GIS 在城市生态环境空间管控中的实践与探索

姚利鹏 秦海旭 杨琳 俞欣 刘春蕾

（南京市生态环境保护科学研究院 江苏南京 210013）

0 引言

工业化、城市化进程的加快，使得城市生态空间不断被蚕食，资源和环境逐渐成为制约我国城市未来可持续发展的瓶颈因素，生态环境保护与城市开发建设之间相互制约的问题亟待解决［1］。长期以来，由于规划功能定位的限制，环境保护规划及措施在空间上不落地，环境对城市长远发展和空间布局的约束和引导有限［2］。党的十八届三中全会《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》提出“建立空间规划体系，划定生产、生活、生态空间开发管制界限，落实用途管制”，环境保护工作开始注重并强调空间落地管控。

近年来，各省、市在严格划定生态保护红线、试点编制城市环境总体规划、探索环境保护规划参与“多规合一”、构建落实“生态保护红线、环境质量底线、资源利用上线和环境准入负面清单”（简称“三线一单”）等方面的工作均可视为环境保护工作在落实生态环境空间管控上的探索和具体实践。本文在梳理生态环境空间管控的重点内容基础上，剖析南京市在实践生态环境空间管控上的探索，以期为城市尺度上生态环境空间管控技术实践提供参考。

1 生态环境空间管控需求日益增大

随着生态文明建设的推进，国家对生态环境空间管控越来越重视。拥有大量监测、统计数据的环境保护工作面临巨大挑战和机遇，城市规划和国土规划领域日益重视生态环境。城市迅速发展和国土开发的提速，对完善和系统化生态环境空间管控的需求越来越紧迫［3］。生态环境部发布系列技术指南（表1），指导、探索生态环境空间管控技术实践。

表1 生态环境部发布涉及生态环境空间管控的部分技术指南

2 城市生态环境空间管控内容

构建空间规划体系，应立足于生态文明建设，承担起基础性、指导性、约束性的功能［4］，就现阶段而言，生态环境空间规划滞后于生态文明建设和国土空间规划改革的形势［5］。在环境空间管控体系构建上，各地进行了一些有益的探索。深圳市率先划定基本生态控制线，随后武汉市、广州市、厦门市等多个城市陆续开展相关工作，将其作为控制城市非建设用地、保护城市生态资源和生态格局的重要实践手段。浙江省先行探索了市、县层面划定环境功能区划的技术可行性，在细化落实省级层面的环境功能区划基础上，确保市县区划要可指导、可操作、可落地，实现全省“一个区划、一张图”和覆盖全省的环境空间管制机制。2016 年，原环境保护部提出将“三线一单”的要求纳入战略环境评价的实践和管理［6］，这是落实国土空间环境管控的有效手段，提供了系统性、可视化的生态环境空间管控规则［7］。总体来讲，当前的生态环境保护工作中涉及到生态环境空间管控的内容主要体现在生态保护红线划定、环境功能区划、要素（水、气、土等）空间管控、环境风险区划、资源环境承载力评估等方面［8］，在城市发展过程中起到“刹车”功能，解决“底线”问题。

3 GIS 在城市生态环境空间管控中的技术支撑

生态环境空间信息涉及基础地理数据、主要污染源、自然地理条件等领域，涵盖大气、水、土壤、生态、固体废弃物、噪声、环境风险等环境要素。一方面，地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术能够管理和处理海量环境数据。利用GIS 属性信息与空间信息一体化管理、矢量数据与栅格数据结合应用以及强大的数据管理和处理分析能力，可以对多源、多领域的生态环境空间数据进行统一管理，实现模拟、分析等数据处理，并可通过GIS 完成信息查询、输出各种需要的辅助图件［9］。另一方面，随着互联网技术、虚拟现实技术、计算机开发技术与GIS的结合，GIS 将具备三维可视化、虚拟动态模拟等交互设计以及数据共享、二次开发等功能［10］，是实现生态环境空间管控的有力工具。

信息化是环境与经济相互渗透、相互融合的桥梁，借助GIS 进行环境数据科学分析处理，可以使生态环境保护工作具有更宽广的视角，能够更加科学地把握生态环境保护与经济发展、社会进步的联系和规律，从而克服现有局限，实现环境数据科学化应用，更加有效地促进环境、经济、社会的同步发展，为环境决策、管理、执法、科研全面服务。

4 南京市生态环境空间管控中的实践

4.1 生态红线落地划定与多规合一

生态保护红线规划是环境保护领域开展生态环境空间管控和融入“多规合一”的重要切入点，然而生态保护红线划定与其它空间规划衔接程度不够，特别是城市尺度上的生态保护红线划分技术研究还较薄弱［11］。为落实南京市“多规合一”总体工作部署和生态红线空间落地管控，需将生态红线落地划定，并与土地利用总体规划、城市总体规划等规划协调对接。

基于GIS 平台，采用人机交互判读与无人机现场勘查相结合的方法，对南京市省级生态红线进行边界优化。在1：2000政务版电子地图上优化南京市省级生态红线，利用0.3 m 高清分辨率航拍影像辅助判别，结合已有保护区域规划边界和自然边界，保证红线的连续性和完整性，将生态红线边界落实到具体地块。协调“多规合一”差异图斑调整、重大项目落地等矛盾与差异，将生态红线与其他规划对接融合，形成生态保护红线数据“一个库”、分布“一张图”。总体实践过程中，构建了“统一—辅助—调整—对接”的技术方法体系（图1）。

图1 生态红线区域优化调整技术方法体系

优化生态红线区域边界是开展与生态红线相关的生态环境空间管控工作的基础。此项成果在南京市“多规合一”工作中，配合全市差异图斑梳理、支撑“多规合一”信息平台建设。此外，在南京市开展江苏省国家生态红线划定及核定、江苏省畜禽养殖禁养区划定等工程中提供了重要工作基础。

4.2 水环境空间管理

水环境管理所涉及的大量环境信息，如水环境功能区划、重点排水企业、污水处理厂、黑臭河流、饮用水水源地保护区、水质监测点等，此类信息除具有时间性外，还具备空间分布的特点。基于GIS的数字化及建库、空间数据库管理系统、制图显示等功能技术，建立以GIS 为核心的水环境空间数据库。在GIS 平台支撑下（图2），利用南京市基础测绘矢量数据、高清航拍影像图、水系栅格图等基础数据，数字化并提取重点河流、湖泊、水库等面状要素数据入库，构建南京生态环境水系基础数据库。加工处理重点排水企业、污水处理厂、水源地、水质监测点等不同信息源、不同类型的数据，入库建立专题数据集，构建水环境专题数据库。

图2 水环境空间数据库数字化及建库技术体系

水环境空间数据库的建立，便于水环境信息统一集中管理、快速准确查询信息，科学有效地服务于水环境管理。此项成果为建设南京市水环境信息平台奠定了坚实的数据基础，对开展重点断面达标、黑臭河流治理、重点湖泊水质改善、以及重点流域水环境整治等水污染防治工作起到了关键作用。同时，技术支撑推进南京市集中式饮用水水源地环境保护专项行动，针对饮用水水源保护区划定不清、边界不明等问题，应用水环境专题数据库中与生态红线相关的饮用水水源地数据，结合无人机现场勘查资料库，精准划定南京县级以上水源地保护区矢量边界范围，基本建立水源地基础信息档案。

4.3 大气污染物排放清单可视化

大气污染物排放清单是透析区域、城市、区县等各种地理或行政管理区界范围内大气污染源排放结构及排放水平的重要基础。将排放清单的排放量与区域地理信息相结合，利用GIS 空间定位、空间分析（叠加分析、缓冲区分析等）、空间统计等技术，构建南京市1 km×1 km的空间分辨率的网格化排放清单。根据污染源排放特征，结合GIS 中要素空间形态特征，将污染排放分为点、线、面三类空间分配方式：①对于可以获得详细经纬度信息的电厂、钢铁、工业锅炉、重点化工企业等重要工业污染源，主要作为点源直接进行空间分配；②对于道路移动源以及道路扬尘污染源，主要作为线源通过南京市路网信息进行空间分配；③对于其他未能获得详细信息的污染物，一般通过GDP、人口分布或土地利用方式，主要作为面源进行空间分配，形成1 套大气污染物排放清单空间可视化技术体系（图3）。

图3 大气污染物排放清单空间可视化技术体系

基于此套大气污染物排放清单空间可视化技术体系，编制形成污染物种类较为齐全、空间分辨率较高的大气污染物排放清单。此项成果对于了解南京市大气污染物排放空间分布特征、研究大气复合污染成因及机制提供了基础数据，相关技术成果成功应用于2015 年南京市大气污染物排放清单编制［12］，并在实践中不断改进，为南京市大气污染防治措施的制定提供科学依据。

5 结语

随着生态文明建设深入推进，尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念深入人心，加快构建城市生态环境空间规划体系的呼声愈发强烈。GIS 技术及其应用可以实现对海量环境数据的管理、储存、查询等基本功能，同时，在空间数据分析、数据信息共享、二次开发等领域可为生态环境空间管控工作提供强有力的技术支撑。

近年来，南京市通过试点城市环境总体规划、划定生态保护红线、参与“多规合一”、编制“三线一单”等工作不断创新和强化生态环境空间管控的思路和手段，在生态保护红线制度、水环境空间管理、大气环境空间管理、网格化环境管理等方面做出了技术上的实践与探索，以实现环境管理政策空间落地。