城市水系连通性评价体系研究
浑河水系连通性评价——以抚顺市境内水系为例
性ꎮ 研究表明: 抚顺市境内浑河水系处于“ 一般” 复杂程度ꎬ 水系连接特征可以利用图论指标准确衡量ꎻ 水系整
体连接特征的重要程度高值区集中于水系网络的主干道或长度长的河链ꎬ 河链连接特征重要度能够利用连接度指
２０２０ 年第 ６ 期
理论研究
水利技术监督
ＤＯＩ: １０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １００８￣１３０５ ２０２０ ０６ ０５０
浑河水系连通性评价
———以抚顺市境内水系为例
王朝宇
( 辽宁省沈抚新区管理委员会城乡建设局ꎬ 辽宁 抚顺 １１３０００)
摘要: 维持河流系统信息、 能量、 物种、 物质正常交流和交换的重要条件是保持河湖水系连通ꎬ 定性评价河网水
标准确衡量ꎻ 中心性分析可以表征不同河链或汇点的重要度ꎬ 直线、 中介和邻近中心性分析有利于识别水系中曲
折的河链、 主要连通的河链或汇点、 主要的主干水系ꎮ
关键词: 水系网络ꎻ 连通性ꎻ 浑河水系ꎻ 抚顺市
中图分类号: ＴＶ８２ 文献标识码: Ａ 文章编号: １００８￣１３０５(２０２０)０６￣０１９２￣０４
效措施ꎻ 杨晓敏等 [９] 利用图论法评价了原始状态下
引黄济青工程、 胶东调水工程的水系连通性ꎻ 邵玉
１９２
抚顺市水资 源 储 量 充 足ꎬ 降 水 量 充 沛ꎬ 年 降 水 量
７５０ ~ ７９０ｍｍꎬ 主要有柴河、 富尔江河、 清河、 浑
收稿日期: ２０２０￣０５￣２２
作者简介: 王朝宇(１９８８ 年—) ꎬ 男ꎬ 工程师ꎮ
要求
[１￣４]
ꎮ
特征的研究还鲜有报道ꎮ 鉴于此ꎬ 本文选择抚顺市
江阴市主城区水系连通方案研究
连通性
好 好 死浜 好 死浜 断头浜 断头浜 断头浜 断头浜 断头浜 断头浜 断头浜 好 断头浜 好 断头浜 好 好
编号
29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46
河道名称
澄塞河 东城河 龙泾河 绮山中心河 运粮河 东转河 东风河 祁山中心河 璜大中心河 采矿河 应天河 工农河 北潮河 皮弄中心河 兴澄河 夹沟河 计家湾河 红星河
Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2020, 9(4), 428-436 Published Online August 2020 in Hans. /journal/jwrr https:///10.12677/jwrr.2020.94045
断头浜 断头浜
好 好 好 断头浜 断头浜 好 好 好
47
新丰河
0.577
48
斜泾河
0.313
49
老应浜
0.509
50Βιβλιοθήκη 新泾河0.36051
火叉浜
0.494
52
老应天河
0.726
53
立新中心河
0.385
断头浜 断头浜 断头浜 断头浜 断头浜 断头浜 断头浜
2.2. 水系连通工程现状及问题
江阴市于 2001 年启动建设黄山港调水工程[6]，该调水工程利用黄山港闸站从长江引水(8 m3/s)，入黄山港 河道北段，并通过东横河水立交工程，或直接进入东横河，或从河底箱涵穿越东横河到达黄山港河道南段，而 后流入澄塞河、东转河、运粮河、应天河等河道，从而改善河道水质。2006 年实施完成了白屈港调水工程(80 m3/s)， 该工程基于以动治静、以丰补枯理念，利用已建白屈港引排条件，通过白屈港泵站调引长江水，促进澄东地区 河网畅流活水。考虑到现有白屈港泵站调水规模不足，而锡澄运河扩大北排工程建设期较长，2019 年实施了大 河港泵站工程(30 m3/s)，利用大河港泵站对白屈港补水，进而及早提高白屈港引水流量。当前，江阴市正在实施 锡澄运河扩大北排工程，拓浚老锡澄运河并在长江边老锡澄运河口新建定波枢纽，其中包括双向泵站锡澄运河 泵站，设计流量为 120 m3/s (双向泵站，3 用 1 备)。锡澄运河泵站的规划建设为进一步提升锡澄片引江能力创造 了条件，建成后将成为江阴市主要补水通道。江阴市水系连通工程实施情况见表 2。
基于综合生态连通度对城市水系生态格局定量评价及改善措施探析
当前ꎬ 随着社会经济的迅速发展ꎬ 城市水系的 连通性也受到不同程度的影响ꎬ 城市水系的连通性 是水系生态的重要组成部分ꎮ 当前ꎬ 对于河流水系 连通性的研究也逐步得到国内许多学者的关注ꎬ 对 于河流水系的连通性评价成果及方法也有较多[１￣６] ꎬ 但是这些成果对于城市水系生态连通性评价的成果 还较少ꎬ 近些年来ꎬ 城市河流生态保护也逐步成为 研究热点ꎬ 对城市水系连通性进行有效评价ꎬ 是对城 市水系进行生态保护规划的重要支撑ꎮ 为此本文结合 水系生态连通评价指标的相关计算方法[７￣１０] ꎬ 以辽宁 地区某平原城市为研究实例ꎬ 应该水系生态连通评价 指标对平原城市水系的生态格局进行定量评价ꎬ 并结 合评价结果ꎬ 提出相应的改善措施ꎬ 研究成果对于城 市水系的生态规划具有重要的参考和借鉴价值ꎮ
１１
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河流总长度 / ｋｍ
ＧＨＱ ＧＨＨ
ＸＺ
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５������ ８
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３������ １
２０１９ 年第 ３ 期 ＤＯＩ: １０������ ３９６９ / ｊ������ ｉｓｓｎ������ １００８￣１３０５������ ２０１９������ ０３������ ０２８
水利技术监督
建设管理
基于综合生态连通度对城市水系生态格 局定量评价及改善措施探析
李长存
( 沈阳市辽中区水利建筑工程公司ꎬ 辽宁 沈阳 １１０２００)
洞庭湖区水系连通工程评价技术导则
洞庭湖区水系连通工程评价技术导则1范围本文件主要规定了洞庭湖区（XX省部分）水系连通工程评价指标、评价方法、评价报告编制等内容。
本文件适用于洞庭湖区（XX省部分）水系连通工程实施前区域水系连通的现状评价和工程实施后的效果评价。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中:注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件。
不注日期的引用文件，其最新版木（包括所有的修改单）适用于木文件。
SL/T793-2020河湖健康评估技术导则SL/Z738-2016水生态文明城市建设评价导则SL6I3-2013水资源保护规划编制规程SL45-92江河流域规划环境影响评价规范GB50513-20I6城市水系规划规范3术语下列术语和定义适用于本文件3.1洞庭湖DongtingLake是指洞庭湖湖泊，XX河、虎渡河、藕池河、XX河的XX省行政区域内河道，以及上述湖泊、河道沿岸堤防保护的区域，包括XX市、XX市、XX市和XX市XX区等相关地区。
3.2水系连通Waternetworkconnection以江、湖、河、渠等水系为对象，在它们之间建立具一定水力联系的连通通道。
3.3水系连通性Waternetworkconnectivity通过维系、重塑或新建满足一定功能目标的水流通道，以维持相对稳定的水体流动及其联系的物质循环。
3.4水系连通工程Waternetworkconnectionproject通过工程建设的手段,维系或新建各类水体之间的水流通道,构建空间均衡、循环流动的水网体系，实现水资源优化调配，并支撑区域水生态环境和社会经济的可持续发展。
3.5评价指标体系Evaluationindexsystem采用合适的评价指标构建指标体系，反映河湖水系连通工程建设的各主要方面影响。
该评价体系由目标层、要素层和指标层等三个层级组成。
3.6结构连通性Structuralconnectivity水系结构的形式多样，结构连通性反映水系空间格局及其连通性状况，是功能连通性的基础。
城市化对水系结构及其连通性的影响——以秦淮河中、下游为例
城 市 化 对 水 系结 构 及 其 连 通 性 的 影 响— — 以秦 淮 河 中、 下游 为 例
韩龙 飞 ， 许 有鹏 ， 邵 玉龙 ， 石 怡
（ 南 京 大 学 地 理 与 海 洋科 学学 院 ， 南京 ２ １ ０ ０ ９ ３ ）
地、 耕 地 以及 水 域 转 变 成 城 镇 用 地 ； （ ２ ）河 流 长 度 在 过 去 的 ３ ０年 里 减 少 了 ４ １ ％， 河 道 主 干 化 趋 势 明显 ； 河 流 发 育 呈 现 由
多元 到单一 、 由复杂到简单的趋势 ； （ ３ ）连通性参数连接率 、 实际结合度分别 由原来的 １ ． ２ ８ 、 ０ ． ４ ３下降到０ ． ７ ９ 、 ０ ． ２ ６ ， 河流 的连通性呈下降趋势． 该研究将为城市化地区河 流水系保护提供支持与参考．
ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ａ ｓ ａ ｇ ｏ ｏ ｄ ｅ ｘ ａ ｍ ｐ ｌ ｅ ．Ｔ ｗ ｏ ｒ ｅ ｍ ｏ ｔ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉ ｍ ａ ｇ ｅ ｓ ｉ ｎ １ ９ ７ ９ ａ ｎ ｄ ２ ０ ０ ６ ｉ ｎ ｍｉ ｄ — ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｑ ｉ ｎ ｈ ｕ ａ ｉ Ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｗ ｅ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｕ ｒ ｂ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ａ ｍ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ａ ｈ ｏ ｔ ｔ ｏ ｐ ｉ ｃ ｎ ｏ ｗａ ｄ ａ ｙ ｓ ． Ａｔ ｔ ｈ ｅ ｐｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ，ｆ ａ ｓ ｔ ｕ ｒ ｂ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｓ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｍａ ｎ ｙ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ，ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｉｖ ｆ ｅ ｒ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｓ ，ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｕ ｎｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ，ｗａ ｔ ｅ ｒ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ
基于图论的水系连通性评价研究——以胶东地区为例的开题报告
基于图论的水系连通性评价研究——以胶东地区为例的开题报告一、研究背景及意义水资源是人类生存和发展不可或缺的重要资源，而水系是水资源的重要组成部分。
水系连通性评价是有效保障水资源的重要手段。
水系带来的效益非常广泛，通过水系的连通性评价可以了解水质、水流情况，进而探究生态环境变化、环境污染及自然灾害等问题，为环境管理和水资源保护提供科学依据。
胶东地区水文地理复杂，水系分布密集，受人类活动影响较大，因此研究胶东地区水系连通性评价有着重要的意义。
本研究将以胶东地区为例，采用图论方法对胶东地区水系的连通性进行评价，为地方相关部门提供水资源的管理和保护方案。
二、主要研究内容1. 胶东地区水系信息数据收集：收集相关水文数据，构建水系数据网络。
2. 构建胶东地区水系网络模型：建立水系之间的关联关系，建立水系网络模型。
3. 计算水系网络的指标：采用图论方法计算水系网络的连通性指标，包括度中心性、介数中心性、紧密中心性等。
4. 进行水系网络连通性评价：综合考虑水系指标，对胶东地区水系网络进行连通性评价。
5. 提出胶东地区水系保护建议：基于评价结果提出胶东地区水系保护或改善方案，包括管控人类活动、环保建设等措施。
三、研究预期结果本研究将基于图论方法对胶东地区水系连通性进行评价，预期实现以下结果：1. 构建胶东地区水系网络模型，并计算水系网络的连通性指标。
2. 对胶东地区水系网络进行连通性评价，呈现水系之间的连通状态和相关影响因素。
3. 提出胶东地区水系保护方案，提高水系的保护水平和管理效能。
四、研究方法和技术路线本研究采用的主要方法和技术：1. 数据收集：收集各类水文数据、地理信息、地形数据等，用于构建水系数据网络。
2. 建立水系网络模型：采用 arcpy 模块和 Python 语言编写脚本，将数据转化为空间要素网络，用 ArcGIS 软件建立水系网络模型。
3. 计算水系网络指标：采用 NetworkX 模块和 Python 语言编写脚本，计算水系网络指标，如度中心性、介数中心性、紧密中心性等。
考虑水力连通性的水系连通评价指标体系构建与应用
第38卷第2期Vol．38No．2水㊀资㊀源㊀保㊀护Water Resources Protection2022年3月Mar.2022㊀㊀基金项目:水体污染控制与治理科技重大专项(2018ZX07105);国家自然科学基金创新群体项目(51621092)作者简介:高学平(1962 ),男,教授,博士,主要从事水力学及河流动力学研究㊂E-mail:xpgao@ 通信作者:孙博闻(1987 ),男,副教授,博士,主要从事水力学及河流动力学研究㊂E-mail:bwsun@DOI :10．3880/j.issn．10046933．2022．02．006考虑水力连通性的水系连通评价指标体系构建与应用高学平,胡㊀泽,闫晨丹,孙博闻(天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津㊀300072)摘要:在水系形态特征与水系结构连通性基础上,增加了包含水工建筑物数量㊁下游收水量和换水周期在内的水力连通性评价指标,构建了更加全面的水系连通评价指标体系㊂通过层次分析与熵权法相结合的综合评价法确定各指标权重,并利用该评价指标体系对廊坊市北运河永定河区域水网3种水系连通方案进行了评价,得到最优水系连通方案㊂评价结果表明,构建的评价指标体系能够更加全面地表征水系连通情况,可用于河网水系连通评价㊂关键词:水系连通评价;水力连通性;区域水网;北运河永定河中图分类号:TV213．4㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:10046933(2022)02004107Construction and application of water system connectivity evaluation index system considering hydraulic connectivity ʊGAO Xueping,HU Ze,YAN Chendan,SUN Bowen (State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety ,Tianjin University ,Tianjin 300072,China )Abstract :Based on the morphological characteristics of water system and the connectivity of water system structure,with the addition of hydraulic connectivity evaluation indexes including the number of hydraulic buildings,downstream water intake and water exchange period,a more comprehensive evaluation index system of water system connectivity wasconstructed.The weight of each index was determined by the comprehensive evaluation method combining analytic hierarchy process and entropy weight method.The evaluation index system was used to evaluate three water system connectivity schemes of the North Canal and Yongding River regional water network in Langfang City,and the optimal water systemconnectivity scheme was obtained.The evaluation results show that the constructed evaluation index system can represent the water system connectivity more comprehensively,and the results can provide reference for the water system connectivity evaluation in the river network.Key words :water system connectivity evaluation;hydraulic connectivity;regional water network;North Canal-Yongding River㊀㊀河湖水系连通是指通过水库㊁闸坝㊁泵站等必要的水利工程维系㊁修复和构建江河湖库之间的水力联系,调整和优化河湖水系格局,从而形成江河湖库水网体系[1]㊂河湖水系连通是提高水资源配置能力的有效途径,是改善河湖生态环境的有效手段,也是增强抵御水旱灾害能力的有力举措[2]㊂近年来,日渐增多的河湖水系连通工程,亟须构建能够描述水系连通效果的评价指标体系和方法㊂Phillips 等[3]建立了基于水流阻力及水文过程的河流连通评价指标体系来评价河流的水文连通性㊂Jain 等[4]认为河流水系连通从属性上可以分成物质疏通和物理连通,建立了基于河流水系连通的恒河健康评价指标体系㊂崔广柏等[5]根据区域特点探索河网水力连通的方法,提出了适用于平原河网地区的水系连通评价指标体系㊂窦明等[6-7]从水系形态特征方面用盒维数来描述水系发育情况,从水系结构连通方面用连通度定量评价水系连通程度,并且从水系连通形态和结构形态两个层面构建了一套评价指标体系,用来描述城市化对郑州市水系连通形态格局演变的影响㊂孟慧芳等[8]基于水流阻力与水文过程,建立了平原河网河流连通性的评价指标体系,并以鄞东南平原河网为例开展了应用分析㊂黄草等[9]从水系格局和水系结构连通性两方面构建了一套评价指标体系,并用该体系对洞庭湖不同片区的现状和规划水系进行了分析与评价㊂从上述研究可以看出,目前水系连通评价指标体系的构建主要关注水系形态与水系结构连通性,但这些研究中均未考虑水系水力连通性对评价效果的影响㊂水系水力连通性评价与结构连通性评价有着密切的关系,在河道中建立水闸㊁大坝和泵站等水工建筑物后,虽然河道在结构上仍处于连通状态,但这些水工建筑物会影响和限制水体中的物质能量传递[10],并导致水系连通程度也发生变化㊂为将水力连通性的作用体现到水系连通评价中,本文在目前常用的水系连通评价指标体系基础上,增加包含水工建筑物数量在内的可体现水系水力连通性的评价指标构建水系连通评价指标体系,并利用该体系对廊坊市北运河永定河区域水网不同水系连通方案进行评价㊂1㊀水系连通评价指标体系与评价步骤1．1㊀水系连通评价指标体系根据水系连通评价体系构建原则,参考已有研究,在常用的水系形态特征㊁水系结构连通性评价指标的基础上,增加水系水力连通性评价指标构建水系连通评价指标体系如图1所示㊂水系连通评价指标体系水系形态特征水面率河网密度河频率河流槽蓄量ìîí水系结构连通性点连通度边连通度点连接率{水系水力连通性水工建筑物数量下游收水量换水周期{ìîí图1㊀水系连通评价指标体系Fig.1㊀Water system connectivity evaluation index systema.水系形态特征评价指标㊂根据景观生态学中将河流比作廊道的观点,从描述水系本身形态特点的角度出发进行评价指标的选取,用以反映区域当前水系的发育程度和水系本身的形态,选取的指标有水面率㊁河网密度㊁河频率以及河流槽蓄量[7,11]㊂水面率为区域内河道和湖泊等水体多年平均水位下的水面面积占总面积的比例,反映区域水域面积;河网密度为单位面积河流的总长度,反映区域水系的发育程度;河频率为研究区域内河流数量与区域总面积的比值,反映河网数量的发育程度;河流槽蓄量为区域内河道在设计水位下的蓄水总量,反映区域水系水资源存储能力㊂b.水系结构连通性评价指标㊂基于图论理论,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结构连通情况,选取的指标有连通度和点连接率[7]㊂根据区域水系均存在悬挂点的特征,将连通度进一步划分为点连通度和边连通度,采用图论方法中的割点㊁割边来描述区域水系的结构连通情况㊂其中点连通度为水系图模型中割点数与总点数之比,反映水系河流的交汇情况[12];边连通度为水系图模型中割边数与总边数之比,反映水系的网状程度[13];点连接率为水系图模型中总边数与总点数的比值,反映节点之间连接的难易程度㊂c.水系水力连通性评价指标㊂水力连通性对保障平原河网水环境与调水能力十分重要,因此首先选择换水周期[5]和下游收水量作为水系水力连通性评价指标㊂换水周期为区域河流槽蓄量与平均流量的比值,能够较好地反映水系的水体质量;下游收水量为单位时间内区域内水系的上游引水量去除河道沿线用水量后能够调入下游的剩余水量,该指标可在一定程度上反映水系从上游向下游的调水能力㊂此外,水系水力连通性与结构连通性紧密相连,在河道中修建水闸㊁大坝和泵站等水工建筑物后,虽然河道在结构上仍处于连通状态,但受这些水工建筑物的影响,水系连通度会发生不同程度的变化㊂在拟定水系水力连通性方面评价指标的过程中应注重水闸㊁大坝和泵站的影响,这对于保证水系连通性有重要意义,因此将水工建筑物数量作为影响水系连通度的评价指标㊂1．2㊀水系连通评价步骤a.制定连通方案㊂根据研究区域相关规划,结合对现状水系的分析,拟定可行的水系连通方案㊂b.计算评价指标值㊂水系结构连通性评价指标值通过图论理论建立图模型,在此基础上建立图矩阵,采用MATLAB对各方案连通性进行判断,由无向图的连通度计算方法得到;水系水力连通性评价指标值根据河道实测资料,建立水系水动力模型,然后针对河道内生态环境用水进行水量平衡分析得到模型边界条件,进而对水系进行水动力数值模拟得出㊂一维水动力模型水流运动控制方程为非恒定流Saint-Venant方程组,由连续性方程和动量方程构成,一维非恒定流计算时采用加权四点隐格式有限差分法求解Saint-Venant方程组㊂c.计算评价指标权重㊂主观权重法确定权重时主观性因素对权重影响较大;客观权重法没有主观因素的干预,完全依赖数据自有的特征确定权重,但容易忽略评价指标的特性,使得指标权重有可能与指标真实作用程度有所差异㊂为解决主㊁客观单一计算权重方法存在的问题,本文采用层次分析(AHP)熵综合权重法[14]确定评价指标权重㊂d.构建决策矩阵㊂由计算出的各方案评价指标数据构建初始决策矩阵X ,对其进行标准化处理后得到规范化矩阵Y ,由评价指标权重的计算结果可以得到权重矩阵W ㊂利用规范化矩阵Y ㊁权重矩阵W ,计算得到决策值矩阵V ,即V =YW [15-16]㊂e.评价连通方案㊂根据等级划分标准值,形成判断各方案连通性的依据,从而确定各方案连通性效果,得到水系连通推荐方案㊂2㊀实例应用2．1㊀研究区概况廊坊市北运河永定河区域水网涉及廊坊市市区(广阳区㊁安次区)以及香河县南部,地处永定河冲积平原,以平原和洼地为主,海拔0~20m,地势平缓㊂区域地处北温带,属大陆性季风气候,四季分明,多年平均气温为11．8ħ,多年平均降水量为593．4mm,年平均蒸发量为1909．6mm㊂区域内主要河流有永定河㊁北运河㊁龙河和凤河(图2),水源分布不均,北运河香河段水量丰沛,多年平均径流量为6．84亿m 3,而城区河段㊁龙河㊁永定河泛区水资源短缺,龙河出境断面多年断流,永定河断流30年以上㊂为改变廊坊市区缺水现状,实施引运济廊水系连通工程十分必要㊂图2㊀研究区域示意图Fig.2㊀Schematic diagram of study area2．2㊀评价指标计算根据‘廊坊市城市总体规划(2016 2030)“,针对区域实际情况,在现状水系的基础上考虑河渠水系连通性,在引运济廊主输水河道连通基础上(方案1),又拟定了两种水系连通方案,如图3所示㊂2．2．1㊀水系形态特征评价指标基于研究区概况和区域河道数据,结合不同方案水系图模型中边的总数,计算得出水系形态特征评价指标值㊂(a)方案1(b)方案2(c)方案3图3㊀水系连通方案Fig.3㊀Water system connectivity schemes2．2．2㊀水系结构连通性评价指标利用Google Earth 提取水系,再通过ArcGIS 将栅格数据二值化并完成水系的矢量化(图3),所构建的图模型如图4(图中e 表示河段概化而成的割边,v 表示河段交汇点概化而成的割点)所示㊂基于图模型计算水系结构连通性评价指标值㊂在水系连通度计算过程中,发现各方案中均存在悬挂点,如果将悬挂点或者悬挂点所连接的边删除,水系就不连通了㊂根据图论理论中对点连通度和边连通度的定义,3种方案的整体点连通度和边(a)方案1㊀㊀(b)方案2㊀㊀(c)方案3图4㊀水系连通方案图模型Fig.4㊀Diagram model of water system connectivity schemes连通度均为1㊂由图模型可知,方案2和方案3均在方案1基础上增加了点与边,中心城区部分水系连通度是存在差异的,但由于图模型的边界没有改变,因此整体水系的点连通度和边连通度没有改变㊂为判断各方案水系连通程度,采用水系图模型中割点与割边数对方案的连通度进行评价[17],从而实现不同方案的连通度分析比较㊂水系点连通度㊁边连通度及点连接率计算结果见表1㊂表1㊀水系结构连通性评价指标值Table 1㊀Evaluation index value of the connectivity ofwater system structure水系连通方案割点数总点数割边数总边数点连通度边连通度点连接率方案181211110．6671．0000．917方案27139130．5380．6921．000方案35197210．2630．3331．105(a)方案1㊀㊀(b)方案2㊀㊀(c)方案3图5㊀水系水动力模型Fig.5㊀Hydrodynamic model of water system2．2．3㊀水系水力连通性评价指标基于区域地形数据对河道进行断面划分,建立水系水动力模型(图5),然后进行参数率定和模型验证㊂水工建筑物数量由水系实际水闸㊁大坝和泵站数量确定,换水周期采用水动力模型流量和水位计算结果求得,下游收水量通过对研究区域进行水量平衡分析后得出㊂由于研究区域下游永定河泛区水资源严重短缺,在进行水系连通方案评价过程中,要保证下游收水量不低于2000万m 3,因此以下游收水量至少2000万m 3为约束条件,对3种水系连通方案分别进行水量平衡分析,确定上游引水量,进而计算下游收水量㊂由区域基础数据计算得到3种方案需水量分别为179．064万m 3㊁344．517万m 3和799．597万m 3㊂此外还需考虑各方案中主输水河道在承担水系连通调水任务的同时,还要承担分水任务,以供给城市生活㊁工业和农业用水,主输水河道分水量由‘廊坊市城市总体规划(2016 2030)“获得,3种方案主输水河道分水量共计10480万m 3,其中包括凤河上游河段400万m 3㊁永定河2000万m 3等㊂因此3种方案总需水量分别为10659．064万m 3㊁10824．517万m 3和11279．597万m 3㊂根据计算结果,上游引水量取11280万m 3㊂下游收水量由上游引水量与总需水量相减,再加上永定河2000万m 3的分水量得出,计算结果见表2㊂各方案10项水系连通评价指标计算结果如表3所示㊂表2㊀不同水系连通方案水量分配情况单位:万m3 Table2㊀Water distribution in different water system connectivity schemes unit:104m3水系连通方案上游引水量主输水河道分水量需水量总需水量永定河分水量下游收水量方案11128010480179．06410659．06420002620．936方案21128010480344．51710824．51720002455．483方案31128010480799．59711279．59720002000．403表3㊀水系连通评价指标计算结果Table3㊀Calculation results of water system connectivity evaluation index水系连通方案水面率/%河网密度/(km㊃km-2)河频率/(条㊃km-2)河流槽蓄量/万m3点连通度边连通度点连接率水工建筑物数量/个下游收水量/万m3换水周期/d方案10．4930．1650．018㊀786．7090．6671．0000．91782620．9364．191方案20．5560．2000．020838．7130．5380．6921．000102455．4838．215方案30．7220．3130．0371109．1940．2630．3331．105142000．40327．3422．3㊀评价指标权重计算2．3．1㊀AHP权重计算根据AHP法[18]检验公式,通过对准则层指标构建的判断矩阵进行一致性检验,结果满足一致性要求,说明基于定性观点构建的判断矩阵具有一定的科学性,进而求出准则层水系形态特征㊁水系结构连通性㊁水系水力连通性相对目标层水系连通性评价的权重分别为0．333㊁0．333和0．333;同理水面率㊁河网密度㊁河频率㊁河流槽蓄量相对水系形态特征的权重分别为0．204㊁0．346㊁0．246和0．204;点连通度㊁边连通度㊁点连接率相对水系结构连通性的权重分别为0．250㊁0．500和0．250;水工建筑量数量㊁下游收水量㊁换水周期相对水系水力连通性的权重分别为0．328㊁0．411和0．261㊂将各指标层权重分别与其对应的准则层权重相乘得到评价指标相对评价目标的AHP权重,结果见表4㊂表4㊀水系连通方案评价指标的权重Table4㊀Weight of evaluation index of water systemconnectivity scheme评价指标AHP权重熵权权重综合权重水面率0．0680．0980．087河网密度0．1150．1030．112河频率0．0820．1310．117河流槽蓄量0．0680．1170．096点连通度0．0830．1080．099边连通度0．1670．1050．137点连接率0．0830．0810．082水工建筑物数量0．1090．0720．086下游收水量0．1370．0700．092换水周期0．0870．1150．092 2．3．2㊀熵权权重计算熵权法[19]是一种客观赋权方法㊂对表3中的评价指标数值进行归一化分析,得到归一化矩阵,然后定量计算各评价指标对应的熵值,进而得到指标对应的熵权,结果见表4㊂2．3．3㊀综合权重计算采用综合权重法,利用AHP权重和熵权权重结果,计算得到最终评价指标综合权重值,结果见表4㊂2．4㊀水系连通方案评价采用同样方法,将表3中指标数进行归一化处理,结合综合权重计算结果,得到等级Ⅰ㊁Ⅱ㊁Ⅲ㊁Ⅳ㊁Ⅴ的分界线值分别为0．798㊁0．596㊁0．395和0．193㊂方案3评价得分0．730,属于Ⅱ级,连通效果良好;方案1评价得分0．271,属于Ⅳ级,连通效果差;方案2评价得分0．401,属于Ⅲ级,连通效果处于中等水平㊂因此,确定方案3即采用 引运济廊主输水河道+内环河道+外环河道 的连通方案为推荐方案㊂2．5㊀水系连通性影响因素分析2．5．1㊀水工建筑物对水系连通性的影响选取主要河流及河道上的水闸㊁大坝和泵站作为研究对象,在主输水河道共选取6座水闸(表5)分析水工建筑物对水系连通性的影响㊂基于图论理论,水工建筑物可以概化为水系图模型中的顶点,能够较为灵敏地反映对水系点连通度的影响情况,从而影响水系连通性㊂因此,选择水系点连通度来分析水工建筑物对水系连通性的影响㊂考虑水工建筑物影响的点连通度计算与天然河流交汇点不同,还需考虑水工建筑物的规模㊁过水流量㊁调控能力以及对水系连通影响程度等方面的差异,赋予各类型水闸不同的割点系数[17],大㊁中㊁小型水闸分别赋予0．8㊁0．5和0．2的割点系数㊂割点数为原水系图模型割点和所选取的水闸割点系数之和,顶点数为原水系图模型顶点和所选取的水闸割点系数之和,考虑水闸对水系连通性影响下的点连通度为割点数与顶点数之比,计算结果见表5㊂根据表5,不考虑水闸影响下水系主输水河道的点连通度为0．667,考虑水闸影响后,连通度具有不同程度的下降,随着水表5㊀主要水闸对主输水河道点连通度的影响Table5㊀Influence of main sluice on point connectivity of main water channel 河流选取的水闸类型闸泵割点系数累计割点数累计顶点数点连通度连通度下降/%北运河秦营干渠闸大型0．88．812．80．6883．07凤河八干渠闸小型0．29．013．00．6923．79六干渠大皮营引渠闸小型0．29．213．20．6974．49大皮营引渠龙河闸中型0．59．713．70．7086．15丰收渠丰收渠闸中型0．510．214．20．7187．69永定河闸大型0．811．015.00．7339．95闸数量增多,水系连通度下降程度增大㊂当只考虑秦营干渠闸时,连通度下降3．07%,而将主输水河道中6座水闸均考虑在内时,连通度下降9．95%㊂这说明水工建筑物的布设㊁调度运行等会影响水系的连通度,加之水闸数量增多,导致结构连通性下降,对水系连通造成阻碍㊂2．5．2㊀换水周期对水系连通性的影响换水周期与水位有直接关系,可以表现为输水过程中,河道实际蓄水量与水系平均流量之比㊂为分析换水周期对水力连通性的影响,选取水位表征水力连通能力[20],计算公式为C h=1ΔZ+1(1)式中:C h为同一河流内上游起点至下游终点的水力连通能力,取值在0~1之间,其值越大,表明水力连通能力越强;ΔZ为两水位站点之间的水位差,其值越大,表明两个水位站点之间的水力连通能力越弱㊂采用水动力模型模拟结果,计算得到方案1㊁方案2㊁方案3主输水河道的水力连通能力分别为0．5007㊁0．5008和0．5045,方案2和方案3较方案1的水力连通能力分别下降0．73%和0．75%㊂方案1㊁方案2㊁方案3的换水周期分别为4．191d㊁8．215d 和27．342d,换水周期越大,其水力连通能力越弱㊂由于研究区域地处平原河网,河道间的水力坡降变化较小,因此3种水系连通方案换水周期相差较大,但水力连通能力变化不大㊂2．6㊀结果分析由上述分析可知,方案3的整体水系连通效果最优㊂前人对水系连通评价研究多是注重水系形态特征和水系结构连通性两方面,方案3在水系形态特征和水系结构连通性两方面的指标值均处于较高水平,若只考虑水系形态特征和水系结构连通性也可以说明方案3的连通效果更优,但是无法了解该方案存在的问题,同时也无法给出相应的改进措施㊂如方案3在水系水力连通性方面的换水周期指标表现较差,并且由于水工建筑物数量较多,对整个河网结构连通性产生较大的负面影响,因此方案3需要提高和关注水系流动性㊂本文构建的水系连通评价指标体系,可从多角度评价不同水系连通方案的连通效果,为平原河网区水系连通方案评价工作提供了新思路㊂3㊀结㊀语本文在水系形态特征与水系结构连通性基础上增加水力连通性评价指标,构建了更加全面的水系连通评价指标体系,利用该评价指标体系对廊坊市北运河永定河区域水网3种水系连通方案进行了评价㊂结果表明,构建的评价指标体系能够更加全面地表征水系连通情况,可为河网水系连通评价提供参考㊂但本文的水力连通性评价指标中只采用换水周期反映水系生态环境情况,后续研究可增加相关水质指标以更好地反映水力连通性对水系水质的影响;此外本文着重从结构连通性角度表现水工建筑物对水系连通性的影响,今后研究中还可考虑水工建筑物调度方式(如闸门开度变化)对水系连通特性的影响,使评价结果更加科学㊁准确㊂参考文献:[1]李原园,郦建强,李宗礼,等.河湖水系连通研究的若干问题与挑战[J].资源科学,2011,33(3):386-391.(LIYuanyuan,LI Jianqiang,LI Zongli,et al.Some problemsand challenges in the study of river and lake water systemconnectivity[J].Resource Science,2011,33(3):386-391.(in Chinese))[2]李宗礼,李原园,王中根,等.河湖水系连通研究:概念框架[J].自然资源学报,2011,26(3):513-522.(LIZongli,LI Yuanyuan,WANG 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城市化对水系连通功能影响评价研究——以郑州市为例
城市化对水系连通功能影响评价研究——以郑州市为例靳梦;窦明
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2013()12
【摘要】随着城市化进程的加快,城市河湖水系格局发生了巨大变化,并促进了水系连通功能的显著变化。
为了定量评估城市化与水系连通功能之间的相互作用,首先定性分析了城市化对水系连通自然功能和社会功能的影响,进而构建了一套描述城市水系连通功能的指标体系、评价标准和评价方法,用以定量评价城市化对水系连通功能的影响程度。
以郑州市为典型区,评价了在1980、1990、2000和2010年4个城市化发展时期的水系连通功能状况。
结果发现,城市化对水系连通的自然功能和社会功能都有较大的影响,水系连通的功能处于中等偏下的水平,需要引起相关部门的重视。
【总页数】5页(P41-44)
【关键词】城市化;水系连通;影响评价;郑州市
【作者】靳梦;窦明
【作者单位】郑州大学水利与环境学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV212
【相关文献】
1.公路建设对湿地水系连通性的影响评价及影响因素研究--以延边地区为例 [J], 李晓珂;王红旗;王新军;孔亚平;李华
2.城市化对郑州市水系结构影响综合评价 [J], 齐青青;张泽中;高芸
3.城市化对水系结构及其连通性的影响——以秦淮河中、下游为例 [J], 韩龙飞;许有鹏;邵玉龙;石怡
4.城市化水平对城市水系形态及水系连通的影响 [J], 张野
5.公路建设对湿地水系连通性的影响评价及影响因素研究——以延边地区为例 [J], 李晓珂;王红旗;王新军;孔亚平;李华
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城市化对水系结构及其连通性的影响——以秦淮河中、下游为例
城市化对水系结构及其连通性的影响——以秦淮河中、下游为例韩龙飞;许有鹏;邵玉龙;石怡【摘要】针对当前城市化所引起水系衰减、河流连通受阻以及由此所引起洪涝与水环境的问题,以秦淮河中、下游为例,选取1979和2006年两期流域遥感影像,分析了城市化影响下的下垫面变化特征；选取1980s和2009年的地形图对河流水系进行提取,借鉴景观生态学中河流廊道空间结构分析方法,通过不同时期水系分级,探讨了城市化对水系结构及其连通性的影响.结果表明:(1)城市化使得2006年城镇用地面积相比1979年增加84.54 km2,增加了9倍多,大量林草地、耕地以及水域转变成城镇用地；(2)河流长度在过去的30年里减少了41％,河道主干化趋势明显；河流发育呈现由多元到单一、由复杂到简单的趋势；(3)连通性参数连接率、实际结合度分别由原来的1.28、0.43下降到0.79、0.26,河流的连通性呈下降趋势.该研究将为城市化地区河流水系保护提供支持与参考.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2013(025)003【总页数】7页(P335-341)【关键词】水系结构;连通性;城市化;秦淮河【作者】韩龙飞;许有鹏;邵玉龙;石怡【作者单位】南京大学地理与海洋科学学院,南京210093;南京大学地理与海洋科学学院,南京210093;南京大学地理与海洋科学学院,南京210093;南京大学地理与海洋科学学院,南京210093【正文语种】中文城市化的发展导致流域下垫面性质发生相应的变化.尤其在长三角地区，经过近三十年城市化发展，城市不透水面积剧增，大量河流水系遭到破坏，河流连通能力变差[1]，导致城市化地区暴雨洪水过程中汇流时间缩短、洪峰增加、径流系数增大，加之河网的调蓄能力下降，致使大多城市汛期”逢雨必涝”.城市化引起的洪涝灾害与水环境恶化等问题，已严重威胁到人类的生存和区域经济的发展.探讨城市化对下垫面、水系结构及其连通性影响的特点与机制，是社会实现可持续发展的迫切需要.城市化使河道结构简化，低等级河流不断减少.目前国内已有一些关于城市化对河网特征的影响研究，研究区域集中在上海[2-4]、太湖流域[5-6]、深圳[7]、鄞东南地区[8]等.但是这些研究并没有结合下垫面的变化进行分析，并且在河流连通方面很少涉及.仅有的关于连通的文献也主要侧重于内涵、意义方面的探讨[9-12].因此，本文以秦淮河中、下游为例，对城市化背景下的下垫面及水系特征变化进行分析，并借鉴景观生态学中河流廊道空间结构分析方法，对研究区河流连通性进行初步探讨.近些年秦淮河中、下游城市化发展加快，研究区较为典型，该研究可为改善该区域水系结构及其连通性和实现水环境的可持续利用提供参考.1 研究区概况秦淮河流域大部分位于江苏省南京市境内，属于亚热带季风气候，降水充沛，年平均降雨量1047.8 mm.四面环山，中间低平，为典型山间盆地，低山丘陵面积约占74.3%，平原面积约占25.7%.地势由东南向西北倾斜.研究区位于秦淮河的中、下游(图1)，面积为497.08 km2.该区近30年经历了一个快速城市化阶段，2000年流域人口城市化水平已达59.3%.城市化的快速发展，在促进经济快速发展的同时也带来一系列的环境问题.河网水系数量锐减，河流连通性骤降，引发河流水质恶化，河中生物多样性减弱，河网调蓄能力降低，流域洪涝风险加大等一系列水文、水资源与水环境问题.秦淮河中、下游干支流纵横交错，根据各支流的汇水范围，参考流域的河流地貌状况，并结合《南京市水资源综合规划》，把研究区分为10 个水利分区.根据城市土地扩展强度指数，10 个水利分区分为高度城市化区、中度城市化区与低度城市化区.另从中选取下垫面变化较大的面积为117.75 km2的平原区来探讨其连通性变化.图1 研究区示意图Fig.1 Location of the study area2 研究方法与数据基础选取河网密度、水面率[2]及河网复杂度(CR)和河网结构稳定度(SR)[3]来表示水系结构特征，并选取连接率(β)和实际结合度(γ)指数来分析流域连通性变化.2.1 水系结构参数河网密度，即单位流域面积上的河流长度，本文用研究区中河流总长与研究区面积之比得到.水面率，指河道(湖泊)多年平均水位上的水面积与区域总面积之比.CR 用于描述河网数量和长度的发育程度，其数值越大，说明该区域河网的构成层次越丰富.SR 用河网长度和河道面积的比值来表示，长度和面积的不同步演变是由河网结构变化引起的，选取此指标可定量描述一段时段内河网结构的稳定程度.式中，Nc为河网等级数;L 和Lm分别代表河流总长度和河网主干河长;SRt表示第t年时，河网在过去n年时间内的稳定程度;Lt、RAt和Lt-n、RAt-n分别代表第t年和第t-n年研究区河流总长度、河道总面积.SR 值大于1 表示河流长度发育大于面积发育，反之则表示河流面积发育强于长度发育.2.2 连通性参数景观生态学中，河流廊道是重要的生态廊道之一.在河流廊道空间结构特征的度量分析指标中，河流廊道连通性对于河流水文调节、生物多样性保护等生态系统服务功能有重大意义，景观斑块之间的水文连通是生态系统结构中重要的驱动因素[13-16].本文借鉴景观生态学中河流廊道连通性的分析方法，选取β 和γ指数来计算和评价研究区河流结构的连通性[17-18]:式中，Lc指河网中的河链数，N 指河网节点数.β 在景观生态学中是用来表示网络结构中廊道与节点间通达程度，这里用于表示河网的通达度.γ 指数在景观生态学中是用来度量廊道在空间上的连续程度，用网络中实际的河链数与最大可能连接河链数之比得到，以便描述河网各结点被连接的程度.本文选取秦淮河中游平原区，利用ArcGIS 软件对水系的河链与节点进行提取，从而得到不同时期的β、γ 值，以此分析研究区水系连通性的变化.2.3 数据资料在分析研究区土地利用变化中，本研究利用遥感影像进行下垫面特征的信息提取.选取1979、2006年2个时段具有代表性的Landsat TM 影像14 景，包括1979年7 景和2006年7 景，遥感影像的空间分辨率均为30 m.遥感影像经过辐射校正、几何校正、直方图匹配、图像拼接和裁切及图像滤波和增强等一系列预处理工作，综合多种遥感图像分类算法，结合研究区的地物类型及影像光谱差异的特点和对研究区实地的考察分析，将土地类别分为旱地、城镇用地、水田、水域和林草地5 大类别进行影像的解译.在对水系结构的分析中，数据源为南京市1980s 1∶50000 纸质地形图、2009年1∶50000 电子地形图和部分遥感影像.平原地区河网密布，河道纵横，分级难度大，为此本文根据河流宽度进行分级，即河流宽度大于20 m 河道定为 1 级、10 ～20 m 为 2 级、10 m 以下为 3 级.在数字化中，1 级河道、湖泊、池塘作为面状地物，其它河道作为线状地物来处理，提取2 期地图水系要素，得到1980s 和2009年水系图(图2).河道的面积由面状河流与线状河流面积构成，线状河流面积由其长度乘以其宽度得到，其中2、3 级河道的宽度分别取其平均值15 和5 m.3 结果与分析3.1 土地利用时空变化随着城市的扩张以及江宁区经济的发展，研究区下垫面的土地利用发生了较大的变化，较大面积的林草地转化成城镇用地(图3).1979年林草地的面积达到242.26 km2，经过将近30年的城市化发展，林草地面积锐减，到2006年仅为108.85 km2，面积减少133.41 km2，减少近55.07%.除林草地外，水田和旱地面积存在不同幅度的减少.水田、旱地面积在1979年分别为101.74、124.17 km2，到2006年分别减少到77.86、111.91 km2，减少了23.47%、9.87%.水域面积也存在一定幅度的减少.而城镇用地面积则呈剧增的趋势，1979年流域的城镇面积只有17.2 km2，到2006年城镇用地剧增到101.74 km2，相比于1979年增加了9 倍多.林草地、水田、旱地以及水域面积均在减少，城镇用地面积却大幅度增加.可以看出，30年的城市化发展侵占了大量林草地、耕地以及水域，这也是城市扩张的必然结果.3.2 水系结构及连通性变化3.2.1 水系结构变化计算各水系参数，得到研究区1980s 和2009年的水系结构特征:1)河网密度下降，河道主干化.随着城市化的发展，从1980s 到2009年，大部分水系指标呈显著下降趋势.流域内河流长度缩短了345.9 km，河网密度减少了41.18%(表1).随着城市的扩张，人为进行填埋河道，使得河流的密度变疏.城市化程度越高，河流长度缩减的趋势越明显.河流长度的减少与流域内低等级河流的大量消失有关.水体面积增加了32.28 km2，相应地水面率增加17.87%(表1).水面率的增加与郊区鱼塘大量开挖以及主干河流河面拓宽有关.从1980s 到2009年，1 级河流长度缩减了58.9%，面积缩小了20.5%;2 级河流长度减少23.36 km，面积减少0.35 km2;3 级河流长度减少了171.46 km(表2).可以看出，低等级河流受城市化影响明显，长度大量减少;高等级河流长度与面积也均减少，但面积减少的幅度少于长度，这主要由近20年人工渠道、闸、坝、堤防等水利工程建设所造成的，以秦淮河干流为例，1980s 河宽仅90 m，2009年已达到150 m.对于主干河流以下的同等级河流而言，城市化水平越高，河流的长度与面积减少得越多;对于不同等级河流，等级越低，受城市化影响越显著，高等级河流受城市化影响较小.图2 1980s 和2009年研究区水系Fig.2 Stream systems of study area in 1980s and 20092)河网稳定程度减弱.不同等级河流长度和面积的变化表现出不同步的状况，3 级河流宽度较窄，长度与面积变化呈现出同步的状况;1 级河流由于河流主干化，面积发育强于长度(表2).秦淮河总体的SR 值低于1，说明秦淮河河流长度的减少先于河道面积的减少，河流水系的稳定度在减弱.从水利片来看(表3)，低度城市化区的稳定度是最高的，稳定度达到0.95，该区河流长度与面积的发育符合自然发展规律，受人类活动影响较小.而对于中度和高度城市化区，河流的稳定度值就低很多，如秦淮河干流片、秦淮新河片稳定度值只有0.45、0.43.总的来说，受城市化影响发育的由主干河道所支撑的河网结构稳定度在减弱.图3 秦淮河中、下游1979 和2006年土地利用/覆盖状况Fig.3 Land-use and coverage change in the mid-lower reaches of Qinhuai River in 1979 and2006表1 1980s 和2009年河网密度、水面率Tab.1 River density and water area rate in 1980s and 2009水系结构 1980s 2009年变化率河网密度/(km/km2) 1.70 1.00-41.18%水面率/(km2/km2)6.38 7.52 17.87%表2 1980s 和2009年流域不同等级河流变化Tab.2 Changes of length and area of different grade rivers in 1980s and 2009河流变化时期 1 级河流 2 级河流 3-58.9%-7.7%-60.7%面积/km2 1980s 9.74 4.55 2.26 2009年 7.74 4.20 0.89变化率级河流长度/km 1980s 256.73 303.61 282.61 2009年 105.64 280.25 111.15变化率-20.5%-7.7%-60.6%3)河网结构简化.从总区域上来看(表3)，CR 在1980s年为18.50，到2009年下降到了14.11，下降了23.72%，河网复杂度下降，结构简化.各个水利片的河网复杂度均呈下降的趋势，下降的幅度在空间上表现出不均衡性.下降最快的是高度城市化区的外港河片，下降幅度达62.10%;中度城市化区的章村片、秦淮河干流片、秦淮河北支片，低度城市化区的云台山片，下降幅度均超过40%.总的看来，城市化水平越高，河网复杂度下降越明显.高度城市化区河网复杂度下降最快，下降达50%，绝大部分中度城市化区和低度城市化区的水利片复杂度下降也都超过25%.城市化的影响下，河网主干化趋势明显，支撑主干河道的支流水系越发薄弱，河网的数量及长度的发育呈现弱化趋势，构成层次越发简化，河网水系发育呈现出由多元到单一、由复杂到简单的变化趋势.表3 研究区不同水利片1980s 和2009年水系结构参数Tab.3 Parameters of river system structure in different zones of study area in 1980s and 20091)土地扩展指数，即城市土地扩展强度，指空间单元在研究时期内的城市土地扩展面积占其土地总面积的百分比.水系结构参数高度城市化区中度城市化区低度城市化区外港河片响水河片平均值北支片干流片章村片牛首山片运粮河片新河片平均值护城河片云台山片平均总区域值土地扩展指数1) 2.98 2.67 2.83 2.15 2.10 2.01 1.55 1.42 1.36 1.77 0.66 0.46 0.56 1.74 SR 0.74 1.26 0.96 0.75 0.45 0.93 0.78 0.98 0.43 0.6-23.72 7 0.92 0.94 0.95 0.76 CR 1980s 47.06 31.92 38.10 10.72 11.91 16.46 10.82 41.40 13.50 15.30 6.96 33.29 26.51 18.50 2009年 17.82 30.52 19.10 5.53 5.82 6.35 10.53 30.78 7.41 13.10 5.10 17.3 15.12 14.11变化率/%-62.10-4.36-50.00-48.43-51.13-61.40-2.70-25.70-45.07-15.00-26.76-48.03-42.95表4 不同时期研究区连通各参数Tab.4 Parameters of river connectivity in study area in 1980s and 2009时期河链数节点数河链密度/(km/km2)河链平均长度/km β γ 1980s 915 713 7.77 0.27 1.28 0.43 2009年97 123 0.82 1.05 0.79 0.263.2.2 水系连通性变化研究区河链和节点数均大幅减少，河链数在1980s 达915条，到2009年减少到不足97，减少率高达89.4%;节点数也由1980s 的713 个减少到2009年的123 个(表4).城市扩张，大量支流小河道被填埋消失，这些低等级河流的消亡在地图上表现为河链数的减少，同时引起节点数的减少.相应地，河链密度由1980s年的 7.77 下降到 2009年的 0.82.这与3.2.1 中提到河网密度减少相一致.而河链平均长度却呈现出增加的趋势，这与河流主干化密切相关.低等级河流大量消亡，高等级河流却不断进行拓宽维护，使得这一数值由原来的0.27 上升到2009年的1.05.由此可见，这些指标也同时反映了河流结构的变化情况.城市化对河流水系的连通性影响显著，廊道的连接率明显下降，由1980s 的1.28 下降到2009年的0.79，说明廊道与各节点之间的通达能力在减弱，河道之间不再畅通.同时，实际结合度也同样呈现下降的趋势，1980s 为0.43，2009年则下降到0.26，河流之间空间上的连续程度在下降.随着城市的扩张，原来的一些小河道被填埋变成城镇用地，小河道逐渐消失，大河道与小河道之间不再连通.原来纵横交错的河网连通性变差，以城市化为代表的人类活动影响了河流水系结构及连通性，使得河系的连通性降低.河流连通性的下降使得流域洪灾风险加大，严重制约着社会经济的发展.4 结论与展望1)由土地利用分析得出，城市化对流域的土地利用/覆被变化影响显著.城镇用地面积剧增，大量非城镇用地变成城镇用地，南京江宁区的城市扩张以占用林草地、耕地以及水域为主.2)低等级河流受人类活动影响较高等级河流更大，大量低等级河流因城市化的发展而填埋、消失，而主干河流所受的影响主要体现在河道拓宽.城市的发展的同时，河网的稳定程度减弱.空间上讲，稳定程度与城市化程度的高低呈负相关关系.城市化水平越高，河网复杂度下降越明显，河网的构成层次越简化，发育呈由复杂到简单的趋势.3)河流连通的变化体现出结构的变化，大量支流的消失，引起研究区河链和节点数均大幅减少，导致廊道的连接率和实际结合度值亦下降66.4%、67.1%，连通性明显降低，流域的防洪压力加大.由于平原水网地区，河流流向不定，基于图论采用景观生态学的指标，能较好地反映平原河网的实际情况，具有一定的指导意义.但在汛期，河网连通情况还受闸门与泵站调度影响，因此具有一定的局限性.城市化对河流水系结构及其连通性的影响是一个复杂的过程，从河流地貌学和景观生态学的角度，选取一些典型指标来表征水系结构及其连通性，为两者之间关系定量化描述提供一些参考，为以后深入研究打下基础.本文的研究只是一个初步结果，如何更加全面地开展平原水网地区河流水系与连通性变化规律研究，还有待进一步探索分析.5 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基于连通性的城镇水系规划研究
基于连通性的城镇水系规划研究李普林;陈菁;孙炳香;肖晨光;陈睿东【期刊名称】《人民黄河》【年(卷),期】2018(040)001【摘要】从水系连通性的内涵出发,选取河网密度、水面率、河频率、网络环通度、节点连接率和网络连通度等6项指标建立水系连通性评价指标体系,对研究区水系规划前后进行连通性评价,得出规划后水系各项指标呈不同幅度的增加,水系连通性得到明显改善.最后通过主成分分析得出决定水系连通性的第一大主成分是网络环通度、节点连接率和网络连通度,河网密度、水面率、河频率是评价水系连通性的基础.【总页数】6页(P31-35,49)【作者】李普林;陈菁;孙炳香;肖晨光;陈睿东【作者单位】河海大学水利水电学院,江苏南京210098;河海大学水利水电学院,江苏南京210098;南方地区高效灌排与农业水土环境教育部重点实验室,江苏南京210098;江苏省水利科教中心办公室,江苏南京210029;河海大学水利水电学院,江苏南京210098;河海大学水利水电学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】TV212.5+3【相关文献】1.新型城镇化建设中基于低影响开发的水系规划 [J], 陈菁;马隰龙2.徐州市水系规划方案研究及水系连通性评价 [J], 王刚;代晴;牛平平;单庆安;张桂霞3.基于生态需水量与水质保障措施分析的城市水系规划研究——以自贡东部新城水系规划为例 [J], 陈磊; 张洪记4.江阴市青阳镇水系规划研究及水系连通性评价 [J], 俞文虎;袁海江;陈伯进5.城镇化进程中低丘山区水系连通性的初步研究与实践 [J], 赵思远;陈菁;涂建琴;肖晨光;李金刚;毕博;夏欢因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于连通性的城镇水系规划研究
基于连通性的城镇水系规划研究作者：李普林陈菁孙炳香肖晨光陈睿东来源：《人民黄河》2018年第01期摘要：从水系连通性的内涵出发，选取河网密度、水面率、河频率、网络环通度、节点连接率和网络连通度等6项指标建立水系连通性评价指标体系，对研究区水系规划前后进行连通性评价，得出规划后水系各项指标呈不同幅度的增加，水系连通性得到明显改善。
最后通过主成分分析得出决定水系连通性的第一大主成分是网络环通度、节点连接率和网络连通度，河网密度、水面率、河频率是评价水系连通性的基础。
关键词：水系连通性；水系结构；规划；主成分分析中图分类号：TV212.5+3 文献标志码：A doi ：10.3969/i.issn.1000-1379.2018.01.008近年来，随着新型城镇化建设的不断推进，我国城镇水系出现诸多问题，防洪排涝压力加大，河道密度和水面率减小，水系结构及生态系统遭到破坏[1]。
人与水争地，大量末级河流被填埋，人水和谐的局面被打破。
水利部部长陈雷在《在全国水利规划计划工作会议上的讲话》中指出，受大规模人类活动的影响，我国不少地区水资源通道阻断，河湖萎缩严重，水系循环性变差[2]。
城镇化过程中的人类活动是影响城镇水系连通性的关键因素，水系问题已经成为制约城乡经济可持续发展和生态系统健康的重要因素。
水系连通性改善措施作为新形势下城镇水系规划的一个新方向，已经受到国家政府部门的重视。
水系连通性评价作为一个新的课题，已经被越来越多的国内外学者所关注。
我国水系连通性研究以河湖水系连通的理论体系框架研究、特征分析、功能及适应性分析、影响评价指标体系研究[3-7]等定性研究为主，而在水系连通性定量研究方面相对较少。
窦明等[8]以淮河流域为研究对象，利用GIS数据淮河流域廊道一节点示意图，采用景观生态学理论方法，提出水系连通性评价方法和评价标准并定量评价淮河流域水系连通状况；孟慧芳等[9]通过建立基于水流阻力及水文过程的平原河网河流连通性评价方法，并通过实例验证该评价方法的可行性。
江阴市青阳镇水系规划研究及水系连通性评价
２ 规划方案
行评价ꎬ 结果较为可靠ꎮ 肖昆 [４] 认为水利工程建设
对水系连通性的影响是双面的ꎮ 高玉琴等 [５] 使用改
２ １ 镇区联圩规划方案
进图论法分析水系连通性情况ꎬ 与水文模拟结果较
规划范围内现状骨干河道由区域性骨干河道形
成“ 二横一纵” 主 体 水 系ꎮ 其 中 “ 二 横” 为 青 祝 河、
旧锡澄运河 １ ９ｋｍ、 锡金河 ０ ８ｋｍꎻ 规划在疏浚整
治现有河道陆家浜 １ ３ｋｍ 的基础上ꎬ 延伸 １ ０ｋｍ
图 ２ 镇区联圩陆家浜、 新开河线路示意图
张塘浜和 杨 庄 浜 ( 如 图 ２ 所 示 ) ꎬ 构 成 纵 贯 南 北
格局ꎬ “ 二横” 即向阳河 － 北圩浜 － 新庄浜 － 十一
圩、 塘头圩、 大船浜圩以及东部、 北部高地ꎬ 总面
行分析ꎬ 认为长江水系连通性下降较为显著ꎮ 王刚
范围为锡澄 运 河 以 东 部 分ꎬ 包 括 镇 区 联 圩、 九 顷
积 ４４ ５９ｋｍ２ ꎮ
价ꎬ 认为采取相 关 措 施 后ꎬ 水 系 连 通 性 有 明 显 改
善ꎮ 危小建等 [３] 采用拓扑结构对河湖水系连通性进
２０２０ 年第 ３ 期
建设与管理
水利技术监督
ＤＯＩ: １０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １００８￣１３０５ ２０２０ ０３ ０３３
江阴市青阳镇水系规划研究及水系连通性评价
俞文虎ꎬ 袁海江ꎬ 陈伯进
( 江阴市青阳水利农机管理服务站ꎬ 江苏 江阴 ２１４４００)
摘要: 城镇水系规划涉及多个学科ꎬ 结合江阴市青阳镇水系规划工程ꎬ 详细介绍了 ３ 个片区水系规划方案ꎬ 综合
骨干河网格局ꎬ “ 二横” 即张塘浜、 杨庄浜ꎬ “ 二
联系数-图论耦合的城市河网水系连通性评价
联系数-图论耦合的城市河网水系连通性评价
门宝辉;刘菁苹
【期刊名称】《水力发电学报》
【年(卷),期】2023(42)1
【摘要】为分析城市化背景下洛阳市河网水系的连通性,根据其主要河流和人工河渠构建了河网图模型,应用五元联系数对河道连通性进行评价,利用集对分析与图论法耦合模型计算连通度,计算得到洛阳河网水系的连通度为1.34。
在图模型中分别去掉6条人工河渠连通通道,构建新的图模型作为6个连通方案。
6个方案连通度
值分别为1.06、1.25、1.23、1.29、1.19、1.27。
结果表明6条人工河渠对洛阳市河网水系格局连通性影响程度大小为:引黄入洛>伊洛连通>引黄济瀍>引畛济涧>中州渠>引洛济伊。
该耦合模型实现了功能连通性与结构连通性的综合评价,并利用五元减法集对势分析影响连通性的因素,提出从水量、水库调度能力、河岸生态、
水质等改善水系连通性。
【总页数】12页(P65-76)
【作者】门宝辉;刘菁苹
【作者单位】华北电力大学水利与水电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV213.4
【相关文献】
1.基于改进图论法的平原河网水系连通性评价
2.基于图论的平原河网区水系连通性评价--以常熟市燕泾圩为例
3.基于改进图论与水文模拟方法的河网水系连通性评价模型
4.基于AHP-熵权法的平原城市河网水系连通性评价--以廊坊市为例
5.基于图论与层次分析法耦合的荆江水系连通性评价
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郑州市水系格局与连通性评价
１ －３ ４ ５ ６ ７
１ 水系格局与连通性评价指标体系
１． １
河（ 索河、 须水河） 、 东风渠、 贾鲁支河、 金水河、 熊耳 河、 七里河（十八里河、 十七里河） 、 潮河， 现均为城市 排污河道。市区河道均属季节性河流， 除贾鲁河下游、 七里河下游、 潮河有少量基流外， 其余河道无自然基 流， 非汛期干涸或排泄城市污水， 雨季则雨、 污并流而 下。河流两侧一般无防护林， 仅贾鲁河两岸有少量树 木。郑州市河流主要存在以下几方面问题： ① 设施不 完善、 功能不健全； 行洪排涝能力不 ② 防洪标准偏低， 足； 配置不合理； ③水资源紧缺， ④河流水质污染严重； 滨河生态环境单调； ⑤水体生态功能退化， ⑥水系管理 亟待向现代化转变。总之， 郑州市水系中存在的诸多 问题使其无法满足城市发展和社会公众的需求。因 此， 郑州市于 ２００７ 年对水系河网进行了生态规划， 范 围包括城区及郊区的金水河、 贾鲁河等河流以及尖岗、 常庄等 １２ 座水库， 生态水系规划理念为“水通水清， 健康安全， 生态环保， 人水和谐” 。郑州市河流治理情 况见表 １， 治理前后河流水系对比见图 １ 与图 ２。 １． ２ 水系格局与连通性评价指标体系的建立 描述河网结构的指标有很多， 但是目前还没有一 个全面描述河网结构的完整体系。笔者采用经验法和 客观法来构建指标体系： 经验法即充分依靠研究者的 专业知识， 根据其对研究对象的认识选择指标， 构建评 价指标体系； 客观法完全以与评价对象相关的数据为 基础， 借助一定的数学统计方法选取主要指标， 构建指 ［ ］ 标体系 。本文主要按河网的结构、 连通性、 数量特 征、 结构特征这几个要素来构建评价指标体系（见 表 ２） 。
Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． １０ Ｏｃｔ． ２０１５
基于改进图论与水文模拟方法的河网水系连通性评价模型
第34卷第6期Vol．34No．6水㊀资㊀源㊀保㊀护WATER RESOURCES PROTECTION2018年11月Nov.2018㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(51309076);中央高校业务费科技前瞻性研究专项(2014B05814);江苏省优势创新平台(3014-SYS1401)作者简介:高玉琴(1978 ),女,副教授,博士,主要从事水利规划与水利经济研究㊂E-mail:178164576@DOI :10．3880/j.issn．10046933．2018．06．05基于改进图论与水文模拟方法的河网水系连通性评价模型高玉琴,汤宇强,肖㊀璇,陈鸿玉,刘云萍,周㊀桐(河海大学水利水电学院,江苏南京㊀210098)摘要:为弥补图论法无法考虑水量动态传输能力的缺陷,在运用图论连通度理论评价河网水系连通状况的基础上,通过建立HEC_HMS 水文模型模拟河道流量,构造表征河网水量交换能力的连通因子,构建了基于改进图论与水文模拟方法的河网水系连通性评价模型㊂秦淮河流域河网水系连通状况实例评价结果表明,秦淮河流域水系连通度由2000年的0.0044下降至2010年的0.0029,且2010年水系连通度水平不高,符合实际情况,模型评价结果合理可靠㊂关键词:河网;水系连通性;改进图论;水文模拟;评价模型;秦淮河流域中图分类号:P343.1㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:10046933(2018)06003305Evaluation model of river network hydrologic connectivity based onimproved graph theory and hydrological simulationGAO Yuqin ,TANG Yuqiang ,XIAO Xuan ,CHEN Hongyu ,LIU Yunping ,ZHOU Tong(College of Water Conservancy &Hydropower Engineering ,Hohai University ,Nanjing 210098,China )Abstract :To make up for the deficiency that graph theory can not consider the dynamic transmission capacity,theHEC_HMS hydrological model is set up to simulate the flow,and construct the connectivity factor that characterizes the exchange capacity of river network and the hydrologic connectivity evaluation model based on improved graph theory and hydrological simulation on the basis of using graph theory about connectivity degree to evaluate the connectivity condition of river network.The case evaluation results of the river network hydrologic connectivity in theQinhuai River Basin indicate that the connectivity degree of Qinhuai River Basin decreased from 0.0044in 2000to 0．0029in 2010,and the river network hydrologic connectivity level is not high in 2010,which is in line with the actual situation.The results of this evaluation model are reasonable and reliable.Key words :river network;hydrologic connectivity;improved graph theory;hydrological simulation;evaluation model;Qinhuai River Basin㊀㊀水系连通是河流生态保护与修复以及河流健康评价的重要指标,畅通的河网水系能够改善流域应对环境变化的能力,实现水资源的高效配置,是流域防洪抗旱㊁保障供水及水生态安全的重要基础[1]㊂近年来,国内外学者逐步开始了对水系连通概念及其评价方法的研究㊂徐慧等[2]将河流廊道理论和景观生态学方法应用于太仓市水系规划前后水系连通度的对比分析中,用以验证城市水系规划的效果;Lane 等[3]通过构建CURM2D 水文模型,提出了可以用流域湿度分布来评价水系的景观水文连通性;Cui 等[4]基于图论中的最短路径算法对低流量和高流量两种情况下的河网结构进行了优化;Karim 等[5]通过MIKE21㊃33㊃构建了水动力学模型来量化湿地与河流之间的连通程度;孟慧芳[6]基于水流运动阻力与水文连通性,提出河流连通性计算模型,反映了河网水系的自然和社会属性对河流连通的影响;窦明等[7]构建了描述水系连通形态和连通功能的两套指标体系,定量分析了二者之间的相关性,进一步探究了水系连通形态的变化对连通功能的影响㊂目前的水系连通模型多数仅对水系结构进行分析,忽视水流的运动状态[8-10];或基于水力学的评价方法,所需数据量大且不易获得,计算步骤烦琐[11-12]㊂因此有必要完善现有水系连通评价方法,综合考虑影响水系连通程度的多方面㊁多层次因素㊂本文在文献[13]的基础上进一步改进评价方法,基于改进图论算法与水文模拟方法,计算连通因子w ,以w 表征河道的动态输水能力,实现对流域水系的动态输水连通与静态结构连通的综合评价㊂1㊀评价模型的建立基于水文模拟得到的河道径流量q 计算连通因子w ,以其作为边的权值得到加权邻接矩阵B ,进而计算出判断矩阵T ,将该判断矩阵中的各元素与传统图论得到的判断矩阵S 中的各元素相除得到各顶点平均连通度u ij ,取均值作为水系整体连通度U ㊂为使评价结果更具有可比性,进一步提出连通水平的概念,以更加直观地了解流域水系连通程度㊂表1㊀防洪保护区的防洪等级和防洪标准防护等级城市防护区乡村防护区常住人口/万人当量经济规模/万人防洪标准/a 人口/万人耕地面积/万hm 2防洪标准/a Ⅰȡ150ȡ300ȡ200ȡ150ȡ20[50,100)Ⅱ[50,150)[100,300)[100,200)[50,150)[6.67,20)[30,50)Ⅲ[20,50)[40,100)[50,100)[20,50)[2,6.67)[20,30)Ⅳ<20<40[20,50)<20<2[10,20)1.1㊀水量传输能力指标选取可以表征水量传输能力的指标有年平均径流保证率㊁河道流量㊁河道水位㊁平均流速等[14],这些指标从多角度反映了河网水系的水量传输能力㊂基于流动性和连续性两个角度对指标进行优选,用河道流量作为评价指标时,其值大于零表示水流连续,且值越大流动性越好,因此河道流量既能表征连续性也能表征流动性,是水量传输能力最直观的表征参数㊂此外,水系连通的目的是实现特定的服务功能,包括防洪㊁供水㊁排污㊁通航等,而这些功能均要求河网具有较大的流量,以达到强化洪涝外排能力㊁增大供水量㊁促进以清释污等效果,因此选用河道流量作为水量传输能力指标[15]㊂1.2㊀模拟流量基准选取河道流量采用水文模型HEC_HMS 模拟得到,该模型通过划分子流域的方式充分考察流域下垫面的区域性差异,各子流域独立设置参数并进行径流模拟,然后再以子流域为单位进行产汇流演算得到流域出口的径流过程[16],充分考虑了地形㊁土壤含水率㊁土壤类别以及土地利用方式等因素对径流模拟的影响,模拟结果符合实际情况,合理可信㊂通过对数场降雨进行模拟,得到河网各节点处的峰值流量,运用上述方法计算连通度,发现大部分数值偏小且集中分布在较小范围内,无法较好地基于连通水平对连通程度进行分级㊂此外,为充分发挥河道潜在的排涝㊁排污能力,需要尽可能提高设计降雨标准以检验河道最大过流能力,但需要满足区域内防洪要求,因此在模拟河网产汇流过程时,选用满足一定防洪标准的典型设计降雨过程作为模型输入,将得到的峰值流量作为水系连通评价的流量基准㊂城市与乡村防护区的防洪等级和标准如表1所示㊂综合考虑城市和农村地区的防洪要求,选取重现期为50年一遇的设计洪水作为防洪标准,可满足一般城市和重要乡村的防洪需求㊂假定设计洪水与设计暴雨同频率,本文采用适线法绘制经验频率曲线,并用同倍比放大法计算经验频率为2%的设计降雨过程㊂1.3㊀连通度计算1.3.1㊀基于水文模拟方法的连通因子计算将HEC_HMS 模型模拟得到的河网各节点处的峰值流量作为水量传输能力指标值㊂通过大量实例运算,发现若直接将流量值替换邻接矩阵中的元素,会由于邻接矩阵本身包含的数据量巨大,且含有大量乘方运算,导致程序运行缓慢㊁容易超出计算能力而报错,因此,进一步构造连通度因子w ij ɪ(0,1),用该连通度因子来表征连通程度的好坏,计算公式为w ij =1-1e q i(1)式中q i 为顶点i 处河道峰值流量,m 3/s㊂当q i =0时,w ij =0,表示顶点i 与顶点j 完全不连通;当q i ң+¥时,w ij =1,表示顶点i 与顶点j 完全连通;q i 越大则w ij 越接近于1㊂1.3.2㊀流域平均连通度计算将连通度因子w ij 替换邻接矩阵中的元素,得㊃43㊃到改进后的邻接矩阵B n ˑn =(b ij )n ˑn ,则判断矩阵T n ˑn =(t ij )n ˑn ,t ij =ðn -1k =1b k ij ,任意两河流节点间的连通度为u ij =t ij s ij(2)式中:n 为节点数;t ij 为顶点i 和顶点j 之间连接长度为1㊁2㊁ ㊁n -1的所有路径的连通度因子之和;s ij 为顶点i 和顶点j 之间连接长度为1㊁2㊁ ㊁n -1的所有路径的总数,s ij ʂ0㊂节点间连通度u ij 可以衡量流域中任意两河流节点间的连通性,对流域整体来说,对所有节点间连通度求均值可得到流域平均连通度U :U =ðn i =1ðnj =1u ij n 2(3)1.3.3㊀连通水平计算为使评价结果更具有可比性,本文提出连通水平的概念㊂将研究区历史最大降雨过程作为HEC_HMS 模型输入,得到历史最大连通度,以该值作为标准连通度U s ,则水系连通水平L 可表示为L =UU sˑ100%(4)综上,基于改进图论与水文模拟方法的河网水系连通评价模型的主要特点有:a.综合考虑城市和农村地区的防洪要求,选取一定重现期下的设计洪水作为防洪标准,推求相应设计降雨作为模型输入㊂b.将表征水量传输能力的指标 河道流量q ,转化为邻接矩阵中的元素,使邻接矩阵不仅能反映河网节点间是否连通,还能反映连接通道的过流能力㊂c.进一步提出了连通水平的概念及计算方法,可直观反映出区域在某段时间内的连通程度㊂2㊀实例验证2.1㊀秦淮河流域概况秦淮河流域位于长江下游江苏省境内,流域面积2631km 2,地势由东南向西北倾斜㊂流域地处亚热带湿润㊁半湿润季风气候区,四季分明,降水丰沛,汛期在5 9月,平均降雨量为652mm,占年均降水量的63%㊂秦淮河全长110km,干支流纵横交错,有溧水河㊁句容河两源,两源在江宁县西北村汇为秦淮河干流,流至江宁区东山街道又分为两支:北支为主河道,过市区后于三汊河口入长江;西支为秦淮新河,经西善桥至金胜村入长江[17]㊂2.2㊀数据处理2.2.1㊀数字水系图获取分别选取2000年和2010年的高程数据,基于ArcGIS 软件中水文分析工具箱,对数据执行填洼㊁流向㊁流量㊁栅格计算器㊁栅格河网矢量化等命令,提取数字河流网络,并对照Google Earth 影像图进行适当修正,进一步概化为包含40个顶点的拓扑结构图㊂图1为秦淮河流域数字水系,图2为2010年研究区拓扑结构㊂(a)2000年(b)2010年图1㊀秦淮河流域数字水系图2㊀2010年秦淮河流域拓扑结构2.2.2㊀洪水过程模拟a.HEC_HMS 模型率定与验证㊂对HEC_HMS㊃53㊃模型构建过程中使用的大量估算参数进行率定与验证[18],秦淮河流域HEC_HMS 模型模拟评价指标如表2所示㊂由表2可见,率定期3场洪水的洪量及洪峰相对误差均在20%以内,Nash 系数及相关系数均大于0.7;验证期4场洪水的洪量及洪峰相对误差基本控制在20%以内,Nash 系数及相关系数均大于0.7,模拟值与实测值吻合较好,模拟的峰值流量可用于评价模型的计算㊂表2㊀秦淮河流域HEC _HMS 模型模拟评价指标率定期或验证期年份洪量相对误差/%洪峰相对误差/%峰现滞时/dNash 系数相关系数率定期19967.7211.3600.820.9119989.72-18.8210.920.96200215.0418.6600.900.97验证期1991-6.6723.9700.730.951999-21.59-24.6310.880.94200311.7316.3710.830.962004-15.52-13.9110.800.93表3㊀秦淮河流域2000年和2010年水系结构指标年份河流长度/km一级水系二级水系三级水系河流总长河网密度/(km㊃km -2)水面率/%2000291.6221.14204.89717.630.270.332010291.19125.59105.77522.550.200.21b.2000年和2010年洪水过程模拟㊂对秦淮河流域武定门闸1986 2006年年最大降雨量进行排序,选用皮尔逊Ⅲ型曲线进行水文频率计算,采用矩法计算曲线参数,得到C s =1.63㊁C v =0.68㊁ʏx =213.16,通过查询皮尔逊Ⅲ型曲线离均系数ψ值表,可计算得到P =2%时的设计降雨量为618.08mm㊂选择洪峰流量最大的198606次洪水作为最不利降雨过程,采用同倍比放大法得到50年一遇设计降雨过程㊂将放大后的降雨过程导入HEC_HMS 模型,即可模拟全流域相应的流量过程,以其峰值流量作为该水文要素的水量传输能力指标值㊂2.2.3㊀连通度及连通水平计算由图论连通度计算可得,2000年和2010年秦淮河流域河网水系连通度均为2㊂由此可见,仅使用图论对秦淮河流域进行水系连通评价时,结论为流域水系连通水平在10年间无显著变化,这显然不符合实际情况㊂运用本文提出的评价模型计算,秦淮河流域水系2010年连通度U 2010=0.0029,该值代表了流域在满足防洪要求下的连通状态㊂根据秦淮河流域内有观测记录以来的降雨资料,最大降雨过程发生在2007年7月,总降雨量为729.2mm,以该历史最大降雨过程作为HEC_HMS 模型输入,可求得标准连通度U s =0．0053,则L 2010=54.7%㊂采用同样的方法,可得U 2000=0.0044,L 2000=83.0%㊂2.3㊀结果分析表3为秦淮河流域2000年和2010年水系结构指标统计,可以看出,从2000 2010年秦淮河流域水系的河流长度㊁河网密度以及水面率均呈缩减趋势,水系连通性变差㊂基于本文提出的评价模型的计算结果可知,秦淮河流域水系连通度由2000年的0.0044下降至2010年0.0029,水系连通水平由83.0%下降至54.7%,2010年水系连通度处于较低水平,这与水系结构指标变化情况一致,说明本文提出的评价模型是合理㊁可靠的㊂秦淮河流域2000年和2010年水系连通性变差的原因,可能与该期间秦淮河流域内以南京为代表的城市群加速推进城市化进程有关,剧烈的人类活动导致流域不透水面积增加,部分天然河道萎缩甚至消失,土地覆被退化,区域防洪㊁供水与生态安全受到严重威胁,流域连通水平受到极大影响㊂3㊀结㊀语进入21世纪以来,图论方法被国内学者不断应用于水系连通评价领域,本文模型利用水文模型模拟出的峰值流量对边赋权值,将河网结构特性与河道实际水文特性相结合,避免了用传统图论方法进行水系连通评价过程中出现的 连 却不 通 的现象,使评价结果更符合实际情况㊂较目前流行的水流阻力与图论相结合的评价方法而言,本文模型计算过程简单,数据易获取,有较大的推广意义㊂本文对水系连通评价方法进行了探索与研究,但仍存在不足,未将该方法与水资源调配㊁洪旱灾害㊁水生态环境等实际问题相联系,因此,可进一步进行水系连通性与可调配水量㊁洪涝风险因子㊁水质变化规律的相关性分析,验证评价模型的准确性㊂此外,2000 2010年期间水系连通性是否一直呈现下降趋势,还有待进一步分析研究㊂㊃63㊃参考文献:[1]崔国韬,左其亭,窦明.国内外河湖水系连通发展沿革与影响[J].南水北调与水利科技,2011,9(4):73-76.(CUI Guotao,ZUO Qiting,DOU Ming.Development evolution and influences of the interconnected river system network at home and abroad[J].South-to-North Water Diversion and Water Science&Technology,2011,9(4): 73-76.(in Chinese))[2]徐慧,徐向阳,崔广柏.景观空间结构分析在城市水系规划中的应用[J].水科学进展,2007,18(1):108-113.(XU Hui,XU 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城 市 水 系 连 通 性 评 价 体 系 研 究
孟祥 永 ， 陈 星 ， 陈栋 一 ， 张 其 成 ， 朱引弟
应用 实例表 明 ， 城 市水 系连通 性评 价体 系能够综 合地 反 映城 市水 系连 通状 况 。
关 键词 ： 城 市水 系； 水 系连 通性 ； 水 流动 势 ； 评 价体 系； 淮安 市淮 安 区水 系
中图分 类 号 ： Ｔ Ｖ ２ １ ２ ． ５ １ 文献标 志 码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ０ １ ９ ８ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ２ ４— ０ ５
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第４ ２卷第 １ 期
２ ０ １ ４年 １ 月
河 海 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｏ ｈ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ
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（ １ ． 河海大学水文水资源学 院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ； ２ ． 淮安区水利局 ， 江苏 淮安 ２ ２ ３ ２ ０ ０ ）
摘 要 ：在参 考城 市水 系结构连 通性 评价 的基 础 上 ， 对 其指 标进 行 筛选 ， 从 水 系连 通 的驱 动 因素和 水
力效果 出发 ， 增加 了水 系水力连 通性 评 价 的 内容 ， 选 用 河频 率 、 河 网密度 、 水 系连 通 度 、 区域 水 流动 势及 河道输 水 能力 等评价 指 标构 建 了区域 尺度 下 的城 市水 系连通 性评 价体 系。淮安 区城 区水 系的
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