綜合視角下粵北山區(qū)縣域水安全格局構(gòu)建與分析

陳朝，楊賢房，陳進(jìn)棟，王琦，劉婷，鄧南榮

1.華南土壤污染控制與修復(fù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，廣東省農(nóng)業(yè)環(huán)境綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所

2.福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院

3.江西師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院

4.贛南師范大學(xué)地理與環(huán)境工程學(xué)院

區(qū)域水安全格局強(qiáng)調(diào)土地利用空間格局及其動(dòng)態(tài)變化和特定生態(tài)功能的發(fā)揮，以空間化的視角識(shí)別維系區(qū)域水安全的關(guān)鍵要素和空間位置，應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)原理和局地經(jīng)驗(yàn)知識(shí)建立水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與空間規(guī)劃間的聯(lián)系[1-2]，通過人類社會(huì)與水資源、水環(huán)境、水災(zāi)害系統(tǒng)間的多要素優(yōu)化配置，構(gòu)建解決綜合水安全問題的整體格局。

目前，國內(nèi)外水安全格局研究主要集中于國家、省域或流域尺度的水量或水質(zhì)管理政策，研究視角多側(cè)重于水資源、水災(zāi)害與水環(huán)境安全[3-5]。水資源安全格局構(gòu)建大多圍繞飲用水源地保護(hù)區(qū)、水源涵養(yǎng)功能及冰川、湖泊、濕地、河流等要素展開，強(qiáng)調(diào)水資源開發(fā)利用階段與有限發(fā)展目標(biāo)下的水資源總量安全[1,6]。通用數(shù)理與綜合評(píng)價(jià)模型[7-8]、基于水文學(xué)水量平衡理論的水資源承載力[6]和水源涵養(yǎng)量計(jì)算方法[9]以及基于景觀生態(tài)學(xué)最小阻力模型（MCR）[10-12]的緩沖格局方法[13-16]被大量應(yīng)用于水資源安全格局研究之中，但將經(jīng)典水文水量平衡模型與MCR 緩沖格局方法進(jìn)行空間量化融合的研究尚且少見。水災(zāi)害安全格局構(gòu)建則主要考慮洪澇淹沒范圍、洪水源匯點(diǎn)、洪水規(guī)避戰(zhàn)略點(diǎn)與河湖緩沖區(qū)等因素，通常根據(jù)洪水風(fēng)險(xiǎn)頻率數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)字高程、徑流系數(shù)和水系格局對(duì)洪水過程進(jìn)行模擬，得到不同洪水風(fēng)險(xiǎn)頻率的淹沒范圍[17]，而現(xiàn)有基于經(jīng)典水文匯流D8 模型進(jìn)行的水災(zāi)害安全空間格局模擬的研究[18]均未考慮洪水周邊地物的受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，如何結(jié)合水文匯流洪災(zāi)模擬模型與洪水周邊用地風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行區(qū)域水災(zāi)害安全空間格局綜合定量分析是亟待解決的問題。水環(huán)境安全格局研究熱點(diǎn)集中在基于源匯景觀的水環(huán)境污染分析與河湖重點(diǎn)敏感岸段識(shí)別。景觀優(yōu)化理論強(qiáng)調(diào)根據(jù)區(qū)域景觀格局特征合理規(guī)劃和配置一定的生態(tài)廊道、緩沖區(qū)、節(jié)點(diǎn)和重點(diǎn)保護(hù)斑塊，以維持區(qū)域景觀連接度與水網(wǎng)體系完整[1,19]，但該理論未能從本質(zhì)上反映區(qū)域水環(huán)境污染狀況。根據(jù)區(qū)域?qū)崪y(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)計(jì)算的水質(zhì)指數(shù)或內(nèi)梅羅指數(shù)[20]反映了局域水環(huán)境污染狀況，但無法反映水文全流域單元內(nèi)污染物濃度與目標(biāo)容量限值間的超載與負(fù)載空間綜合安全程度。當(dāng)前結(jié)合小流域水文單元徑流量計(jì)算與水污染超載、負(fù)荷綜合量化方法評(píng)價(jià)區(qū)域水環(huán)境安全空間格局的研究鮮有報(bào)道?？傮w來看，現(xiàn)有區(qū)域水安全格局研究多側(cè)重于水資源、水災(zāi)害或水環(huán)境的單一維度或者兩兩整合，從水資源、水災(zāi)害和水環(huán)境綜合視角系統(tǒng)構(gòu)建與分析區(qū)域水安全格局的綜合研究亟待加強(qiáng)。

筆者從水資源安全、水災(zāi)害安全及水環(huán)境安全的綜合視角探討粵北山區(qū)翁源縣域的綜合水安全格局。水資源安全主要考慮結(jié)合基于景觀緩沖理論的水源保護(hù)與水量平衡理論的水源涵養(yǎng)功能格局；水災(zāi)害安全選用既能反映區(qū)域景觀水文洼地匯流藍(lán)點(diǎn)范圍，又能反映周邊用地洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)程度的洪災(zāi)模型，用以量化大暴雨事件下水文匯流藍(lán)點(diǎn)及周邊用地洪水受災(zāi)綜合風(fēng)險(xiǎn)；水環(huán)境安全使用表觀水環(huán)境負(fù)荷與超載空間分異情況的載荷容量來刻畫小流域單元內(nèi)水環(huán)境安全格局。綜合上述3 個(gè)方面，構(gòu)建縣域總體水安全格局并分析用地協(xié)調(diào)情況，以期為縣域綜合生態(tài)安全格局及國土空間規(guī)劃與管控提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

翁源縣（113°30′E～ 114°18′E，24°07′N～ 24°40′N）地處粵北山區(qū)南部的滃江盆地，流水和巖溶作用形成了翁源縣典型的山區(qū)地形地貌[21]。翁源縣地表水資源豐富，境內(nèi)主要河流“滃江”是北江水四大支流之一，縣內(nèi)河長92 km，集雨面積2 058 km2，其中集雨面積100 km2以上的支流有九仙水、貴東水、龍仙水、周陂水、涂屋水及橫石水6 條，形成了以滃江為主干流的扇形河網(wǎng)（圖1）。翁源縣年均降水量為1 778 mm，年平均徑流深為950 mm，年平均徑流總量19.55 億m3。豐枯年徑流總量比為2.96 倍，年內(nèi)分配不均，易造成夏、秋季洪水集中泛濫，而春、冬枯水季引發(fā)旱災(zāi)，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與城鎮(zhèn)居民生活。重要江河湖泊水質(zhì)穩(wěn)定，污染指數(shù)近年來有上升趨勢(shì)[22]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

水源保護(hù)區(qū)主要考慮研究區(qū)范圍內(nèi)河流、溝渠、湖泊、水庫和重要飲用水源地。河流、溝渠、湖泊和水庫矢量數(shù)據(jù)根據(jù)國家下發(fā)翁源縣第三次國土調(diào)查統(tǒng)一時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)、地理國情普查和1∶1 萬數(shù)字線劃圖（DLG）數(shù)據(jù)融合提取，飲用水源保護(hù)區(qū)范圍數(shù)據(jù)由翁源縣生態(tài)環(huán)境局提供。區(qū)域降水量和蒸散發(fā)量數(shù)據(jù)根據(jù)國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心中國地面氣候標(biāo)準(zhǔn)值年值數(shù)據(jù)集（1981—2010 年）[23]中翁源縣周邊8 個(gè)氣象站點(diǎn)插值獲取。生態(tài)系統(tǒng)面積由翁源縣林業(yè)局提供的森林資源管理“一張圖”2020 年度更新成果數(shù)據(jù)計(jì)算；水災(zāi)害安全格局分析涉及的流域地形水文分析DEM 源于日本宇宙航空研究所（JAXA）高級(jí)陸地觀測(cè)衛(wèi)星-1（ALOS）項(xiàng)目的12.5 m 地形數(shù)據(jù)[24]，現(xiàn)狀水系數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心1∶25 萬全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫中的水系DLG 數(shù)據(jù)[25]；水環(huán)境安全格局分析涉及盆域原始范圍采用世界自然基金會(huì)（WWF）和美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）合作開發(fā)的全球水文數(shù)據(jù)集HydroSHEDS 數(shù)據(jù)庫（https://www.hydrosheds.org/page/hydrobasins）[26]中的Basin ATLAS_v10_lev09 級(jí)數(shù)據(jù)。縣域主要河流盆域多年平均徑流量及對(duì)應(yīng)集雨面積由翁源縣水務(wù)局提供。50 個(gè)實(shí)測(cè)取樣點(diǎn)位（圖1）2015—2020 年水質(zhì)濃度均值數(shù)據(jù)來源于翁源縣生態(tài)環(huán)境局。目標(biāo)水質(zhì)濃度參考GB 3838—2002 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》及相關(guān)水環(huán)境功能區(qū)劃確定。翁源縣2020 年土地利用現(xiàn)狀變更數(shù)據(jù)、基本農(nóng)田、生態(tài)保護(hù)紅線與歷年水土保持治理矢量數(shù)據(jù)來源于翁源縣自然資源局。

2 研究方法

2.1 水資源安全格局分析

2.1.1 水源保護(hù)緩沖區(qū)構(gòu)建

融合翁源縣現(xiàn)狀變更、地理國情普查、DLG 與飲用水源保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)，形成水源保護(hù)區(qū)基底范圍。采用歐氏距離（Euclidean distance，ED）建立緩沖區(qū)，并參考國內(nèi)外研究案例[19,27-28]及翁源縣實(shí)際水系現(xiàn)狀，設(shè)定不同的水源保護(hù)區(qū)類型的緩沖距離（表1），以對(duì)應(yīng)不同的安全格局級(jí)別，取各類型安全級(jí)別最低值形成水源保護(hù)區(qū)安全格局。

2.1.2 水源涵養(yǎng)量計(jì)算

水源涵養(yǎng)量采用水量平衡方程[9]計(jì)算：

式中：TQ 為水源涵養(yǎng)量，m3；Pi為降水量，mm；Ri為地表徑流量，mm；ETi為蒸散發(fā)量，mm；Ai為i類生態(tài)系統(tǒng)面積，km2；j為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)；α為平均地表徑流系數(shù)，按地表生態(tài)系統(tǒng)類型計(jì)算，各生態(tài)系統(tǒng)類型平均地表徑流系數(shù)參照《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》（環(huán)辦生態(tài)〔2017〕48 號(hào)）。

將氣象站點(diǎn)插值柵格與生態(tài)系統(tǒng)面積柵格通過式（1）進(jìn)行計(jì)算得到全域水源涵養(yǎng)量柵格。采用常用的自然斷點(diǎn)法分級(jí)得到水源涵養(yǎng)安全格局，該方法是利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的JENK 最優(yōu)法得出的分界點(diǎn)，能使各級(jí)的內(nèi)部方差之和最小[2]。將水源保護(hù)安全格局與水源涵養(yǎng)安全格局分別劃分為高、較高、中、較低、低5 個(gè)等級(jí)，并按較低值進(jìn)行融合形成區(qū)域水資源安全等級(jí)格局。

2.2 洪水淹沒模擬分析

為反映洪水淹沒匯、周邊受災(zāi)景觀及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，采用藍(lán)點(diǎn)模型（bluespot models，BSM）進(jìn)行洪水淹沒分析，并據(jù)此構(gòu)建翁源縣域水災(zāi)害安全格局。BSM 是由丹麥公司（NIRAS 和COWI）利用GPS 系統(tǒng)與激光雷達(dá)技術(shù)融合生成的高分辨率景觀模型創(chuàng)建的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模型[29-30]。藍(lán)點(diǎn)（BS）是大暴雨情況下易于積水或泛濫的區(qū)域，在景觀學(xué)中稱之為洼地或匯，可危及其中或附近的建筑。BSM 基于經(jīng)典水文D8 匯流模型模擬降雨-產(chǎn)流-徑流過程，計(jì)算特定地形區(qū)各流域單元內(nèi)水文流向與流量，確定特定傾瀉點(diǎn)下對(duì)應(yīng)的藍(lán)點(diǎn)體積[29]。利用BSM 創(chuàng)建藍(lán)點(diǎn)地圖不僅可以在高精度DEM 基礎(chǔ)上識(shí)別景觀匯與受影響建筑物或易受災(zāi)用地類型空間范圍，也可以用來量化評(píng)估大暴雨事件下建筑物或特定用地的洪水風(fēng)險(xiǎn)[31]。BSM 包括藍(lán)點(diǎn)識(shí)別（IBS）模型和識(shí)別藍(lán)點(diǎn)填充值（IBFUV）模型，通過識(shí)別低洼藍(lán)點(diǎn)區(qū)并計(jì)算填充藍(lán)點(diǎn)體積的降水量，表征區(qū)域洪災(zāi)范圍及面臨洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較大的建筑物或特定用地。

BSM 模擬按以下步驟進(jìn)行：1）ALOS DEM 修正。為標(biāo)定水系準(zhǔn)確空間位置，運(yùn)用ArcHydroTools中的DEM reconditioning 工具，將測(cè)繪河流水系（DLG 25W）作為參考，寫入到ALOS DEM 中，從而實(shí)現(xiàn)地形改善。2）識(shí)別藍(lán)點(diǎn)范圍及獲取風(fēng)險(xiǎn)建筑填充值。提取研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)中的建設(shè)用地作為IBFUV 模型中的風(fēng)險(xiǎn)建筑（BD）或特定用地輸入，采用修正后的ALOS DEM，設(shè)定模型輸出空間并將掩膜設(shè)定為與翁源縣域行政邊界一致。3）BS 及BD 填充值（FUV）融合生成。將與藍(lán)點(diǎn)范圍接觸的建筑物矢量（BDTBS）作為輸入，獲取與建筑物接觸的藍(lán)點(diǎn)范圍矢量（BSTBD）中的FUV 屬性。通過Update 命令工具將BDTBS 與BSTBD 融合更新。4）BS 及BD 的FUV 分級(jí)。將上述融合矢量轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)后，采用自然斷點(diǎn)法對(duì)FUV 屬性進(jìn)行分級(jí)，對(duì)應(yīng)高、較高、中、較低、低5 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。FUV 越大風(fēng)險(xiǎn)越低，對(duì)應(yīng)水災(zāi)害安全級(jí)別越高，反之則風(fēng)險(xiǎn)越高，對(duì)應(yīng)水災(zāi)害安全級(jí)別越低。

2.3 水環(huán)境安全格局分析

參照文獻(xiàn)[9,32]中的水環(huán)境容量計(jì)算方法，提出水環(huán)境載荷量計(jì)算方法，即通過徑流量法計(jì)算評(píng)價(jià)單元年均水質(zhì)現(xiàn)狀濃度與目標(biāo)濃度之差與地表水資源量的乘積來表征水環(huán)境載荷量。根據(jù)現(xiàn)有水功能區(qū)劃水質(zhì)目標(biāo)取均值確定評(píng)價(jià)單元年均水質(zhì)目標(biāo)濃度，采用水質(zhì)實(shí)測(cè)樣點(diǎn)多年濃度均值插值獲取全流域評(píng)價(jià)單元水質(zhì)濃度。參考國家各級(jí)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃，選取化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）濃度表征翁源縣水質(zhì)狀況。通過ArcGIS 軟件的水文分析模塊生成全域河網(wǎng)并劃分小流域單元，根據(jù)實(shí)測(cè)取樣點(diǎn)位所在河網(wǎng)歐氏距離緩沖生成樣點(diǎn)插值障礙層，取二者交集形成評(píng)價(jià)單元，計(jì)算水環(huán)境載荷量并據(jù)此對(duì)水環(huán)境安全格局進(jìn)行分級(jí)刻畫。

對(duì)BasinATLAS_v10_lev09 與水文分析盆域范圍進(jìn)行融合修正，計(jì)算水模數(shù)，根據(jù)水模數(shù)計(jì)算單元年徑流量。公式如下：

式中：q為水模數(shù)，108m3/(km2·a)；Q為年徑流量，108m3；A為集雨面積，km2；QO為評(píng)價(jià)單元年徑流量，108m3/a；AO為評(píng)價(jià)單元面積，km2。

采用含障礙核插值（kernel interpolation with barriers）方法對(duì)評(píng)價(jià)單元內(nèi)樣點(diǎn)實(shí)測(cè)COD 與NH3-N濃度進(jìn)行插值，其中障礙參考研究區(qū)實(shí)際河流最大寬度選取樣點(diǎn)所在河網(wǎng)ED 向外緩沖200 m 生成。水質(zhì)載荷濃度計(jì)算公式如下：

式中：C為評(píng)價(jià)單元水質(zhì)載荷濃度，mg/L；Ch為水質(zhì)樣點(diǎn)實(shí)測(cè)COD 與NH3-N 濃度插值，mg/L；Cs為評(píng)價(jià)單元所在水功能區(qū)年均目標(biāo)濃度，mg/L。

樣點(diǎn)水質(zhì)載荷濃度采用極值法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算，公式如下：

式中：CO為評(píng)價(jià)單元水質(zhì)載荷濃度標(biāo)準(zhǔn)化值；Cmax和Cmin分別為評(píng)價(jià)單元COD 與NH3-N 載荷濃度最大值和最小值，mg/L。

采用徑流量法計(jì)算水環(huán)境載荷量（P），公式如下：

采用自然斷點(diǎn)法對(duì)P進(jìn)行分級(jí)，將COD 與NH3-N 水環(huán)境載荷量劃分為高、較高、中、較低、低5 個(gè)等級(jí)，取較低值融合生成水環(huán)境安全等級(jí)格局。

3 結(jié)果與分析

3.1 水資源安全格局

翁源縣水資源安全格局如圖2 所示。由圖2(a)可見，水源地和水體低安全區(qū)主要為水源保護(hù)地，也是環(huán)境高度敏感區(qū)；較低安全區(qū)域分布于滃江及周邊的九仙水、貴東水、龍仙水、周陂水、涂屋水及橫石水6 個(gè)子流域水系，包括其間零星分布的水庫，為翁源縣主要江河湖泊水系網(wǎng)絡(luò)組成部分。中、高安全區(qū)域分布在以上水網(wǎng)及水源地斑塊的緩沖地帶。由圖2(b)可見，低安全水源涵養(yǎng)區(qū)主要分布于翁源縣東北部的半溪市級(jí)自然保護(hù)區(qū)以及滃江上游支流溪半河—魯溪水一帶、西北部韶關(guān)沙溪省級(jí)自然保護(hù)區(qū)邊緣地帶，為翁源縣重要的水源涵養(yǎng)區(qū)；中安全水源涵養(yǎng)區(qū)廣泛分布于翁源縣中、低山區(qū)，也是水源涵養(yǎng)林廣泛分布區(qū)；高安全水源涵養(yǎng)區(qū)主要分布于翁源低丘盆地平原區(qū)，林地、綠地面積相對(duì)較少，水源涵養(yǎng)功能較弱。

圖2 翁源縣水資源安全格局Fig.2 Water resources security patterns in Wengyuan County

由圖2（c）可見，翁源縣綜合水資源安全格局總體呈現(xiàn)越高敏感脆弱的重要水體、保護(hù)區(qū)、水源地及涵養(yǎng)林區(qū)越趨于低安全，而盆地平原區(qū)趨于高安全。低安全區(qū)主要分布于龍仙水、貴東水、上廟、丹竹坑、六戶山、五指山和涼橋村等重要水源地以及半溪市級(jí)自然保護(hù)區(qū)、溪半河—魯溪水等水源涵養(yǎng)林區(qū)、滃江及周邊九仙水、貴東水、龍仙水、周陂水、涂屋水及橫石水6 個(gè)子流域水系，包括其間零星分布的湖泊水庫與坑塘區(qū)域；水資源中安全區(qū)主要分布于中、低山水源涵養(yǎng)林區(qū)以及以上水系網(wǎng)絡(luò)的緩沖區(qū)；水資源高安全主要分布于低丘盆地平原區(qū)。

3.2 水災(zāi)害安全格局

翁源縣水災(zāi)害安全格局如圖3 所示。由圖3（a）可見，低安全區(qū)多為滃江水系沿岸灘涂、河漫灘等不穩(wěn)定區(qū)以及小型坑塘、溝渠與溪谷區(qū)，整體洼地填充雨水量為0～1 654 mm；景觀藍(lán)點(diǎn)匯中安全區(qū)多為填充速度中等的洼地區(qū)，整體洼地填充雨水量為1 654～9 070 mm；景觀藍(lán)點(diǎn)匯高安全區(qū)多為填充速度較慢的洼地區(qū)，整體洼地填充雨水量為9 070～996 000 mm。藍(lán)點(diǎn)周邊低安全區(qū)〔圖3（b）〕為最易受水災(zāi)害影響的區(qū)域，多為耕地、園地、公路用地、其他草地、內(nèi)陸灘涂和農(nóng)村宅基地等；中、高安全藍(lán)點(diǎn)周邊區(qū)分別為較易和不易受水災(zāi)害影響的區(qū)域，受影響地類與低安全區(qū)類似。

圖3 翁源縣水災(zāi)害安全格局Fig.3 Water hazard security pattern in Wengyuan County

由圖3（c）可見，翁源縣綜合水災(zāi)害安全格局總體呈現(xiàn)越靠近河流中、下游且周邊人類活動(dòng)越頻繁強(qiáng)烈，水災(zāi)害安全越偏低，而河流中、上游及周邊人類活動(dòng)擾動(dòng)微弱區(qū)，水災(zāi)害安全較高。低安全區(qū)主要分布在滃江中、下游—周陂水及其周邊湖庫群、貴東水、滃江上游—巖莊水庫、九仙—壩仔水、橫石水等水系及其周邊受影響的耕地、園地、公路用地、其他草地、內(nèi)陸灘涂和農(nóng)村宅基地等地類，這類區(qū)域廣泛分布于翁源縣各鎮(zhèn)；水災(zāi)害中、高安全區(qū)主要分布在滃江支流水系及周邊湖庫、洼地及周邊受影響的耕地、公路用地、園地、工業(yè)用地、設(shè)施農(nóng)用地和農(nóng)村宅基地等。

3.3 水環(huán)境安全格局

翁源縣水環(huán)境安全格局如圖4 所示。小流域〔圖4（a）〕評(píng)價(jià)單元內(nèi)年徑流量為4.61×104～663.81×104m3，其中年徑流量較大的區(qū)域主要集中在滃江中上游及上游支流等區(qū)域。水環(huán)境指標(biāo)載荷分析結(jié)果顯示〔圖4（b）（c）〕，翁源縣水環(huán)境COD 與NH3-N 載荷具有相似的分布格局，高值區(qū)2 項(xiàng)指標(biāo)濃度超過水功能區(qū)年均目標(biāo)濃度較多，水質(zhì)指標(biāo)污染情況有加重趨勢(shì)；低值區(qū)2 項(xiàng)指標(biāo)濃度保持在水功能區(qū)年均目標(biāo)濃度以下，水質(zhì)指標(biāo)情況良好；中值區(qū)2 項(xiàng)指標(biāo)濃度維持在水功能區(qū)年均目標(biāo)濃度左右，水質(zhì)指標(biāo)情況尚好。

圖4 水環(huán)境安全格局Fig.4 Water environment security patterns

翁源縣綜合水環(huán)境格局〔圖4（d）〕總體呈現(xiàn)滃江流域東南部與西部支流水系水環(huán)境安全較低，而其他區(qū)域水環(huán)境安全較高，這與縣域東南部城鎮(zhèn)集中發(fā)展和西部產(chǎn)業(yè)工業(yè)園快速擴(kuò)張密切相關(guān)[33-34]。低安全區(qū)主要集中在貴東—大坪水、茶園河—滃江中上游、石角河—上空水及滃江下游上榕角—三叉坑水庫匯集水系，這類區(qū)域不僅年徑流量大，2 項(xiàng)指標(biāo)載荷濃度也高，導(dǎo)致水環(huán)境載荷量較大；高安全區(qū)主要集中在滃江上游—魯溪水—饒村河、石背河、涂屋水—九仙水及礬洞水及橫石水下游區(qū)，這類區(qū)域不僅年徑流量小，2 項(xiàng)指標(biāo)載荷濃度也低，水環(huán)境載荷量較小，水環(huán)境相對(duì)安全；中安全及中低、中高安全區(qū)為以上區(qū)域之間的過渡區(qū)。

3.4 綜合水安全格局

基于水資源、水災(zāi)害與水環(huán)境多視角分析翁源縣綜合水安全格局，如圖5 所示。低安全區(qū)主要分布于重要飲用水源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、水源涵養(yǎng)區(qū)、滃江及支流等重要江河湖泊水體等生態(tài)敏感脆弱區(qū)，以及這類區(qū)域周邊受影響的耕地、園地、公路用地、其他草地、內(nèi)陸灘涂和農(nóng)村宅基地等地類和水環(huán)境載荷量較大區(qū)域，低安全區(qū)應(yīng)注重水資源保護(hù)、水災(zāi)害防治與水環(huán)境綜合整治。中安全、中低安全與中高安全區(qū)主要分布于中、低山水源涵養(yǎng)林區(qū)、重要江河湖泊水系網(wǎng)絡(luò)的緩沖區(qū)及其周邊受影響一般的地類以及水環(huán)境載荷量適中區(qū)域，這類區(qū)域應(yīng)注重水資源保護(hù)與維護(hù)、水災(zāi)害重點(diǎn)區(qū)防范與水環(huán)境保育。高安全區(qū)主要分布在低丘盆地平原區(qū)、重要江河湖泊水系的緩沖帶外圍及其周邊受影響較小地類、水環(huán)境載荷量較小區(qū)域，高安全區(qū)應(yīng)注重水資源維護(hù)、水災(zāi)害有效防范與水環(huán)境保育。

圖5 綜合水安全格局Fig.5 Comprehensive water security pattern

3.5 基于水安全的用地協(xié)調(diào)分析

為協(xié)調(diào)生產(chǎn)、生活與生態(tài)空間，整體謀劃縣域國土空間開發(fā)與保護(hù)格局，將綜合水安全較敏感脆弱的低和較低安全區(qū)與建設(shè)用地、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)進(jìn)行疊加分析，獲取縣域水安全與建設(shè)用地和基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)沖突協(xié)調(diào)空間分布范圍〔圖6（a）（b）〕。低安全和較低安全區(qū)與現(xiàn)狀建設(shè)用地沖突管控區(qū)分別占4.68%和2.48%，二者之和僅占7.16%（表2），且分布較為集中。沖突管控區(qū)集中在東部溪半河—魯溪水、貴東水、龍仙水飲用水源保護(hù)區(qū)內(nèi)的沿山公路、西北部鐵龍林場鐵礦開采破壞區(qū)以及龍仙縣城、官渡、翁城和新江工業(yè)園等受人類活動(dòng)影響強(qiáng)烈的擴(kuò)張區(qū)，沖突區(qū)景觀類型以林地為主〔圖6（a）〕。與基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)沖突管控區(qū)分別僅占7.14%和5.33%，二者之和僅占12.5%（表2），且分布較為零散。除有少量基本農(nóng)田位于貴東水飲用水源2 級(jí)保護(hù)區(qū)，需逐步退出外，其余主要零星分布于滃江上、下游及龍仙水、周陂水、涂屋水、橫石水等支流河湖水系周邊，且沖突區(qū)域主要分布于低安全區(qū)外的較低安全緩沖區(qū)〔圖6（b）〕。

表2 綜合水安全與用地協(xié)調(diào)統(tǒng)計(jì)Table 2 Coordination statistics between comprehensive water security and land use

圖6 水安全與建設(shè)用地、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、生態(tài)保護(hù)紅線及水土保持治理空間協(xié)調(diào)Fig.6 Coordination between water security and construction land,basic farmland protection areas,ecological conservation redline and soil and water conservation control space

將綜合水安全低和較低安全范圍與翁源縣生態(tài)保護(hù)紅線及水土保持治理空間范圍進(jìn)行疊加分析，結(jié)果如〔圖6（c）（d）〕及表2 所示。低安全和較低安全區(qū)域分別占生態(tài)保護(hù)紅線劃定面積的35.32 %和59.35%，二者占比達(dá)到94.67%；低安全和較低安全區(qū)域分別占水土保持治理空間面積的24.44%和39.31%，二者占比達(dá)到63.75%。綜上，研究區(qū)綜合水安全格局與生態(tài)保護(hù)紅線及水土保持治理空間有很好的契合度，符合研究區(qū)實(shí)際情況。

4 討論

從水資源、水災(zāi)害和水環(huán)境綜合視角探討了縣域綜合水安全格局，從分析結(jié)果來看，研究區(qū)綜合水安全格局中較敏感脆弱的低和較低安全區(qū)與建設(shè)用地和永久基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)均存在一定面積的沖突管控區(qū)，其中建設(shè)用地集中表現(xiàn)在人類活動(dòng)強(qiáng)烈擴(kuò)張區(qū)與水體周邊林地的沖突，這與翁源縣近年土地開發(fā)利用強(qiáng)度提升有直接關(guān)系[33-34]。與永久基本農(nóng)田的沖突表現(xiàn)在零散的水系緩沖區(qū)帶內(nèi)，這與翁源縣近年來大力推進(jìn)墾造水田、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)等農(nóng)田水利建設(shè)實(shí)際情況一致[35-36]；研究區(qū)低安全和較低安全區(qū)占生態(tài)保護(hù)紅線的面積達(dá)到94.67%，同時(shí)在水土保持治理空間占比達(dá)到63.76%，表明研究區(qū)水安全格局與相關(guān)保護(hù)規(guī)劃和治理空間具有較好的契合度和一致性。

本研究構(gòu)建的縣域綜合水安全格局仍存在一定局限。水資源安全格局中的水源保護(hù)區(qū)借鑒了常用的河流與湖庫區(qū)的緩沖距離，并結(jié)合翁源縣地理國情和三調(diào)現(xiàn)狀水體數(shù)據(jù)寬度設(shè)定研究區(qū)不同水體緩沖寬度，因現(xiàn)有研究緩沖寬度尚無成熟而統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[13-14]，因此水安全緩沖段的安全格局有待進(jìn)一步細(xì)化明確。在水災(zāi)害安全格局探討中，BSM 通過假設(shè)一定洪災(zāi)等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)和相同的地面因素下的可容納降水量（洼地填充值）來反映水災(zāi)害安全級(jí)別，該方法對(duì)于缺乏詳細(xì)水文地質(zhì)、洪災(zāi)歷史資料區(qū)域具有快速、高效和實(shí)用的模擬效果，但由于該方法僅基于數(shù)字地形高程的水文參數(shù)換算，未考慮區(qū)域?qū)嶋H地表水文特征（如不同下墊面不同的降雨入滲產(chǎn)流參數(shù)[17]），因此需要結(jié)合詳盡的水文洪災(zāi)資料和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠磉M(jìn)一步驗(yàn)證。水環(huán)境安全格局中，本研究構(gòu)建水環(huán)境載荷量計(jì)算方法用以刻畫研究區(qū)水環(huán)境安全格局特征，限于縣域水質(zhì)實(shí)測(cè)樣點(diǎn)較少，采用水質(zhì)濃度插值結(jié)果存在一定的不確定性，另外，限于實(shí)測(cè)樣點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)不全，僅選取常用的COD、NH3-N 濃度來表征研究區(qū)水質(zhì)狀況，無法系統(tǒng)、全面地反映研究區(qū)水質(zhì)特征。

對(duì)于水資源低安全保護(hù)區(qū)，水生態(tài)緩沖防護(hù)帶具有阻控面源污染、保護(hù)水質(zhì)、連接廊道等多種生態(tài)功能，水生態(tài)緩沖帶寬度越寬，岸濱受人類活動(dòng)干擾越弱，生態(tài)敏感性越低，水生態(tài)綜合功能越強(qiáng)，因此合理選擇水生態(tài)緩沖防護(hù)帶對(duì)水資源低安全區(qū)至關(guān)重要，而中高安全區(qū)也應(yīng)做好水源涵養(yǎng)功能的保育與維護(hù)。對(duì)于水災(zāi)害低安全區(qū)受水災(zāi)害威脅較大，應(yīng)重點(diǎn)構(gòu)筑河湖濱岸及低洼山坑蓄滯洪災(zāi)緩沖帶，進(jìn)行重點(diǎn)水體及周邊易受水災(zāi)影響的耕地、園地、公路、工業(yè)用地等建設(shè)用地周邊生態(tài)保護(hù)與修復(fù)，中、高安全區(qū)需做好景觀隔離帶等空間管制措施，同時(shí)也應(yīng)注重水源涵養(yǎng)、水土保持等水生態(tài)維育功能的建設(shè)。對(duì)于水環(huán)境低安全區(qū)域應(yīng)嚴(yán)禁各類污染物超標(biāo)排放，進(jìn)行綜合整治以提升區(qū)域水質(zhì)，中高安全區(qū)域應(yīng)嚴(yán)格空間管制與系統(tǒng)整治，保障區(qū)域基本生活與產(chǎn)業(yè)用水質(zhì)量安全。

5 結(jié)論

（1）翁源縣水資源安全格局與重要水系、水源地和自然保護(hù)區(qū)的敏感脆弱程度及地形地貌緊密相關(guān)；水災(zāi)害安全格局與滃江水系上、中、下游位置及周邊人類活動(dòng)強(qiáng)烈程度直接相關(guān)，越靠近河流中、下游且周邊人類活動(dòng)越頻繁強(qiáng)烈，水災(zāi)害安全越偏低；水環(huán)境安全格局與研究區(qū)人類活動(dòng)造成的水系污染情況密切相關(guān)，研究區(qū)東南部城鎮(zhèn)集中發(fā)展和西部工業(yè)園快速擴(kuò)張是造成區(qū)域水環(huán)境安全偏低的主要原因。

（2）研究區(qū)綜合水安全格局低安全區(qū)主要分布于飲用水源、自然保護(hù)區(qū)、重要水系廊道與水源涵養(yǎng)區(qū)及周邊毗鄰區(qū)等生態(tài)敏感脆弱區(qū)；中安全區(qū)主要分布于低安全生態(tài)敏感脆弱區(qū)的緩沖區(qū)，及其毗鄰影響區(qū)域；高安全區(qū)主要分布于中安全緩沖區(qū)外圍區(qū)域及其毗鄰影響區(qū)。

（3）水安全主導(dǎo)下的用地協(xié)調(diào)分析表明，研究區(qū)綜合水安全格局中的較敏感脆弱的低和較低安全區(qū)與建設(shè)用地和永久基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)存在較小面積的沖突管控區(qū)，且分別與土地開發(fā)和農(nóng)田水利建設(shè)相關(guān)；與生態(tài)保護(hù)紅線和水土保持治理空間的契合度較高，表明研究結(jié)果與相關(guān)保護(hù)規(guī)劃和治理空間具有較好的一致性。