山东省胶东调水工程水系连通功能分析

摘要: 文章分析了胶东调水工程在原始状态、 引黄济青和胶东调水 ３ 个不同工程阶段的水系环度等 ３ 项水系连通 形态指标ꎬ 并根据水系连通形态与功能之间的定量关系评估了河道Βιβλιοθήκη Baidu流率等 ５ 项水系连通功能指标ꎬ 最后对未来 不同工程情景下的水系连通功能进行分析ꎬ 从而为工程效益的有效评估、 水系格局的合理构建和工程项目的规划 与设计提供决策依据ꎮ 关键词: 胶东调水ꎻ 水系连通ꎻ 形态指标ꎻ 功能指标 中图分类号: ＴＶ６８ 文献标识码: Ｂ 文章编号: １６７２￣２４６９(２０１８)１０￣００１８￣０３
íïＲｎ ＝ ０������ １３４ ＋ ０������ ０２３β ＋ ０������ ３３５γ
(２)
ïＲｔ ＝ － ０������ ３０２ － ０������ ５９３１α ＋ ０������ １２９β ＋ ０������ ７０４γ îïＲｓ ＝ － ４������ ７０３ － ８������ ２４１１α ＋ １������ ６３５β ＋ ９������ ８０５γ
通的形态与功能之间的定量关系ꎬ 评估各工程阶段 的河道断流率、 河流水质达标率、 水体纳污能力指 数、 河道通航能力、 生物多样性指数共 ５ 项功能指 标ꎬ 最后从水系连通角度评估了 １５ 项不同工程情 景条件下的工程效果ꎮ
２ 分析方法
２������ １ 工程概况与水系连通状况 胶东调水工程全称为 “ 胶东地区引 黄 调 水 工
最为显著的 ５ 项功能指标ꎬ 分别为河道断流率 Ｒｄ、 河流水质达标率 Ｒｚ、 水体纳污能力指数 Ｒｎ、 河道 通航能力 Ｒｔ 和生物多样性指数 Ｒｓꎮ 各功能指标与 形态指标的关系式如下:
ìïＲｄ ＝ ０������ ３１２ － ０������ １５８β － ０������ ０５３γ
ïïＲｚ ＝ ０������ ３１９ ＋ ０������ １９８α ＋ ０������ ０５３β ＋ ０������ ５５１γ
������１８������
规划战略
水利规划与设计
２０１８ 年第 １０ 期
图 １ 胶东调水工程不同阶段的水系连通状况模型图
水系环度主要用于反映水系中每个节点的物质能量
交换能力ꎬ 节点连接率主要是反映水系中每个节点
连接水系能力的强弱ꎬ 而水系连通度主要是反映水
系之间连通性强弱和水分输移能力ꎮ 各形态指标的
计算方程为:
ìïα ï
＝
ｎ －ｖ ＋１ ２ｖ － ５
ï í ï
β
＝
ｎ ｖ
(１)
îïïγ
＝
ｎ ３(ｖ － ２)
式中ꎬ ｖ—研究区域中的节点数ꎬ 各节点由图 １ 中
的圆点表示ꎻ ｎ—研究区域中的水系个数ꎬ 各水系
由图 １ 中两个圆点之间的曲线表示ꎮ
２������ ３ 水系连通功能指标
水系连通的功能指标主要用于表示水系连通的
效果ꎬ 如城市景观辐射率、 河道断流率与水体纳污
能力等ꎮ 一般情况下ꎬ 水系连通的形态指标可根据
遥感影像信息或采用 ＧＩＳ 平台来获取ꎬ 其评估相对
容易ꎬ 而水系连通功能指标的评估则相对困难ꎬ 因
此窦明等人和刘荚等人建立了水系连通形态与连通
功能之间的定量关系ꎬ 据此可基于较易评估的形态
指标来评估功能指标ꎮ 本文选取与连通形态相关性
２０１８ 年第 １０ 期 ＤＯＩ: １０������ ３９６９ / ｊ������ ｉｓｓｎ������ １６７２￣２４６９������ ２０１８������ １０������ ００６
水利规划与设计
规划战略
山东省胶东调水工程水系连通功能分析
张千发
( 山东省胶东调水工程胶州管理处ꎬ 山东 胶州 ２６６３００)
水系连通的形态指标主要是用于反映水系中每 个节点的连通性能强弱以及物质能量交换能力的大 小ꎬ 并采用景观生态学中描述廊道之间连通性的一 些指标来表征水系的连通情况ꎮ 根据窦明等人和刘 荚等人的研究成果ꎬ 水系连通的形态指标主要包括 水系环度 α、 节点连接率 β、 水系连通度 γꎬ 其中
收稿日期: ２０１８￣０３￣１６ 作者简介: 张千发(１９８０ 年—) ꎬ 男ꎬ 工程师ꎮ
１ 背景
水系是指海洋、 河流、 湖泊等构成的水网系 统ꎬ 各水系之间的连接或联系状况可称为水系连通 状况[１] ꎮ 当前ꎬ 我国正在大力实施河湖水系连通战 略[２] ꎬ 它是实现我国水资源可持续利用的一种新的 治水理念ꎬ 有利于解决我国河网水系结构单一化、 水资源短缺、 洪水宣泄不畅和水生态环境恶化等问 题[３] ꎬ 因此水系连通成为我国水利行业一项新的重 要课题ꎮ 水系连通的研究尚处于起步阶段ꎬ 相关研 究大多以概念特征的研讨为主ꎬ 而对水系连通作用 机制的定量描述成果较少ꎮ 郑州大学窦明教授等 人[４] 基于城市水功能需求对水系连通指标阈值进行 了研究ꎬ 为水系连通作用机制的定量描述提供了可 能ꎬ 而刘荚等人[５] 又在该研究的基础上拓展了其应 用范围ꎬ 但目前的定量分析大多只针对某一特定流 域或城市ꎬ 较少考虑水利工程建设对水系连通状况 的影响ꎮ 中国水利水电科学研究院赵进勇等人[６] 基 于图论边连通度对平原水网地区的水系连通性进行 了定量评价ꎬ 该研究评价了胶东调水工程不同阶段 的水系连通度ꎬ 为工程影响下的水系连通分析奠定 了基础ꎮ 但该研究只考虑了水系的边连通度一项指 标ꎬ 而未对其它水系连通形态或功能指标进行评 价ꎬ 因此有进一步深入研究的必要ꎬ 以提供更为全 面的综合分析成果ꎮ 在此背景下ꎬ 本文以山东省胶 东调水工程为例ꎬ 分析该流域在原始状态、 引黄济 青和胶东调水 ３ 个不同工程阶段的水系环度、 节点 连接率和水系连通度 ３ 项形态指标ꎬ 再根据水系连
程”ꎬ 是我国南水北调东线工程的重要组成部分ꎬ 从山东省滨州市打渔张引黄闸引黄河水ꎬ 输送至威 海市米山水库[７￣８] ꎮ 输水线路长 ４８２ｋｍꎬ 自 ２０１５ 年 １０ 月至 ２０１７ 年 １２ 月累计调水 ２３������ ３８ 亿 ｍ３ ꎬ 有力 保证了胶东地区的用水安全ꎬ 并为其经济社会的发 展提供了重要的支撑与保障ꎮ 胶东调水工程利用已 有的引黄济青输水线路 １６０ｋｍꎬ 将工程分为 ３ 个不 同的阶段ꎬ 即原始状态、 引黄济青阶段和胶东调水 阶段ꎬ 各阶段的水系连通状况模型图如图 １ 所示ꎮ ２������ ２ 水系连通形态指标