浦东城市化进程中的河网体系变迁与水环境演化研究

浦东城市化进程中的河网体系变迁与水环境演化研究

【摘要】：河流是人类文明起源的摇篮，是联结水圈、生物圈、岩石圈的重要纽带。城市的发生、发展与河流息息相关。城市河流是一个自然演化和人工干预共同作用下的复合系统，其功能的发挥取决于系统结构的完整性。城市河流的减少与水污染直接威胁城市的饮用水安全，并对城市生态系统的生物多样性造成破坏，进而影响城市生活和生产的方方面面。因此，城市与河流要有一个良好的关系。如何保护和利用好城市水系，充分发挥水环境在城市生活中的作用，已成为建设可持续城市的关键问题。浦东新区作为我国改革开放的龙头，对于长江三角洲乃至整个中国的经济发展有着举足轻重的作用。经过12年的大规模基础建设和功能开发，浦东新区现已成为“上海现代化建设的缩影”和“中国改革开放的象征”。然而，由于快速城市化、大量未经处理的废水直排水体等原因，使得新区面临日益严重的水环境问题，水网面积急剧下降、地表水质恶化尤为突出，不仅严重破坏了浦东的水乡特色，而且有损于浦东的投资环境。为了确保城市社会经济与环境的协调发展，加强城市水网体系的保护与水环境管理成为一项十分迫切的研究课题。本文利用1989、1994和1999年的航空像片、1990-2001年的河流水质监测数据、2002年实测的河流水质数据以及土地利用变化和污染源等资料，通过遥感、GIS、灰色系统、人工神经网络等技术手段，从河网体系变迁、水质演化、污染源分析等角度着手，对浦东开发以来的水环境变化进行动态评价，揭示经济高速发

展背后潜在的危机；同时，结合水环境规划，对浦东城市化进程中的水环境承载状况进行分析。在理论上尝试以数模、地理信息系统为手段，探讨城市河网体系变迁与水环境之间的耦合关系；在实践上可作为今后区域环境评价的新视角，旨在为浦东建设全国模范城区，实现经济、社会与环境的可持续发展提供依据。河流是城市自然环境的重要构成要素之一，其数量和质量的变化是自然环境和人类活动长期相互作用的结果。本文的立足点在于，以浦东新区为例，探索一条研究沿海地区城市地貌学的途径，集中讨论的问题是，在国内外河流地貌学理论与水环境评价方法的基础上，探讨影响城市水系发育、河流水质演化的主导因素以及快速城市化背景下二者的耦合关系。实现的路径是，通过系列航空遥感资料的解译，获取河网变迁的基本信息；通过城市土地利用资料的叠加，分析河网演变的趋势；通过水质资料的灰色关联分析与GIS评价，得出河流水质演化的时空规律；运用GIS 空间叠置功能，探讨水网变迁与水质演化之间的内在关系。通过上述研究得出以下几点主要看法:》长期的地貌发育与海平面相互作用过程、暖湿的气候条件造就了浦东新区稠密的河网。浦东目前的河网体系是在自然演化的基础上，叠加人类活动影响的结果。建国前，本区河网以自然演化为主;建国后，尤其浦东开发开放以来，人类的改造作用成为影响河网分布的重要力量。卜浦东开发开放以来，新区的河网体系经历了急剧下降(1989一1994)和缓慢下降(1994一1999)两个阶段，这与浦东大规模的开发建设进程有很大关系。1989一1999，全区河流长度从最初的1528.66kn12，减少到1994年的1050.08kn12，

再降至1999年的966.77kn12;以1989年的长度为基准，1994年为0.6869，1999年为0.6324。全区河网密度，1989年为2.91km永mZ，1994年降为2.00km瓜mZ，1999年则为1.84拓rn瓜mZ;以1989年为基准，1994年和1999年分别为0.6873、0.6323;n年间全区河流长度与河网密度(按目前的土地面积533.44km2计)均下降了1/3强。》土地城市化对河网体系的威胁是一种普遍现象，在环线附近和开发区周围表现的尤为突出。以钦洋镇和花木镇在内环线西侧的部分为例，1988一1997，土地城市化等级由初期的轻微城市化阶段发展到1993年的半城市化阶段，再到1997年的基本城市化阶段(即城市建设用地比重由30%以下，上升到30%一50%之间，再上升到50%以上);与此对应，从1989年到1999年，该区域的河网密度也从开始的2.2Okm 永mZ，下降到1994年1.98km/kn12;到1999年则只剩1.46km/km，。1988一1997，金桥镇的土地城市化率从22.5%提高到96%;河网密度则由1989年的1.67拓m瓜mZ下降到1999年的1.10kr可拓mZ。1988一1997，北蔡镇的土地城市化率从22.5%提高到60%，河网密度则由1989年的3.83k拍/腼，下降到1999年的2.59km/kmZ。》1990一2001，DO、CODer、BODS、CODtnn、氨氮、总磷和石油类的灰色关联分析与GIS空间插值表明:(1)新区的氨氮和总磷污染严重，为首要的超标项目。全区氨氮的污染中心在曹家沟上的新陆附近，多数年份超标倍数都在10倍以上;总磷的污染中心在浦东南路、浦东北路、严桥、洋径之间移动，近十年来超标都在5倍以上。(2)其次是有机耗氧性指标。总体而言，此类指标在逐年好转，以张家洪西段的浦东

南路断面为例，其溶解氧己从开发初期的劣V类上升为目前的nl类。

(3)石油类污染最轻，除1994年个别断面属劣V类外，其余年份均不超标。(4)综合水质在1994和1999年出现了两次严重恶化现象，其V 类以上水质分别占到44.83%和58.6【关键词】：浦东新区河网体系水质演化GIS灰色关联BP模型

【学位授予单位】：华东师范大学

【学位级别】：博士

【学位授予年份】：2003

【分类号】：P208

【目录】：前言15-22一、研究意义15-17二、城市水环境问题的研究现状17-19三、本文的研究内容19-22第一章理论综述22-42一、水系发育及其影响因素分析22-241影响流域与水系发育的因子分析22-232上海地区的地质地貌基础与河网水系发育23-24二、水污染及其根源24-281河流水污染的特点272水污染源27-28三、城市化的水文效应28-301对水系的影响292对水文过程的影响29-303对水质的影响30四、城市水环境评价30-421区域环境评价30-312环境承载力31-333基于地理信息科学的水环境评价33-394基于灰色关联分析和神经网络的水环境评价39-42第二章浦东新区地理概况42-53一、自然环境状况42-471地质地貌基础与成陆过程432河流水文特