖2。

圖2 密云水庫流域水生態(tài)功能分區(qū)技術(shù)路線Fig.2 Technical route of water ecological function zoning in Miyun Reservoir Basin

2.4 數(shù)據(jù)處理

2.4.1 子流域劃分

子流域劃分是保證水生態(tài)系統(tǒng)空間完整性的基礎(chǔ)。以密云水庫流域數(shù)字高程為底圖，經(jīng)修正填洼，河網(wǎng)提取〔圖3(a)〕，出口位置選擇的處理，初步得到研究區(qū)子流域分布圖。再結(jié)合實地情況，對初步劃分的分布圖進行校核確認(rèn)，得到符合實際的密云水庫流域子流域圖〔圖3(b)〕。

圖3 密云水庫流域水系及子流域劃分Fig.3 Water system and subwatershed division in Miyun Reservoir Basin

2.4.2 水生態(tài)現(xiàn)狀分析

根據(jù)“源-匯”理論，密云水庫不僅接納潮河、白河河流入庫，而且作為北京市最大的飲用水水源地，出庫水量較為龐大，水庫水生態(tài)情況成為研究區(qū)水生態(tài)功能的主導(dǎo)因素，故對水庫內(nèi)水生態(tài)特征指標(biāo)進行監(jiān)測，便于對各分區(qū)開展生態(tài)功能識別。現(xiàn)場調(diào)查主要是對河流斷面及其附近區(qū)域開展，包括水生生物特征、河岸生境、河道生境、水文狀況、水環(huán)境質(zhì)量、水利設(shè)施等的調(diào)查。

研究區(qū)共有11 個水生態(tài)監(jiān)測點（圖4），其中水庫有9 個監(jiān)測點（密云水庫8 個、白河堡水庫1 個），河流有2 個監(jiān)測點（白河大關(guān)橋1 個、潮河辛莊橋1 個）?！端鷳B(tài)健康評價技術(shù)規(guī)范》將地表水域水生態(tài)健康狀況分為健康、亞健康、不健康3 個等級，對應(yīng)水生態(tài)健康綜合指數(shù)分別為80～100、60～80、<60，水生態(tài)健康綜合指數(shù)由各指標(biāo)（生境、理化、生物）單項賦分后加權(quán)求和得到。根據(jù)北京市水文總站公布的《北京市典型水域水生態(tài)監(jiān)測報告（2018 年度）》，白河、潮河2 個水生態(tài)監(jiān)測站點水生態(tài)健康狀況總體較好，2018 年水生態(tài)健康綜合指數(shù)白河大關(guān)橋為93.31，潮河辛莊橋為94.92。密云水庫2019 年健康綜合指數(shù)為87.76，較2018 年略有提高，整體為健康水平（圖5）。

圖4 水生態(tài)監(jiān)測站點Fig.4 Water ecological monitoring stations

圖5 水生態(tài)監(jiān)測站點各指標(biāo)得分Fig.5 Each index score of water ecological monitoring stations

2.5 分區(qū)指標(biāo)選取

依據(jù)分區(qū)目的及原則，采用空間變異性分析及空間自相關(guān)性分析方法進行分區(qū)指標(biāo)篩選。

2.5.1 空間變異性分析

分析各環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差、極值大小和變異系數(shù)等，識別各指標(biāo)的空間變異程度。環(huán)境要素指標(biāo)的統(tǒng)計值如表3 所示。由表3 可知，地形（高程、坡度）、土地利用類型（耕地面積占比、城市不透水地表面積占比、林地面積占比）及人口數(shù)量的變異系數(shù)較大，氣候（年均氣溫、年均降水量、年均蒸發(fā)量）的變異系數(shù)較小。

表3 環(huán)境要素指標(biāo)的統(tǒng)計值Table 3 Statistical values of environmental factor indexes

2.5.2 空間自相關(guān)性分析

采用SPSS 軟件，分析年降水量、年均氣溫、年蒸發(fā)量、高程、坡度、耕地面積占比、城市不透水地表面積占比、林地面積占比、人口密度9 個環(huán)境要素指標(biāo)的相關(guān)性，結(jié)果如表4 所示。選擇不具有相關(guān)性的要素作為分區(qū)指標(biāo)，使要素信息的重復(fù)性較小。由表4 可知，高程與坡度相關(guān)性較大；人口密度與高程為顯著負(fù)相關(guān)。

表4 環(huán)境要素指標(biāo)空間自相關(guān)性分析Table 4 Spatial autocorrelation analysis of environmental factor indexes

依據(jù)上述空間變異性分析及空間自相關(guān)性分析結(jié)果，綜合考慮各指標(biāo)的空間變異性大小及變異的空間尺度，高程在大尺度上能夠表現(xiàn)出較大的空間變異性，土地利用類型和人口密度在中等尺度上有較大的變異性。結(jié)合密云水庫流域特點，提出水生態(tài)功能分區(qū)的總體設(shè)計，即一、二、三級分區(qū)分別反映自然要素、人類活動的影響及水生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)。依照水-陸生態(tài)水文耦合原則，選擇高程、水文、氣候作為一級分區(qū)的備選指標(biāo)，由于氣候指標(biāo)在整個研究區(qū)內(nèi)相差不大，并不適合本研究區(qū)。

因此，一級分區(qū)結(jié)合高程要素，從自然驅(qū)動角度出發(fā)，將流域作為分區(qū)指標(biāo)，對水庫的兩大流域集水區(qū)進行區(qū)別劃分。二級分區(qū)指標(biāo)從人類脅迫的驅(qū)動角度出發(fā)，考慮研究區(qū)土地利用類型占比最多的部分，即林地面積、耕地面積、城市不透水地表面積與水生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系密切，故二級分區(qū)指標(biāo)選用土地利用及人口密度。三級分區(qū)從更小尺度出發(fā)，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的原理，從水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的功能表征進行合并，指標(biāo)依據(jù)為水體生態(tài)特征，如水質(zhì)類別、水生生物狀況、生境結(jié)構(gòu)等。密云水庫流域水生態(tài)分區(qū)指標(biāo)選取見表5。

表5 密云水庫流域三級水生態(tài)分區(qū)選取Table 5 Selection of 3 grades of water ecological zoning of Miyun Reservoir Basin

3 密云水庫流域水生態(tài)功能分區(qū)方案

3.1 一級分區(qū)

水生態(tài)功能一級分區(qū)體現(xiàn)流域內(nèi)不同區(qū)域的自然地理差異，識別出流域內(nèi)水資源供需的區(qū)域差異。根據(jù)密云水庫流域的水系及水庫特征，將其分為3 個一級水生態(tài)功能區(qū)，即潮河流域區(qū)、白河流域區(qū)及密云水庫水體區(qū)。與河流流域相比，水庫流域入庫、出庫河流并存，考慮到水庫的開放性和復(fù)雜性，基于水庫固有的生態(tài)特性及水庫的完整性，在一級分區(qū)中，將密云水庫單獨作為一個水域分區(qū)。命名以“位置+流域+水生態(tài)系統(tǒng)類型”，如圖6(a)所示。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3 個一級分區(qū)分別命名為西北部白河流域山地區(qū)、東南部潮河流域丘陵-平原區(qū)、中南部密云水庫水體區(qū)，一級分區(qū)指標(biāo)特征見表6。

表6 密云水庫流域一級分區(qū)指標(biāo)特征Table 6 Index characteristics of the first level zoning in Miyun Reservoir Basin

3.2 二級分區(qū)

水生態(tài)功能二級功能區(qū)從人類活動影響的角度出發(fā)，依據(jù)土地利用類型和社會經(jīng)濟條件，結(jié)合各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口密度，選取農(nóng)田、林地、城市用地面積百分比作為二級分區(qū)的指標(biāo)。在一級分區(qū)的基礎(chǔ)上，本研究區(qū)共劃分為14 個水生態(tài)功能二級區(qū)，如圖6(b)所示。二級區(qū)命名主要體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的典型特征，故根據(jù)“區(qū)位+生態(tài)系統(tǒng)類型（人口密度、土地利用）”命名，區(qū)位包括白河流域、黑河流域、湯河流域、潮河流域、清水河流域、安達木河流域6 個二級支流及密云水庫水體，生態(tài)系統(tǒng)類型包括森林、農(nóng)業(yè)、城市，二級分區(qū)指標(biāo)特征見表7。

表7 密云水庫流域二級分區(qū)指標(biāo)特征Table 7 Index characteristics of the second-level zoning in Miyun Reservoir Basin

3.3 三級分區(qū)

為保證子流域邊界完整性，利用ArcGIS 軟件進行水文分析，將密云水庫流域劃分成189 個子流域。采用層次聚類法對各樣點對應(yīng)的三級指標(biāo)進行聚類，由聚類結(jié)果根據(jù)指標(biāo)劃分不同功能區(qū)（表8）。同時，考慮北京市劃定的自然保護區(qū)區(qū)位，得到生物保護敏感區(qū)域，并在一級、二級分區(qū)邊界的基礎(chǔ)上，形成三級功能區(qū)的邊界。三級區(qū)命名根據(jù)“水生態(tài)功能類型-區(qū)位”（水生態(tài)功能類型包括生境維持、水源涵養(yǎng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)維持及城鎮(zhèn)支撐），分區(qū)結(jié)果如圖6(c)所示。為了更緊密地與本區(qū)的水環(huán)境管理工作進行結(jié)合，便于區(qū)縣水文部門的權(quán)責(zé)分明，結(jié)合懷柔區(qū)、延慶區(qū)、密云區(qū)的行政邊界對水生態(tài)分區(qū)進行三級劃分，三級分區(qū)命名見表9。

圖6 密云水庫流域水生態(tài)功能分區(qū)Fig.6 Water ecological function zoning of Miyun Reservoir Basin

表8 功能類型評價依據(jù)Table 8 Function type evaluation basis

表9 三級分區(qū)命名Table 9 Three level partitions naming

（續(xù)表9）

3.4 分區(qū)結(jié)果討論

本研究將密云水庫流域水生態(tài)功能分區(qū)進行了3 個等級的劃分，分別為3 個一級區(qū)，14 個二級區(qū)及22 個三級區(qū)。一級分區(qū)根據(jù)研究區(qū)內(nèi)高程及水系、水庫特征，劃分為白河流域山地區(qū)、潮河流域丘陵-平原區(qū)和密云水庫水體區(qū)，體現(xiàn)了流域內(nèi)水資源供需的區(qū)域差異。二級分區(qū)主要根據(jù)研究區(qū)的土地利用類型特征，劃分為5 個農(nóng)業(yè)區(qū)、2 個城鎮(zhèn)區(qū)、6 個森林區(qū)及1 個水體區(qū)，從人類活動影響程度方面體現(xiàn)各區(qū)域差異。三級分區(qū)從水生態(tài)功能類型方面進行區(qū)分，其中，生境維持區(qū)有12 個，主要分布在白河流域西北部、西南部及潮河流域的東南部，面積為2 571.33 km2，占69.09 %；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)維持區(qū)6 個，主要分布在白河流域中部及潮河流域中部的地形平坦海拔較低的地區(qū)，面積為775.27 km2，占20.83%；城鎮(zhèn)支撐區(qū)2 個，主要分布在潮河流域的北部及密云水庫東部，面積為125.45 km2，占3.37%；水源涵養(yǎng)區(qū)2 個，為密云水庫及白河堡水庫所在地，面積為249.55 km2，占6.71%。

從行政區(qū)劃來看，延慶區(qū)共有6 個分區(qū)，水生態(tài)功能類型主要為生境維持，占區(qū)域總面積的72.62%，因此，該區(qū)應(yīng)重點關(guān)注林、草地資源及加強對自然保護區(qū)的管控；懷柔區(qū)共有4 個分區(qū)，主要水生態(tài)功能為生境維持，占比為86.59%，應(yīng)重點關(guān)注林、草地資源；密云區(qū)共有12 個分區(qū)，主要水生態(tài)功能為生境維持，占比為53.29%，其次，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)支撐功能區(qū)占比為33.9%，該區(qū)的重要水生態(tài)功能區(qū)為密云水庫的水源涵養(yǎng)區(qū)，占密云區(qū)總面積的12.81%?？傮w來看，密云區(qū)水生態(tài)功能較為豐富，應(yīng)在維持生境的基礎(chǔ)上，重點關(guān)注農(nóng)業(yè)及生活污水的污染。當(dāng)前，研究區(qū)內(nèi)水生態(tài)監(jiān)測點位主要位于密云水庫庫區(qū)、白河堡水庫庫區(qū)以及白河的大關(guān)橋和潮河的辛莊橋，分別涉及三級分區(qū)中的密云水庫水源涵養(yǎng)區(qū)-密云區(qū)、白河流域白河堡水庫水源涵養(yǎng)-延慶區(qū)、白河流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)維持-密云區(qū)、潮河流域城鎮(zhèn)支撐-密云區(qū)，主要監(jiān)測指標(biāo)為水生生物、生境及水質(zhì)理化情況3 類。從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，密云水庫庫區(qū)匯水水質(zhì)為Ⅱ類，生境、水質(zhì)理化指標(biāo)得分較低，水生生物情況良好；白河堡水庫區(qū)匯水水質(zhì)為Ⅱ類，生境、水質(zhì)理化指標(biāo)得分較低，水生生物情況良好；大關(guān)橋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)維持功能以及辛莊橋城鎮(zhèn)支撐功能，生境、水質(zhì)理化指標(biāo)得分較高，但為生物受損型，其魚種和底棲動物為不健康狀態(tài)。整體來看，生境維持、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)維持、城鎮(zhèn)支撐區(qū)的水體生境、水質(zhì)理化情況較好，但水生生物情況較差；水源涵養(yǎng)區(qū)水生生物多位于此，但生境情況均受損。因此，對水源涵養(yǎng)功能區(qū)生境的修護和維持成為本研究區(qū)水生態(tài)關(guān)注的重點。

4 密云水庫流域水生態(tài)三級分區(qū)管理建議

4.1 水生態(tài)功能保護目標(biāo)

三級分區(qū)劃分為不同的生態(tài)功能類型(圖7)，生態(tài)功能類型包括生境維持區(qū)、城鎮(zhèn)支撐區(qū)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)維持區(qū)、水源涵養(yǎng)區(qū)4 類。

圖7 各區(qū)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)水生態(tài)功能類型Fig.7 Water ecological function types in various districts and towns

生境維持區(qū)主要考慮林地面積占比、年均降水量及河網(wǎng)密度指標(biāo)，該區(qū)植被覆蓋度高，人口密度較小，幾乎不存在人為對環(huán)境的破壞及影響，生境情況較好，水生態(tài)處于健康狀態(tài)。北京市多個自然保護區(qū)分布于此，包括水頭、大灘、喇叭溝門、云蒙山、云峰、霧靈山自然保護區(qū)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)維持區(qū)依據(jù)農(nóng)田面積占比情況進行劃分，該區(qū)相較其周圍區(qū)域耕地面積占比更大，人口密度也相對較高，河流多用于灌溉，受農(nóng)田、養(yǎng)殖業(yè)污染壓力較大。城鎮(zhèn)支撐區(qū)主要根據(jù)人口密度及城市面積占比情況進行劃分，水功能定義為城市用水，此功能區(qū)較多受到生活用水的污染。水源涵養(yǎng)區(qū)考慮了林地占比及水域分布特征，該區(qū)主要功能是防洪灌溉及城市用水，根據(jù)水生態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，該區(qū)富營養(yǎng)化狀況有逐年加重趨勢。

4.2 密云水庫流域分區(qū)管理建議

從三級分區(qū)的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)水生態(tài)功能類型(圖7)及特定保護區(qū)域出發(fā)，倒逼環(huán)境管理的方法，形成密云水庫流域水生態(tài)分區(qū)管控的基礎(chǔ)框架，為差異化管理目標(biāo)及各區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃、環(huán)境管理制度的制定提供基礎(chǔ)依據(jù)。

4.2.1 生態(tài)功能維持

密云水庫流域生境維持區(qū)主要涉及延慶區(qū)的千家店鎮(zhèn)、四海鎮(zhèn)、珍珠泉鄉(xiāng)和劉斌堡鄉(xiāng)，懷柔區(qū)的喇叭溝鄉(xiāng)、寶山鎮(zhèn)及長哨營滿族鄉(xiāng)的山區(qū)部分，密云區(qū)的大城子鎮(zhèn)及北莊鎮(zhèn)。該功能區(qū)管控目標(biāo)為保護豐富的林地資源，注重對生境的恢復(fù)，為重點管控區(qū)。管理建議為圍欄封育，保護好現(xiàn)有生態(tài)狀況，防止新的人為破壞或水土流失；做到生物措施與工程措施相結(jié)合，增加調(diào)蓄能力；加強人為管控，禁止砍伐、合理放牧，及時退耕還林。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)維持區(qū)主要涉及延慶區(qū)千家店鎮(zhèn)北部區(qū)域，懷柔區(qū)的湯河口鎮(zhèn)、琉璃廟鎮(zhèn)及寶山鎮(zhèn)、長哨營滿族鄉(xiāng)的平原地區(qū)，密云區(qū)石城鎮(zhèn)、馮家峪鎮(zhèn)、高嶺鎮(zhèn)、不老屯鎮(zhèn)中部及新城子鎮(zhèn)北部地區(qū)。該功能區(qū)管控目標(biāo)為防治農(nóng)業(yè)面源污染，嚴(yán)格控制農(nóng)藥化肥使用，關(guān)注非點源污染的影響，為一般管控區(qū)。管理建議為積極發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，改進耕作方式，同時，控制化肥用量，鼓勵使用農(nóng)家肥，減少農(nóng)業(yè)面源污染和對河流水質(zhì)的影響。

城鎮(zhèn)支撐功能區(qū)主要涉及密云區(qū)的古北口鎮(zhèn)及太師屯鎮(zhèn)中部地區(qū)。該功能區(qū)管控目標(biāo)為深化生活污水減排，嚴(yán)格執(zhí)行污水排放標(biāo)準(zhǔn)，為一般管控區(qū)。因此，要加大區(qū)域污染源治理，推行清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟，減少污水排放，建立節(jié)水型社會；增強城鎮(zhèn)污水收集、處理能力，實現(xiàn)污水回收全覆蓋。

水源涵養(yǎng)區(qū)主要位于密云水庫及白河堡水庫，涉及密云區(qū)的溪翁莊鎮(zhèn)、穆家峪鎮(zhèn)及不老屯鎮(zhèn)南部地區(qū)和延慶區(qū)的香營鄉(xiāng)。該功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)為Ⅱ類，具體管控目標(biāo)為嚴(yán)格保護生態(tài)環(huán)境，依法禁止開發(fā)建設(shè)活動，為優(yōu)先管控區(qū)。因此，要嚴(yán)格實行水源地保護措施，杜絕水庫周邊的農(nóng)業(yè)面源污染，減少水庫養(yǎng)殖，減輕水質(zhì)惡化和富營養(yǎng)化發(fā)生。對于旅游風(fēng)景區(qū)的水庫，不能超過水庫旅游承載力，減少人為因素對生物棲息地的破壞及游客產(chǎn)生的垃圾對水質(zhì)的影響。同時，加強入河排污口整治，嚴(yán)控排污行為，強化水資源監(jiān)督。

4.2.2 特定保護區(qū)域管理

自然保護區(qū)管控目標(biāo)為確定主要保護生物的安全，維持和恢復(fù)珍稀瀕危野生動植物種群數(shù)量及賴以生存的棲息環(huán)境。建議加強生物多樣性保護，依據(jù)不同保護區(qū)類型（森林、濕地），完善相應(yīng)的法律法規(guī)，協(xié)調(diào)好各自然保護區(qū)生態(tài)保護與開發(fā)建設(shè)經(jīng)濟發(fā)展的矛盾，形成人與自然和諧發(fā)展。

敏感水體區(qū)（水庫）作為北京市最重要地表飲用水水源地，應(yīng)嚴(yán)格遵守《飲用水水源保護區(qū)污染防治管理規(guī)定》，禁止一切破壞水環(huán)境生態(tài)平衡的活動。具體管理建議為增加森林面積，涵養(yǎng)水源，減少無效蒸發(fā)，完善水土流失監(jiān)管；提高水資源的綜合利用；加強污染源的管控，包括生活污水、養(yǎng)殖廢水、工業(yè)廢水等，加強整治，確保上游地區(qū)的污水達標(biāo)排放。

5 結(jié)論

（1）水生態(tài)功能區(qū)劃分技術(shù)包括分區(qū)備選指標(biāo)提出、指標(biāo)適宜性分析、分區(qū)指標(biāo)篩選及分區(qū)方案合理性分析4 個步驟，指標(biāo)篩選具體采用空間變異性分析、空間自相關(guān)性分析，遵循水陸耦合的原則?；凇白匀?社會”二元驅(qū)動，密云水庫流域一級分區(qū)考慮自然要素，分區(qū)指標(biāo)為水文和地形；二級分區(qū)從人類活動角度出發(fā)，指標(biāo)為人口密度及土地利用；三級分區(qū)指標(biāo)為水生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)及自然保護區(qū)域，各分區(qū)通過自然空間結(jié)構(gòu)及社會影響的差異性來反映水生態(tài)功能的空間差異性。

（2）水生態(tài)功能分區(qū)劃分可采用“子流域劃分—指標(biāo)體系構(gòu)建—相同結(jié)果合并—分區(qū)邊界確定”的分區(qū)方法，基于ArcGIS 數(shù)據(jù)合并得到各級分區(qū)結(jié)果。密云水庫流域水生態(tài)功能區(qū)共劃分為一級區(qū)3 個、二級區(qū)14 個和三級區(qū)22 個，并明確了各功能區(qū)的自然特征及主導(dǎo)的水生態(tài)功能。

（3）水生態(tài)功能分區(qū)以集水區(qū)為基本劃分單元，以水生態(tài)為基礎(chǔ)，強調(diào)“陸水相連”，同時也考慮“源-匯分開”。本研究將密云水庫區(qū)域單獨作為一個分區(qū)，重點討論密云水庫的水生態(tài)狀況及功能。密云水庫流域水生態(tài)功能分區(qū)作為水環(huán)境管理的一種新的管控治理空間區(qū)域，將有助于密云水庫流域水環(huán)境管理和水生態(tài)功能恢復(fù)。