水系连通性的指标体系及其应用

水系连通指标是分析和评价连通性的关键。本文基于水系连通性的内涵、分析模式和连通机理,从河流边界、水流、泥沙、生态环境等方面提出河道(湖库)连通指标;根据连通指标的基本含义、计算过程和层次属性,将连通指标分为基本指标、过渡指标和功能指标,建立了水系连通性的功能评价指标体系;针对黄河下游河道的特点,建立了河道连通性的评价模型,对近几十年黄河下游河道连通性的变化过程进行了分析评价。评价结果表明,黄河下游河道连通性在1959年前为优等状态,1960年至1985年期间基本处于中等以上状态,1986至1990年代末由状态迅速恶化为差的状态,2000年以后河道连通性又逐渐恢复变为优良状态。     

水系连通的类型及连通模式

水系连通是保证河流系统健康完整、功能正常发挥的重要条件,水系连通性衰退问题备受社会关注。为了深入了解河流系统的连通性,基于河流系统的组成单元和主要功能,系统分析了水系连通性的内涵、连通类型和连通模式。水系连通性的内涵包括边界的流畅性和稳定性、水流的连续性和流动性、泥沙的输移和交换以及生物的生长繁衍与多样性。水系连通可分为河道连通、水系连通及流域间水系连通三个层次;进而提出了主流连通模式、分-汇流连通模式和滩槽连通模式等3种连通模式,并讨论了各种连通模式的关键问题。     

基于拓扑结构和空间网络结构的水系连通性评价

保持河湖水系连通是流域内物质流、能量流、信息流和物种流保持畅通的基本条件,河网水系连通性定量评价十分重要。利用图论理论、连通性指数和空间网络中心性评价指标,以湖北省大悟县滠水-刘家集河-上西大河片区为例,分析其水网连通情况。结果表明:①图论指标从整体上度量了水系网络的连接特征,研究区水系网络复杂程度一般;②水系网络连接度指标分析度量了各河链连接特征的重要程度,长度长或处于主干道的河链对水系网络整体连接特征的重要程度高;③水系网络的中心性分析能揭示汇点或是河链不同方面的重要程度,孤立的小的水系组分的中心性值易高。邻近中心性分析有助于发现水系中较主要的主干水系;中介中心性分析有助于发现水系中处于主要连通的汇点或河链;直线中心性能发现水系网络中较为曲折的河链。研究结果完善了水系连通性评价,对水系连通工程设计和河流健康治理工作具有一定参考价值。     

河流连通性综合评价方法研究

保障河流连通性是生态系统保护与修复的一项重要举措,为推进我国江河湖库水系连通工作,亟需加强河流连通性评价的理论方法研究。基于河流生态系统四维结构和功能整体模型,构建了河流连通性综合评价方法;通过梳理国内外河流连通性评价的研究和实践,从4个维度凝练了构建河流连通性指数的5个评价指标,包括破碎度指数、库容调节系数、水资源利用消耗率、路网密度和城市夜间灯光指数;通过综合分析各个指标的阈值和权重,建立了河流连通性指数计算方法、综合评价方法及评价依据。研究成果进一步完善了河流连通性评价的理论方法,为河流连通性评价提供了一种新的思路,可为河流生态系统保护与修复提供参考。     

基于连通性的城镇水系规划研究

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。     

平原河网区水系连通改善水环境效果评估

河流水系是城市重要的资源和环境载体,经济社会快速发展的同时,城市发展与水环境保护之间的矛盾日益突出,尤其是平原河网地区,由于地貌条件制约,城市河道水环境改善难度大。城市水系的可持续发展将直接关系到城市乃至整个社会的健康发展,贯彻现代水系治理思路,通过水系连通促进水环境的改善成为城市治水的重要一环。论文选择常熟市城区作为研究区,以引水实验与水量水质模型作为技术支撑,找出水系连通改善水环境的关键问题,基于此整合水系结构连通性与水力连通性概念,提出水系连通度评价方法。引水实验成果表明,骨干河道水流交换通畅,重要河道水质在引水实验中改善率平均在20%~30%,但主城区河道存在连通受阻。河道连通性的提升与水利工程的合理调度对于以水环境改善为目标的连通体系有着重要影响,以本文两个连通情景为例,河道的整治使得结构连通性增强,河道水质平均改善率提升至30%~50%。从连通性指数的变化来看,结构性连通的提升提高了调水效率,极大地促进了水力连通与水质改善。论文建立的水系连通改善水环境的方法体系能够为水系连通决策提供理论依据,对我国城市水系连通实践提供参考。     

辽阳市水系连通对城市水系生态格局影响评价

对辽阳市水系生态格局利用综合生态连通度评价指标进行定量评价,依据评价结果和区域水系连通情况提出了有效的改善措施。研究表明:水系连通性的两个重要主成分为河系节点率、水系环连通度,城市水系生态连通性相比于规划前得到显著的提升;城市水系连通性在关闭水闸措施下降低40%,为改善城市水系生态连通性可采取生态护坡、河道清淤及优化水闸等措施。     

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

在对近年国内外城市水系连通典型案例总结的基础上,构建包含水系格局、结构连通性和水力连通性3个准则层的平原城市河网水系[JP2]连通性评价体系,改进水力连通性准则层中水力连通能力指标的计算方法,使其适用于整个河网计算。为避免主、客观单一权重法的不足,采用AHP-熵综合权重法对评价指标赋权。针对通过指标值评价水系连通状况不能兼顾多因素影响的局限性,采用综合评价法对廊坊城区不同水系连通方案的水系连通状况进行评价。结果表明,该体系能够较全面地对平原城市河网进行水系连通性评价,为我国平原城市河网水系连通性评价提供参考。     

珠江三角洲典型复杂河网区水系连通及调度研究

【目的】河流水系是城市重要的资源和环境载体,水系连通是保证河流系统健康完整和功能正常发挥的重要条件,而活水调度是提高水体流动性和改善水生态环境的重要手段。水系连通指标是分析和评价连通性的关键,【方法】针对珠江三角洲地区的复杂河网,首次提出将往复流河段和断头涌河段长度占比纳入水系连通评价指标体系,分析研究典型区域水系现存问题,提出水系连通与调度方案,采用数学模型评估方案效果,研究珠江三角洲复杂河网水系连通与活水调度工程问题。【结果】结果显示：现状良安水系水动力条件较差,存在往复流和水体交换周期长等问题,水质污染严重,通过清淤疏浚、水系连通和引水工程调度活水,使往复流变为单向流,将现状15.3 d的河道平均换水周期最小缩短至7.3 d,河道现状流速0.021 m/s最大增加至0.124 m/s,区域的水动力条件和区域水质得到明显改善。【结论】结果表明：珠江三角洲城市化程度较高地区的河涌常存在有复流河段和断头涌河段影响河道的水质,有针对性地提出水系连通评价指标体系,并采取合适的清疏引水工程调度等措施,加强水系内部循环,可以改善水系的水质,提升水系综合治理的效果。研究结果可为珠江三角洲复杂河网...     

基于点-面两层结构的复杂网络方法评估海河流域水网连通性

河湖水系连通是指通过修建渠道、挖掘河道、改造湖泊等方式,将不同河流、湖泊之间相互连接起来,形成一个相互衔接的水系网络。基于复杂网络方法,从节点和子流域两个层面对海河流域水网的连通性进行分析。在子流域层面,用平均度指标评价流域连通度,用网络直径等指标辅助分析流域整体水系连通情况;在单个节点层面,用度指标、中介中心性指标分析流域水系各节点连通度的分布情况,实现了节点微观与流域宏观的结合。同时,引入聚类系数指标,获得每个子流域河网的空间分布特征。通过对研究结果的合理性评估,认为应用复杂网络方法能全面分析流域水系特征及连通情况,具有良好的应用前景。     

长江流域水系连通性对河流健康的影响

从健康长江3个方面的标准分析了水系连通性对长江水质、湿地生态环境、水生动物资源、防洪及水资源利用等方面的主要影响。结果表明,由于水系联通,通过水体的流动和扰动,增强了水体的复氧、自净能力,同时也使污染水体稀释的速度加快,对于改善水体水质、治理水体污染具有重要作用。维持水系连通可以明显地改善湿地生态环境,维持湿地生态环境及生物多样性,保障防洪安全和水资源可持续利用。     

连通度对佛山水道净污能力的影响研究

为了更好的研究河网水系连通度对于污染物质降解能力的影响,在佛山水网不同的水体连通情况下,运用经过验证的河网数学模型研究不同水体连通情况下,模拟佛山水道的水体交换时间、污染物浓度分布。研究结果表明：随着河道与外界连通性能提高,水体交换能力、对污染物质的净化能力都有所提高,有利于改善河道生态环境。     

高原山区水系结构及连通性初探——以滇池流域为例

基于2000年1∶10 000地形图中水系数据,借助GIS平台,采用Strahler水系分级,选取水系形态、水系密度、水系复杂度及水系连通度等结构指标,探讨了所属高原山区的滇池流域水系空间维度上的特征及其与沿海平原河网的差异性,并分析与评价了流域内水利工程对区域的水系结构及功能的影响,提出了基于连通性内涵的评价指标F,同时在流域内进行了应用。结果表明滇池流域内水系结构基本满足Horton定律,水系形态在空间维度上的差异性不显著;相比沿海地区,滇池流域的水系密度较低,水系整体发育程度不高;蓄水工程增大了流域水面率,提高了流域调蓄能力,Hurst指数能较好地反映这种变化;连通性评价指标F能较好地反映工程对流域连通性的作用,对其他工程的规划决策及评价具有一定的参考意义。     

基于图论的河道-滩区系统连通性评价方法

河流系统的连通性是维持河流生态系统健康的重要因素。基于图论连通度理论，将河道-滩区系统中的水流通道、鬃岗地形、小型封闭水域和牛轭湖等微地貌单元概化为图模型，并利用ArcGIS平台和DEM模型实现其表述。在此基础上，建立图的邻接矩阵，进行连通性分析和水流通道连通度计算，实现了河道-滩区系统连通程度分析的定量化。最后以瓯江丽水河段的河道-滩区系统为例，进行了一定水位条件下的连通状况模拟和连通程度定量分析。案例分析结果表明：通过确定关键性水流通道和水流通道汇合点，可对河流生态修复工程设计方案进行优化；利用本文所提出的方法对河道-滩区系统的连通性进行定量评价是有效可行的。该方法可用于河流健康评估、河流生态修复工程优化、河湖水网连通程度的定量分析等。     

水利工程对河网连通性的影响研究——以太湖西苕溪流域为例

河网连通性对维护河流生态系统的结构和功能具有重要作用,水利工程可改变天然河网的连通性,直接威胁到河流生态系统的健康与稳定。利用空间分析、连续性指标以及树状河网连通性指数等方法,深入探讨了闸坝对河网连通性的影响。结果表明,树状河网连通性指数能够较为全面地分析不同数量、可通过性及地理位置的闸坝对河网连通性的影响,可以广泛应用于流域规划过程中不同方案的比较,从而为水利工程设施的选址及设计提供参考。     

基于集对分析与可变模糊集的河流生态健康评价模型

在分析河流生态健康概念的基础上,综合考虑水量、水质、生物状况、水体连通性以及防洪标准等因素,构建了河流生态健康评价指标体系和评价等级标准,建立起基于集对分析与可变模糊集的河流生态健康评价新方法。利用该方法对北运河进行分析,结果表明,北运河生态处于亚健康状态,需要通过加大治污力度、合理开发利用水量等相关河流生态修复措施使其逐步恢复到健康状态。通过与其它常规方法的比较表明,本文模型评价结果合理,方法直观简便。     

洞庭湖区蓄洪垸内农田渠系连通性评价及优化

荆江-洞庭湖关系演进和人类活动干扰导致洞庭湖区蓄洪垸内水系萎缩,削弱了农田渠系的农业灌溉和行洪排涝能力。采用基于景观生态学理论的水系连通性评价指标,包括河网密度、水系环度、节点连接率和水系连通度,定量评价洞庭湖区20个蓄洪垸内水系连通性的现状。结果表明：该20个蓄洪垸的总体河网密度、节点连接率和水系连通度良好,而水系环度偏低。针对3类蓄洪垸,提出不同的水系连通优化策略,以钱粮湖垸、屈原垸和安澧垸为示范案例提出优化工程思路。这3个蓄洪垸优化后河网密度分别提高5.09%、7.32%和10.63%,水系环度分别提高0.66%、16.67%和4.55%,节点连接率分别提高0.25%、3.99%和2.16%,水系连通度分别提高0.19%、4.35%和2.08%。本研究可为平原湖区蓄洪垸开展农田渠系连通工程,提升农业灌溉和治涝行洪能力提供参考。     

秦淮河流域水系结构及连通度变化分析

为定量分析城镇化所导致的河网结构及水系连通变化,通过计算1990年、2000年、2010年和2015年4个时期秦淮河流域的河网密度、水面率、河网复杂度、河网稳定度、河网连通度、水文连通度,得出秦淮河流域水系结构演变过程及连通度变化规律,并运用统计学方法得到水系结构指标与水系连通度之间的联系。结果表明:近25年来,秦淮河流域河网密度、水面率均呈不断减小趋势,河道呈现主干化特征,流域河网整体规模呈萎缩趋势,水系连通变化与河网结构变化总体趋势一致,均呈降低趋势,且其变化与水面率、河网密度和河网复杂度具有显著相关性。