流域系统研究新范式：西江流域案例

流域社会-生态系统具有物质循环、能量流动、信息传递等基本功能，是一个包括资源、环境、经济、社会等多要素的复杂大系统。西江流域不仅贯通珠江-西江经济带，而且是陆海丝绸之路的重要通道，也是广西粮食主产区和泛珠江三角洲重要的生态屏障，其生态、经济功能不言而喻。西江流域地质地貌类型多样，生物多样性丰富，但生态脆弱，喀斯特分布面积广，水土流失严重，加上流域经济发展水平空间差异大，人口多，生态破坏及环境污染问题时有发生，且流域上中下游分段管理，加大了流域综合治理的难度。

基于此，《流域系统研究新范式: 西江流域案例》（胡宝清等著. 北京: 科学出版社，2019. 12）一书从生态风险管理实践的角度，探究西江流域社会-生态系统关键要素的变化机制与过程，并开展生态风险模拟研究，了解流域地表过程、环境效应与生态风险的空间格局及演变特征，在此基础上模拟不同情景下西江流域社会-生态系统生态风险变化状况，对制定流域生态保护、风险防范和优化管理政策具有理论及实践支撑作用。

▲ 技术路线图

本书以广西西江流域为研究对象，以复杂性思维和人-水和谐理念为指导，基于生态风险管理的视角，综合运用监测分析、3S [遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)] 技术、模型分析和系统模拟等多学科交叉研究方法，对流域社会—生态系统动态监测—耦合机制—生态风险—情景模拟—综合管理—战略决策进行集成研究。从地质地貌、土地利用、资源环境承载力、石漠化过程、生态系统脆弱性、综合风险、社会水文、农村居民点、贫困现状、发展战略、生态补偿等基础研究入手，揭示广西西江流域社会-生态系统内部要素之间的组织结构、系统特征以及互动机制，阐明流域关键生态风险源、风险受体、暴露表征的相互关系，分析和构建生态风险评价指标体系，探索社会-生态系统风险评估的理论方法。

迄今所见的流域系统研究的主要内容包含水资源与水循环、水土流失与保持、水沙过程和泥石流、地貌过程、营养物质和污染物过程、环境容量、(水资源) 优化调控等内容。而该书围绕自然生态系统演变过程、社会生态系统耦合发展、流域可持续发展三大主题展开，分析了广西西江流域地理特征、地质地貌格局、水资源时空分布、石漠化过程、植被变化、自然灾害、生态环境、生态系统产水与固碳等物理、化学、生物过程；剖析了流域经济-社会-生态系统耦合发展状态、土地利用变化、农村居民点时空分布特征等社会关键要素变化机制；基于西江流域的独特地理位置，研究了其贫困特征、功能分区、发展战略及生态补偿等。其内容涉及流域人地系统科学研究范式、社会生态系统协同变化及耦合机制、生态环境脆弱性分析及评价、综合生态风险评价与风险管理、水资源时空分布及可持续利用评价、资源环境承载力和生态系统服务功能、土地利用变化模拟及其合理开发、土地利用景观格局及其环境效应、石漠化过程及其植被变化分析、空间功能分区及其扶贫模式研究等。可见该书显著扩展了流域系统研究的内容。

总之，该书以更为广阔的视野，更贴近实际问题的态度，拓展和完善了流域系统概念的内涵，丰富了流域系统研究的内容和方法，有利于更全面地认识和“从整体上” (钱学森语) 优化管理流域系统，可谓“流域系统研究的新范式”。

2019 年12 月17 日

本书包括既相对独立又相互关联的4 篇内容，共20 章，通过基础研究与专题研究，对广西西江流域社会生态系统存在的突出问题进行定性与定量分析，并提出针对性的管理建议，同时结合广西西江流域独特的地理区位条件，为其谋划发展方向。

▋第一篇为理论方法篇。本篇包括第1 章~ 第5 章。

• 第1 章从流域人地系统研究进展、科学的学科体系、研究理论与方法、学术思路与技术路线等方面进行了分析，构建了西江流域社会-生态系统研究理论体系，为西江流域的研究提供了理论方法和技术指导。

• 第2 章~ 第4 章围绕广西西江流域的地质地貌、地理特征分析与综合区划、社会生态系统协同变化及耦合机制进行分析，探究了广西西江流域的地层、地质构造、地貌类型、自然和人文地理特征、综合区划结果、经济-社会-生态系统的发展现状及耦合机制。

• 第5 章基于地理信息技术、空间数据库分析、SQL Server 等相关技术，建立起西江流域基础地理空间数据、生态环境数据、流域基础数据、遥感数据、多媒体数据等集成共享系统与决策支持系统。

▲ 广西西江流域综合区划二级区

▋第二篇为生态变化与资源利用篇。本篇包括第6 章~ 第10 章，分别从广西西江流域土地利用景观格局及其环境效应、三生(生产、生活、生态) 用地评价和优化配置、土地利用变化模拟及其合理开发、水资源时空分布及可持续利用评价、资源环境承载力和生态系统服务功能等五个方面探究广西西江流域生态变化和资源利用。

• 本篇系统分析了流域长时间序列下土地利用景观格局的变化、土地利用景观格局生态服务价值变化、土地利用景观格局变化综合生态环境效应；

• 以土地利用的多功能性为切入点，基于土地利用现状分类构建了三生用地分类体系，以2005 年、2010 年、2015 年作为研究时间点，将广西西江流域的土地从空间上分为生产生态用地、生态生产用地、生态用地及生活生产用地四大类，从横向及纵向两个方面对各个分类的土地利用现状进行了分析对比；

• 从土地利用结构、土地利用动态度、土地利用转移矩阵等方面去定量分析广西西江流域土地利用变化情况；

• 选择坡度、高程、人均GDP、人口密度和距主要道路距离等五个可以引起土地利用变化的要素组成广西西江流域驱动力研究的基本框架，使用Logistic 回归模型，探索该地区土地利用变化规律，构建CA-Markov 模型，在IDRISI 软件上对2025 年广西西江流域土地利用情景进行模拟；

• 基于综合指数法对广西西江流域水资源可持续性进行评估，并基于像元尺度对广西西江流域水资源可获取性进行综合评价；

• 从资源丰度、环境支撑和经济发展社会进步三个方面，构建广西西江流域资源环境承载力综合评估指标体系，采用InVEST 模型评估广西西江流域生态系统水源涵养、土壤保持、水质净化和碳储存四个方面的调节服务功能。

▲ 2025 年广西西江流域土地利用模拟预测图

▋第三篇为环境演变与风险评价篇。本篇包括第11 章~ 第14 章，分为广西石漠化过程及其植被变化分析，以及广西西江流域自然灾害脆弱性评价及防灾减灾、生态环境脆弱性分析及评价、综合生态风险评价与风险管理等四大研究内容。

• 利用石漠化地区遥感影像数据，分析石漠化空间分布状况、时空演变规律，同时结合植被变化监测遥感数据，探究喀斯特地区植被变化情况；

• 通过分析广西西江流域暴雨洪涝灾害时空演变、热带气旋灾害时空演变、干旱灾害时空演变规律，构建广西西江流域自然灾害风险评价体系，分别对暴雨洪涝灾害、干旱灾害、热带气旋灾害、低温寒冻害、地质灾害等进行风险评价，并提出广西西江流域自然灾害防灾减灾对策；

• 利用3S 技术对广西西江流域的生态脆弱性时空分异特征及其驱动机制进行评价，并结合地理探测器模型，对流域生态脆弱性驱动机制进行探究；

• 利用OWA 多准则评价法、DPSIR 流域综合生态风险评价模型，构建指标体系对广西西江流域综合生态风险进行评价，针对存在的问题提出综合生态风险管理对策。

▲ 广西西江流域自然灾害综合风险区划图

▋第四篇为综合管理与战略决策篇。本篇包括第15 章~ 第20 章，分为广西西江流域生态系统产水与固碳服务功能、社会水文评价与综合管理、农村居民点的空间分布特征及其影响因素、空间功能分区及其扶贫模式、在“一带一路” 构架下的广西西江流域发展战略，以及生态补偿与长效保护机制及政策建议等六大研究内容。

• 第15 章和第16 章围绕西江流域的水资源展开研究，利用InVEST 模型对西江流域2000年、2005 年、2010 年和2015 年的产水量、碳储量两大生态系统服务功能进行定量评估，分析其空间格局、动态变化及其影响因素，在产水量功能和碳储量功能评估结果基础上进行生态系统服务功能重要性分级；运用脱钩分析法对人口子系统-水资源子系统、经济子系统-水资源子系统进行耦合，构建社会水文系统脆弱性评价指标体系并对广西西江流域进行评价。

• 第17 章和第18 章运用核密度分析、空间“热点” 探测、Logistic 回归模型、最小阻力模型等方法来探究广西西江流域农村居民点的空间分布特征及其影响因素；在广西西江流域空间功能分区基础上，运用贫困发生率、空间基尼系数、空间自相关、地理探测器等方法探究广西西江流域贫困现状及致贫因子。

• 第19 章和第20 章在“一带一路” 背景下对广西的新定位、新要求进行了说明，并运用“SWOT” 分析法分析了广西西江流域发展的优势、劣势、机遇、挑战，对左右江革命老区、西江经济带进行了具体阐述；针对流域存在的生态环境问题，分析、设计流域生态补偿机制，对广西西江流域生态补偿与保护提出合理化建议。

▲ 广西西江流域各县(市、区) 贫困发生率指数

空间自相关LISA 集聚图

本书的研究成果得到以下基金项目的资助: 国家重点研发计划“喀斯特峰丛洼地石漠化综合治理与生态服务功能提升技术研究示范” 项目(2016YFC0502401)，国家自然科学基金项目“复杂环境下西江流域社会-生态系统变化及其生态风险模拟研究” (41661021) 和“生态工程背景下区域石漠化演变机制及治理成效评估” (2016YFC0502401)，广西自然科学基金创新团队项目“北部湾海陆交互关键带与陆海统筹发展研究” (2016GXNSFGA380007) 和广西科技开发项目“基于水-土-气-生-人耦合的西江流域生态环境风险评价与情景模拟” (250103-402)。

本文摘编自《流域系统研究新范式: 西江流域案例》（胡宝清等著. 北京: 科学出版社，2019. 12）一书“前言”“序”，有删减，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-063680-5

责任编辑: 王 运 柴良木

本书以广西西江流域为研究对象，基于生态风险管理的视角，沿着流域社会—生态系统动态监测—耦合机制—生态风险—情景模拟—综合管理—战略决策进行集成研究，从地质地貌、土地利用、资源环境承载力、石漠化过程、植被变化、生态系统脆弱性、综合风险、社会水文、农村居民点、贫困现状、发展战略、生态补偿等方面进行专题研究。本书包括既相对独立又相互关联的4 篇，共20 章，通过集成研究与专题研究，对广西西江流域社会生态系统存在的突出问题进行定性与定量分析，并提出针对性的管理建议，同时结合广西西江流域独特的地理区位条件，为其谋划发展方向。

本书可供自然地理学、人文地理学、资源与环境科学、流域环境经济学、地理信息科学、土地管理学等学科研究人员及有关院校师生参考。

（本文编辑：刘四旦）

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