基于生态红线划定的小流域生态保护开发研究

邢梦雅 刘娅莉 杨小妹 查叶 张冀文

摘 要：劃定生态保护红线是加快生态文明制度建设的重要内容，在我国省级生态保护红线基本划定基础上，开展小流域尺度生态保护红线评估研究工作势在必行。以黄河上游黄土丘陵沟壑区雷坛河小流域为例，探讨了生态保护红线的划定方法：从水系结构功能性、土地生态敏感性、经济社会影响性三个方面建立小流域生态功能评价指标体系，采用层次分析法、专家评分法确定评价指标权重，采用评价指标加权叠加法计算小流域生态承载力综合指数。结果表明：雷坛河小流域生态承载力综合指数域为[0.36，6.60]，将[3.00，6.60]的区域划定为生态红线区、[1.50，3.00）的区域划定为生态黄线区、[0.36，1.50）的区域划定为生态绿线区，据此确定生态红线区面积为46.7 km2、占比18.0%，生态黄线区面积为95.7 km2、占比36.9%，生态绿线区面积为116.9 km2、占比45.1%。雷坛河小流域属黄河流域同类小流域生态基底较好者，具有较好的生态保护条件与开发价值，建议将其作为典型生态小流域进行重点保护开发，为同类生态小流域建设树立典型、积累经验。

关键词：生态保护红线;水土流失;雷坛河小流域;黄河流域

中图分类号：S157.2;TV882.1 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.07.023 引用格式：邢梦雅，刘娅莉，杨小妹，等.基于生态红线划定的小流域生态保护开发研究[J].人民黄河，2021，43（7）：120-123，140.

Abstract： Delineation of the ecological protection redline is significant to the construction of ecological civilization. It is imperative to carry out the work in ecological protection redlines of small watersheds at provincial levels. Taking Leitan River small watershed in the gullied rolling loess area of the upper Yellow River as an example， the paper discussed the general method for delineating ecological protection redlines. Firstly， it established the evaluation index system of ecological effect， including river system structure function， land ecological sensitivity and economic-social influence. Secondly， it adopted analytic hierarchy process and expert scoring method to determine the weight of evaluation index field. Finally， it calculated the comprehensive index of ecological carrying capacity by weighted superposition method. The results show that the comprehensive index field of ecological carrying capacity is [0.36，6.60]， taking the field of [3.00，6.60] as ecological redline zone， field of [1.50，3.00） as yellow line zone and [0.36，1.50） as green line area. Thus， the determined area of redline zone is 46.7 km2， accounting for 18.0%， the area of yellow line is 95.7 km2， accounting for 36.9% and the area of green line zone is 116.9 km2， accounting for 45.1% correspondingly. Overall， the small watershed is a better ecological base one in similar small watersheds of the Yellow River basin， having good ecological protection conditions and development value. Therefore， it suggests taking it as a typical ecological small watershed for special protection and developed in order to establish a model for similar ecological small watershed construction and accumulate experience.

Key words： ecological protection redlines; soil erosion; Leitan River small watershed; Yellow River basin

中共中央办公厅、国务院办公厅于2017年印发的《关于划定并严守生态保护红线的若干意见》提出：生态保护红线是在生态空间范围内具有特殊重要生态功能、必须强制性严格保护的重要区域，是保障与维护国家生态安全的底线及生命线，通常包括具有重要水源涵养、生物多样性维护、水土保持、防风固沙、海岸生态稳定等功能的生态功能区域，以及水土流失、土地沙化、石漠化、盐渍化等生态环境敏感脆弱区域。国外与其类似的概念有自然保护区网络[1]、国家公园体系[2]、特别自然生态保护区域[3]等。划定生态保护红线是加快生态文明制度建设的重要内容，对于维护自然生态系统服务功能持续稳定发挥、保障国家与区域生态安全格局具有关键作用，是遏制生态环境退化的迫切需要及有效手段。高吉喜等[4]通过分析生态保护红线划定面临的问题等，提出了保障生态保护红线落地的生态文明制度;李永格等[5]对划定祁连山生态红线进行了研究;温煜华等[6]对黄河干支流重要水源补给区生态保护红线的划定进行了研究;徐德琳等[7]采用最小累计阻力模型，构建了基于生态保护红线的佳木斯市生态安全格局。目前，我国省级生态保护红线基本划定，随着生态保护红线落地工作起步，在与上位规划衔接基础上开展小流域尺度的生态保护红线划定与生态安全评估研究工作势在必行。本文以黄河上游黄土丘陵沟壑区雷坛河小流域为例，构建小流域生态承载力评价指标体系，划定生态保护红线并分析在水系结构、土地生态、经济社会因素影响下的生态安全格局，以期为同类小流域生态保护提供参考。

1 研究区概况

雷坛河为兰州市黄河南岸一级支流，流域面积259.3 km2，自南向北流经榆中县、七里河区、城关区，全长约43.4 km，多年平均径流量337.1万m3。

该流域属温带半干旱大陆性季风气候区，多年平均日照时数2 360.4 h、无霜期180 d、降水量322.1 mm、水面蒸发量1 504.8 mm，为典型的干旱区小流域，水土流失严重，属甘青宁黄土丘陵国家级及甘肃省省级水土流失重点治理区。流域内自然、人文资源条件较好，有石佛沟国家级森林公园、兴远古寺等市级文物保护单位（景源）;省道S101南北贯穿流域，沿线花寨子、阿甘、水磨滩等村镇民风淳朴。

2 研究方法

（1）构建生态功能评价指标体系。根据雷坛河小流域自然、人文条件及生态环境特征，从水系结构功能性、土地生态敏感性、经济社会影响性三方面构建生态功能评价指标体系，评价指标的确定遵循代表性、易操作性、易获性、综合性、系统性原则，采用层次分析法和专家评分法确定评价指标权重[8]，见表1。

（2）数据及来源。DEM数据源自地理空间数据云，分辨率为30 m×30 m，地理坐标系统为GCS_WGS_1984Web墨卡托投影，地面坡度、水系结构通過ArcGIS分析得出。气象数据源自中国气象科学数据共享网，包括2019年5—10月的月降水量、日降水量等数据。土地利用数据取自地理数据云，分辨率为5 m×5 m。公路数据源于OSM开源地图矢量数据库。自然、人文景源位置及缓冲区大小通过实地调研，结合有关资料来确定。

（3）数据处理。数据处理利用ArcGIS软件，考虑水系线性特征，以1 m×1 m栅格单元为评价指标数据载体，根据当地实际情况及已有研究成果、有关标准，对单因子数据图层进行定量化分析，采用Strahler法对水系（沟道）进行分级;采用评价指标加权叠加法计算小流域生态承载力综合指数;采用通用土壤流失方程计算年均土壤流失量：

式中：A为单位面积土壤流失量，即土壤侵蚀模数，t/（km2·a）;R为降雨侵蚀力因子，取3 250 MJ·mm/（km2·h·a）[9];K为土壤可蚀性因子，取0.40 t·h/（MJ·mm）;LS为地形因子，按式（2）计算;C为植被覆盖因子，按土地利用类型取值，森林取0.003、灌木林取0.04、草地取0.07、梯田及稀植坡地取0.05、建设用地取0.002;P为水土保持措施因子，取0.9。

LS=（65.41sin2S+4.56sin S+0.065）（L/22.13）m（2）

式中：S为坡度，°;L为坡长，m;m为坡长指数，当sin S>0.05时m=0.5，当sin S=0.03～0.05时m=0.4，当sin S=0.01～0.03时m=0.3，当sin S<0.01时m=0.2。

（4）评价指标赋分标准。采用自然间断点分级法[10]进行小流域生态功能评价，各评价指标分级赋分标准见表2。

3 评价结果与分析

3.1 单因子赋分结果

雷坛河小流域生态功能评价各单因子赋分结果见图1。

3.2 主要影响因子分析

3.2.1 水系结构功能性分析

水系是流域生态系统的重要廊道，不同级别沟道对流域生态功能的作用与影响程度不同。雷坛河小流域3级沟道（骨干河道）南北贯穿整个流域，形成一条总长约38.0 km的生态廊道;2级沟道由一定规模坡面支沟汇集发育形成，作为纳支入干连通廊道，总长度约17.1 km;1级沟道发源于山坡沟壑，可形成挟沙水流，总长度约70.4 km。由于该小流域中上游位于峡谷地带，大量1级支沟直接汇入3级沟道，因此支沟水流泥沙特性对干流的影响较显著。考虑区域水文地质条件及人类活动影响，1、2、3级沟道两侧缓冲区范围（宽度）分别确定为10、50、100 m。

3.2.2 土地生态敏感性分析

土地生态敏感性综合反映流域土地生态价值，是小流域土地生态红线划定的重要依据。由图2可知，雷坛河小流域土地生态敏感性高的区域主要集中在流域中部（高山林区）及3级沟道两侧约1.5 km以内，土地利用类型以梯田、稀植坡地为主;下游土地利用类型以坡耕地、建设用地等为主，受人类活动影响明显增强，生态敏感性集中体现为中度敏感及以下水平。

3.2.3 土壤流失量分析

雷坛河小流域地表坡度最小为2.89°、最大为78.3°，土壤侵蚀模数多年平均值为3 500 t/（km2·a）、最大达5 500 t/（km2·a），属中度-强烈土壤侵蚀区。该小流域所在区域（黄土丘陵沟壑区）土壤容许流失量为1 000 t/（km2·a），该区同类小流域年均土壤侵蚀模数为3 000～8 000 t/（km2·a）。

由表3及图3可知：雷坛河小流域沟头侵蚀较严重，土壤流失量大，流域上中游地区支沟源头部位侵蚀沟密度较大，土壤流失量在5 000 t/（km2·a）以上，侵蚀面积约为35.59 km2，占比13.73%;中下游地区面蚀特征明显，面蚀主要发生在梁峁、稀植坡面上，土壤侵蚀模数为2 500～5 000 t/（km2·a），侵蚀总量在60万t/a以上。

针对雷坛河小流域土壤侵蚀现状及分级分布特征，因地制宜提出总体整治方案：以沟头整治为重点，植树造林，蓄水保土，稳固山坡;河沟上游设拦沙谷坊，拦截泥流中固体物质，降低水流泥沙含量;中下游沟道采取固床、护坡、疏导等治理措施，减轻水流对沿岸沟壑的冲刷侧蚀。

3.2.4 经济社会影响性分析

经济社会影响性分析侧重于流域内景源斑块及交通廊道的价值与影响，以识别流域特色生态文明建设区的主要因子。雷坛河小流域自然景源以流域中部森林保护区、煤矿生产资源区为主，佛寺道观等人文景源则主要分布在北部城区。流域内路网以省道S101为轴线，整体呈北密南疏格局，是各景源斑块间连接廊道，交通活动影响度高。计算路网缓冲区与流域面积之比，得出流域内交通活动影响范围占比为60.0%;各景源交通可达性良好，均位于公路100 m缓冲区范围内。

3.3 基于生态保护红线的小流域生态安全格局

根據生态功能评价指标体系中各指标分级计算（赋分）结果和各指标权重，对雷坛河小流域各指标层进行叠加分析，得到该小流域生态承载力综合指数域为[0.36，6.60]，将综合指数为[3.00，6.60]的区域划定为生态红线区，将综合指数为[1.50，3.00）的区域划定为生态黄线区，将综合指数为[0.36，1.50）的区域划定为生态绿线区，得到图4所示该小流域生态安全格局。

生态红线区面积约46.7 km2，占流域总面积的18.0%，包括干流生态廊道、景源核心区、森林保护区及沟头保护区，具有水系功能重要、土地生态敏感性强、经济社会影响突出的特征。干流生态廊道是整个流域最重要的输水生态廊道，景源核心区是景源斑块中观赏价值最高区，森林保护区是生态系统的重要组成部分，沟头保护区则是流域水土流失治理的重点区域，这些区域均应采取最严格的管控措施，最大限度保障其生态承载力。

生态黄线区面积约95.7 km2，占流域总面积的36.9%，主要包括马衔山区、部分支沟及干流临水区等，具有水系功能较重要、土地生态敏感性较强、经济社会影响较大的特征，该区域具有生态缓冲区、景源过渡带等作用，应采取生态优先、预防为主的控制性开发政策。

生态绿线区面积约116.9 km2，占流域总面积的45.1%，主要包括流域中东部山区、建设用地区等，具有水系功能低、土地生态敏感性较弱、经济社会影响一般的特征，该区生态保护与开发政策导向以基本生态功能保护、合理开发利用为主，可作为生态旅游备用区。

4 结 语

从水系结构功能性、土地生态敏感性、经济社会影响性三个方面建立小流域生态功能评价指标体系，采用层次分析法和专家评分法确定评价指标权重，采用评价指标加权叠加法计算的雷坛河小流域生态承载力综合指数域为[0.36，6.60]，将综合指数为[3.00，6.60]的区域划定为生态红线区，将综合指数为[1.50，3.00）的区域划定为生态黄线区，将综合指数为[0.36，1.50）的区域划定为生态绿线区，据此划分的生态红线区面积为46.7 km2、占比18.0%，生态黄线区面积为95.7 km2、占比36.9%，生态绿线区面积为116.9 km2、占比45.1%。

水土流失是黄河流域最重要的生态问题，是造成黄河复杂难治的根本原因。雷坛河小流域属西北黄土高原黄土丘陵沟壑区，现状土壤侵蚀强度属中度-强烈，与黄河流域同类小流域相比生态基底较好，且流域中下游位于兰州城区，具有较好的生态保护条件与开发价值，建议作为典型生态小流域进行重点建设，为黄河流域同类小流域生态保护与开发树立典型、积累经验。

参考文献：

[1] 张风春，朱留财，彭宁.欧盟Natural2000：自然保护区的典范[J].环境保护，2011，39（6）： 73-74.

[2] BRUNER A G， GULLISON R E. Effectiveness of Parks in Protecting Tropical Biodiversity[J].Science，2001，291（5501）： 125-128.

[3] THERESA F， DAVID O. Institutional Instability and the Challenges of Protected Area Management in Russia[J]. Society & Natural Resources，2012，25（2）： 191-202.

[4] 高吉喜，邹长新，郑好.推进生态保护红线落地 保障生态文明制度建设[J].环境保护，2015，43（11）： 26-29.

[5] 李永格，李宗省，冯起，等.基于生态红线划定的祁连山生态保护性开发研究[J].生态学报，2019，39（7）： 2343-2352.

[6] 温煜华，王乃昂，严欣荣.黄河重要水源补给区生态红线划定研究[J].干旱区地理，2019，42（9）： 1-10.

[7] 徐德琳，邹长新，裴文明，等.基于生态保护红线的佳木斯市生态安全格局构建[J].环境生态学，2019，1（4）： 8-14.

[8] 吕双庆.应用Excel计算判断矩阵特征向量和特征根：以七阶判断矩阵为例[J].科技风，2015（6）： 29.

[9] 王万中，焦菊英，郝小平，等.中国降雨侵蚀力R值的计算与分布[J].水土保持学报，1995，9（4）：5-18.

[10] 王飞.人类活动对区域水土流失影响的定量评价[D].杨凌：西北农林科技大学，2004：30-40.

【责任编辑 张智民】