近61年来长江荆南三口水系结构演变特征及其驱动因素分析

为了研究长江荆南三口水系结构演变状况,利用其1955、1978、1990、2008、2016年5期地形图水系数据,从数量、结构和复杂性特征方面定量分析河网密度、水面率、河网复杂度、支流发育系数和分维数这5个指标的变化特征,并探讨其变化的驱动因素。结果表明:数量特征上:荆南三口的河流数量、河流长度、河网密度和水面率都在减少,特别是低级别支流数量减少较多,河网密度、水面率减少最明显的是华容河,河网密度减少了0.25km/km2,水面率减少了4.21%;结构特征上:支流发育系数下降明显,衰减最为突出的是松滋河,该水系片区支流发育系数K值衰减达56.14%;河网复杂度也呈下降趋势,松滋河减少最多,该水系片区河网复杂度CR值衰减达54.41%,由44.98下降到了20.64;说明该地区的河网发育正趋向于主干化和单一化;复杂特征上:水系分维呈下降趋势,华容河减小幅度较大,由1.646减少到1.421,水系复杂度出现简化趋势;水系工程的建设引起的河道水沙时空输移过程及输送量改变,是水系变化的主要驱动机制。     

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。     

上海市河网水系演变特征及对城市化过程的响应

为了探讨城市化进程对上海市浦东新区河网水系的影响,从河网水系结构和功能特性出发,选取河流水面面积、数量、连通性等指标,分析了河网水系演变特征及其对城市化过程的响应规律。研究结果表明:受快速城市化过程影响,2000~2010年浦东新区的河网水系发生了较大的变化,河流长度和面积均明显下降、斑块数明显增加;从各指标的变化趋势来看,2000年河网水系连通性、面积、破碎度等指标最好;2010年仅水质指标表现为最好,其他指标均表现为最差。研究成果为该区域的水系保护与修复提供了依据。     

江苏里下河平原城镇化背景下河网水系变化特征分析

城镇化等人类活动影响下众多河流水系的破坏,使得江苏里下河平原水安全及生态环境压力加大。基于遥感和地理信息技术方法,以盐城市区为例,开展近30年来水系结构时空变化及城镇化影响研究,结果表明:(1)区域下垫面变化以城镇面积的增加,水田和水体的减少为主要特征,城镇化率由1980年的3.4%增长到2014年的20.8%,2000年后城镇扩张明显加快,呈现从中心老城区以空间蔓延形态向东和向南的趋势;(2)水系变化以低等级水系数量特征减少为主要趋势,其中河网密度和水面率的变化强度和空间差异性最为显著;水系减少使得河网复杂性和区域调蓄能力有所降低,但河网结构整体上仍呈现自然顺直型网状特征。(3)2000年以后城镇面积扩张取代农业活动和水利工程等因素成为水系变化的主要驱动因子,水系变化强度的空间差异增强,城镇化率低于30%的区域,水系变化程度与城镇化线性关系显著;水系特征指标中河网密度、水面率和盒维数对表征该区域的水系数量和结构特征变化具有较好的指示意义,可作为评价水系变化的主要因子。相关研究成果可丰富平原区水系变化案例研究,同时可为该区域未来城镇发展下的水系功能规划及保护提供依据。     

雄安新区城市水系结构规划分析

合理的水系结构是维持城市健康绿色发展的重要基础条件之一。雄安新区起步区内没有天然水系,当前迫切需要规划科学合理的城市水系。选取河道宽度、河段长度、河网密度、水面率、河网发育系数等水系结构重要指标,在现有典型城区城市水系相似性分析的基础上,确定起步区城市水系平面结构,然后利用SWMM模型对水系垂向结构和防洪安全进行检验,对规划水系进行溢流风险识别,设置水系调蓄空间。结果表明：(1)城市三级河流的分布受研究区降雨的影响较大,降雨量越大,所需三级河流的密度就越高,起步区的三级河流水系密度取值0.5,主要分布在起步区北部;起步区南部是溢流高风险区,地势低洼,设置调蓄湖泊。(2)起步区规划水系的结构稳定性较高,二、三级河流的河网发育系数分别为1.030和0.872,数值均趋近于1,避免河网主干化;一、二级河流断面为复式断面,上部为梯形浅滩,下部为矩形深槽,三级河流选为矩形断面,不设浅滩。(3)起步区水系的水面积率为7.28%,与区域和城市定位要求相一致。研究结果可为雄安新区构建健康安全的城市水系提供科学参考。     

基于DEM的数字河网生成方法的探讨

 流域地形是决定河网水系的一个关键性因素,是数字流域和分布式水文模型研究的主要内容。总结了根据流域的数字高程模型（DEM）自动提取河网水系的集水面积方法。首先计算出流域上各点（或栅格）的集水面积;然后通过分析临界支撑面积（CSA）的取值对所提取的数字水系总长度以及平均坡降的影响,确定反映该流域河流地貌发育的临界支撑面积。并选择一个面积为265 km2的流域进行了河网水系提取的实例分析, 所得结果和实际情况比较符合。该方法自动化程度高,在分析流域的河网水系结构特征时具有一定的应用价值。     

现代水网建设的区域生态效应可变模糊评价

现代水网建设旨在解决区域水资源短缺、地下水超采以及生态恶化等问题,为了评估现代水网建设的生态功能,对现代水网建设产生的生态效应进行评价。以青州市为研究区域,以2013年为基准年,2020年和2025年为规划年,在50%、75%和95%保证率下,通过青州市现代水网进行水资源优化配置和调度,根据配置和调度结果,选取5个生态效应评价指标,构建生态效应评价指标体系,采用可变模糊评价法,对青州市现代水网建设产生的生态效应进行评价。结果表明,青州市现代水网建设后,生态状况等级比建设前提升了1~3级,生态环境明显改善。因此,区域现代水网建设和生态调度对生态环境改善有重要作用。     

梁子湖流域水域景观格局演变及驱动因子分析

为探究自然因素和人类活动对水域景观格局演变产生的影响，以水域空间演变为主线，通过空间计算、景观 指数分析和统计分析等，对梁子湖流域 2000—2020 年水域转移状况、空间自相关特征、景观格局变化以及驱动 因子进行研究。结果表明：2000—2020 年梁子湖流域水域面积减少约 21%，减少面积中约 95% 转为耕地，建筑用 地面积增长超 4 倍，约 90% 来自耕地的转入；近 10 年水域空间聚集面积减少约 23%，水域分布关联性正在减弱； 水域景观特征在流域上下游差异显著，上游水域面积和形状基本稳定，聚集性和连通性均优于下游，下游水域面 积萎缩近一半，阻隔作用明显，岸线趋于规整；降水、气温、GDP、人口以及耕地和建筑用地面积比例解释了水域 景观变化的 54.7%，城镇化进程和农业生产活动是主要影响因子，其中人口增长和耕地开发对水域面积萎缩贡献 更大，GDP 增长和城镇化进程对水域边界复杂度和连通性的影响更明显。研究结果可为梁子湖流域水域景观保 护修复提供参考。     

基于GLDAS-NOAH的长江流域蓝绿水资源时空变化特征

基于GLDAS-Noah水文模型,模拟长江流域蓝绿水资源量,并揭示其时空变化特征。结果表明:2000—2019年长江流域多年平均蓝水资源和绿水资源分别为420.24 mm和686.95 mm,绿水资源约是蓝水资源的1.62倍。近20 a来长江流域蓝水资源、绿水资源和绿水系数呈不显著增加趋势,2000—2019年蓝水资源与绿水资源变化速率分别为3.26 mm/a 和2.27 mm/a。从年内分配上看,蓝绿水资源在7—8月份较多,占全年的29%~32%;在1 —2月份较少,占全年的5%~6%。从空间分布来看,蓝水资源呈现东南高西北低的分布格局,绿水资源呈现东高西低的分布格局,而绿水系数呈现西北高东南低的分布格局。科学全面评价蓝绿水资源可以为优化水资源利用模式、提高水资源利用效率提供科学依据。     

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。     

考虑水力连通性的水系连通评价指标体系构建与应用EI北大核心CSCD

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、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。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。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。     

基于DEM与河网密度的水系提取与应用——以澜湄流域为例

以澜沧江-湄公河流域为研究对象,提出一种基于90 m分辨率的数字高程模型(DEM)和河网密度法的水系提取方法。基于ArcGIS中水文分析模块和缓冲区工具,引入数字化河网作为水系提取的影响条件,以实际水系修正主要河道的高程值;再采用河网密度法确定最佳集水面积阈值,并依据流域自然分水岭、流域控制面积以及干流主要水文控制站要素划分子流域;结合中央气象台精细化智能网格降水产品,分析不同子流域尺度对强降雨反映效应。结果表明,澜湄流域最佳集水面积阈值为129.1 km²,数字水系河流相对误差为7.5%,河网套合差为2.5%;精度检验吻合程度较高,提取水系与实际水系较为一致。     

北三河流域洪水资源量的演变特性及驱动因素评估

初步提出了洪水资源和洪水资源量的定义,利用Mann-Kendall、Spearman两种非参数统计方法和Morlet连续小波分析揭示了海河水系北三河流域洪水资源量的演变特征.根据分阶段降水量～洪水资源量关系,评估了降水和其它驱动因素对该流域洪水资源量变化的影响程度.研究结果表明,1956～2000年间,北三河流域洪水资源量具有显著的衰减趋势,呈现出以17年、9年和4年为准周期的多时间尺度丰枯振荡,1979年是45年来洪水资源量丰枯变异最显著的转折点.降水变化对北三河流域洪水资源量变化起主导作用.对于全流域,1959～1979年和1980～2000年两阶段相比,降水和非降水因素对洪水资源量减少的相对影响程度分别为70.5%和29.5%,对于山区分别为75.5%和24.5%,在平原区,非降水因素对洪水资源量变化的影响甚小.     

不透水面扩张对郑州主城区降水特征的影响

为探究下垫面变化对高密度城市地区降水的影响,基于遥感技术反演郑州主城区1990—2019年的不透水面分布信息,并分析了其扩张特征;采用回归模型探讨不透水面比例与降水特征变化的相关性,识别了显著影响主城区降水的不透水面比例阈值,并采用城郊对比法多角度揭示了不透水面扩张对主城区降水的影响程度。结果表明：郑州主城区不透水面扩张趋势显著,扩张形态呈单一核心的“摊大饼”式扩张;不透水面比例与城郊降水强度比呈二次多项式函数关系,对主城区降水产生显著影响的阈值是30%;不透水面扩张导致主城区雨岛效应显著,增雨系数最高达1.39,主城区暴雨发生概率高于郊区53%,降水集中期晚于郊区约8 d,对主城区主汛期降水量变化的贡献率达44.39%;不透水面因具有高蓄热、低渗透的固有特征,对地表热力、动力条件具有显著影响,已成为城市化影响降水的主要影响因素之一。     

河网城市不透水面的河流水质响应阈值与尺度效应研究

河网城市持续扩展的不透水面显著影响区域环境水文过程，探讨不透水面的水环境响应对于区域土地利用调控和河流管理具有重要意义。以上海地区为例构建河网城市的研究方案，以水环境断面缓冲区为多尺度水文单元，对区域水环境质量与总不透水面(TIA)之间的响应关系进行研究。结果表明：区域总不透水面比例与主要水质指标之间呈现出非线性相关关系，存在阈值效应（TIA=60%）。当TIA<60%，水环境质量与TIA未有明显关联关系；当TIA>60%，水环境质量随TIA增加呈显著指数上升趋势；区域总不透水面比例与DO之间表现为简单的线性响应关系，随TIA增加而单调递减；TIA与区域水环境质量间阈值效应没有呈现明显的尺度效应，从河岸带尺度到最大缓冲区尺度内，不同汇水单元尺度下的阈值效应十分接近。     

基于景观格局的承德市武烈河流域生态安全分析

人类的经济开发活动主要是在景观层次上进行,景观也是区域生态环境管理的基础单元之一,采用景观方法研究生态安全,可揭示不同景观类型间的迁移转化特征并进一步识别区域生态环境的变化趋势及其内在因素,对区域生态建设和资源开发具有指导意义。基于GIS技术支持以1980年和2000年遥感影像为基本信息源,在承德市武烈河流域景观格局分析的基础上,采用破碎度、分离度、优势度等景观格局指数和景观类型脆弱度为评价指标研究流域景观生态安全。与1980年相比,2000年武烈河流域景观的破碎化程度加剧,景观优势度下降,多样性和斑块分维数增大。1980年-2000年研究区除了耕地以外,其他景观类型的干扰程度均有所增加。总体来说,20年来研究区整体景观生态安全度呈现上升趋势。     

淮河流域植被变化及影响因素分析

植被在区域气候调节和水文循环中起着重要作用。论文基于归一化植被指数（NDVI）数据、美国军事气象卫星DMSP灯光数据和气象数据，采用相关分析方法和趋势变化分析方法，分析了2000-2013年间淮河流域植被NDVI的时空变化特征，探讨了气候变化和人类活动对植被变化的影响。结果表明：(1) 2000-2013年淮河流域年均NDVI值在0.37-0.47之间，整个研究期内，流域平均年NDVI以0.57%/a(P<0.05)速率增加；(2) 2000-2013年间，淮河流域年降水量和年均气温在空间分布上均呈由南向北递减的特征，年际变化较大，淮河流域城市化程度逐年增加，流域内城市化发展进程与NDVI值年变化呈显著正相关关系；(3) 2000-2013年间，城市化进程对植被NDVI的影响要高于自然环境中温度和降水变化的影响，城市化进程是影响淮河流域植被生长状况的主导因子。     

基于土地利用/覆盖预测模型的昆仑山冰湖分布预测

开展冰湖时空分布预测研究，对预防冰湖溃决引发的灾害具有重要意义。基于GEE监督分类结果分析了2000～2020年昆仑山冰湖时空变化特征，探究了多准则CA-Markov、FLUS(Future Land Use Simulation)、PLUS(Patch-generating Land Use Simulation Model)3种土地利用/覆盖预测模型在冰湖预测中的适用性，得出最适宜昆仑山冰湖预测的模型，并基于此预测研究区未来冰湖变化趋势。结果表明：(1) 2020年，昆仑山地区冰湖数量及面积较2000年分别增长了39.25%和81.35%,冰湖空间分布呈现西多东少的特点。(2) 3种预测模型中，多准则CA-Markov模型在精度评价中表现最优，Kappa系数为0.86。(3)预测2025年冰湖面积及数量与2020年相比分别增加约6.54%、9.73%,2030年与2020年相比分别增加约14.59%、16.55%,未来昆仑山冰湖整体呈增长趋势，且东西部冰湖扩张差异将逐渐减小。     

基于数字图像处理的平原城镇河网分形特征研究

城镇河网分形特征反映了城镇水系分布密集度、城镇河网水面率与水系连通程度,对预测城镇水文趋势、旱涝抵御能力、水系及地貌演变等具有指导意义。本文以苏州吴江桃源镇河网为研究对象,基于数字图像处理技术,采用盒计数法和Sandbox法对桃源镇河网的分形特征进行定量分析。结果表明:盒计数法和Sandbox法均较好地揭示了该地区河网分形特性,分维值分别为1.4085和1.7442。盒计数法12个标度下的栅格边长和非空盒数关系曲线呈外凸状,揭示了该地区分形规律随标度减小而减弱的特征;以5个随机点和形心为控制点,采用Sandbox法对河网骨架分形进行计算,揭示了不同点控制区域分形维数的差异性。Sandbox法分维较盒计数法精确,原因为盒计数法受到最小标度、分形体不规则性和边界效应的影响,因此可采用盒计数法的定性判别与Sandbox法的定量计算对城镇河网分维综合评价。桃源镇河网分形特征说明了该区域地貌平缓且土地被河网分割严重,其河网分维受制于河道离散、土地破碎与城镇化发展的矛盾。     

城市水系结构形态演变特征分析——以哈尔滨主城区为例

为研究哈尔滨主城区河网水系结构复杂性和水系连通性变化特征,本文根据哈尔滨主城区2006年和2015年的数据资料,从时间尺度和空间尺度采用Horton定律计算研究区域内10条沟、渠的水系结构参数。结果表明,从时间尺度分析,10年来,哈尔滨主城区河网水系结构复杂性降低,其中水系结构指标中的河网密度和水面率分别减少19.34%和39.31%;从空间尺度分析,间接与松花江相连的沟、渠和直接与其相连的沟、渠的结构复杂性相比,变化更为显著。采用水系连通性指标分别从时间和空间尺度对哈尔滨主城区水系连通性进行研究,经分析得出,2015年哈尔滨主城区水系连通性与2006年相比,结点数和河链数分别减少14.3%和18.9%;而空间尺度上,直接与松花江相连的沟、渠的结点数和河链数均大于间接与其相连的沟、渠。上述研究结果对今后哈尔滨主城区的规划设计具有一定的参考价值。