平原圩区水系结构与功能特征及其影响机制——以昆山南部为例

明晰平原河网水系结构和功能的影响机制对区域生态可持续发展具有重要意义。以昆山市南部防洪分区为例,选取水系指标分析圩区单元尺度下的水系网络结构与调蓄功能,并构建贝叶斯网络模型,综合考虑用地、自然、工程与政策管理等因子及其相互作用,定量探究水系结构与功能的影响机制。结果表明:(1)水系网络结构具有显著空间异质性,且水系调蓄功能与结构特征密切相关,较复杂的水系形态结构往往表现出较强的调蓄功能;(2)政策、工程、用地和自然条件等因子对水系调蓄功能的影响强度依次减弱;(3)识别水系功能优化目标下的关键变量与关键状态子集,可从社会⁃生态协同视角指导圩区单元的水系治理与优化。研究结果可为平原圩区水系网络健康与可持续发展提供理论参考和决策依据。

淮河流域皖西大别山区地形因子与水系结构关联性分析

为深入研究淮河流域皖西大别山区地形因子与水系结构的量化关系,基于ArcGIS对研究区地形因子及水系结构特征参数进行计算与提取,采用多元线性回归方法分析了地形因子与水系结构特征参数之间的关系,得到了针对细度比、河道维系常数、分形维数、平均长度比和流域圆度的5个定量预测模型,并利用全局空间自相关及空间冷热点分析对水系格局及地形特征的空间分布进行了研究。结果表明:研究区地形因子与水系结构特征参数在空间上普遍存在相关关系,相关系数r最高达0.84;5个定量预测模型显著性水平P值均小于0.05,方差膨胀因子均小于10,模型拟合优度较高;研究区水系结构特征参数和地形因子存在“北冷南热”和“北热南冷”的显著空间分异特征。

基于连通性指数(IC)的近30年鄱阳湖流域水系结构与水文连通演变评估

由于气候变化和人类活动等多重影响,流域河湖水系格局与连通程度发生了显著变化,进而引发洪涝灾害等一系列水资源问题。本文以鄱阳湖流域为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)提取1989—2020年5期水系数据,采用图论方法构建水系评价体系,定量分析该地区近30年来水系格局和结构连通性的时空演变特征,并结合该时期地形、土地利用和归一化植被指数(NDVI)等数据,利用连通性指数(index of connectivity,IC)评估功能连通性的动态变化,进而探讨水文连通与径流量和输沙量的联系。结果表明,近30年来鄱阳湖流域水系结构趋于复杂化,主要体现在流域北部。除干流外,其他等级河流的数量和长度均有所增加,其中Ⅲ级河流最为明显。河网密度、水面率、河网复杂度和发育系数均呈增加趋势,2000年后的变化率约为2000年前的两倍。水系连通环度、节点连接率和水系连通度总体增加,结构连通性呈好转趋势且变化幅度较小。功能连通分析表明,近30年来大部分流域IC减少,流域下游靠近主河道的平坦地区IC较高,上游远离河道的植被密集区域IC较低。此外,IC与年径流量和输沙量表现为显著的正相关性(相关系数分别为0.6和0.7)。总体而言,随着鄱阳湖流域水利工程建设的增加以及土地利用的变化,水系结构变化显著,结构连通性呈增长趋势,而表示径流泥沙的功能连通性在2000年后逐渐减小。本文基于流域结构和功能连通的视角,开展连通性评价指标的时空变化研究,可显著提升对新时期鄱阳湖流域水系连通演变及水土资源保护的理解与认识。

1960年以来6个时期长三角一体化示范区嘉善县姚庄镇水系结构与连通性变化分析

利用1960年、1970年、2000年、2016年、2018年、2020年6个时期嘉善县姚庄镇水系相关数据,建立姚庄镇水系结构与连通性评价指标体系,分析姚庄镇近60年来的水系结构与连通性变化过程.研究结果表明:1960—2020年,姚庄镇区域内水面率下降了30.77%,湖泊萎缩了近60%;1970年以前,农业生产活动导致湖荡萎缩,使姚庄镇水系结构与连通性呈下降趋势;1970—2000年,水系连通性受到农业生产活动和人为水利工程的影响,连通性总体呈增加状态;2020年之后,城市化进程中对部分河流清淤连通,河流连通性得到增强.

银川市城市形态变迁与水系结构关联性研究

银川市地处黄河上游,水资源是制约其发展的主要因素。为深入研究银川市城市形态变迁与境内水系结构关联性,本研究将1990—2020年银川市城市土地利用数据、城市建成区数据与银川市境内水系数据相结合,利用质心转移法、建成区等扇分析法及水系连通性评价指标体系,针对银川市城市形态与水系结构的关联性进行跨学科的统计分析与指标体系数据库建立。结果表明:银川市城市形态与其境内河流总长度、河网密度、支流发育系数具有一定程度的相关性,银川市城市发展建设依赖于城市水系结构的完善,水系连通性评价结合城市形态变化的研究能够为城市合理规划提供具体参考与着手方向,有利于提高水资源利用效率、平衡城市发展与资源制约,可为西北水资源短缺地区城市依赖水资源发展的现状提供参考与具体研究方向,最大程度利用有限资源,为城市发展建设提供便利。

感潮河网地区水系结构特征及城市化响应

根据20世纪80年代初以及90年代末上海水资源普查的数据,尝试以水利片作为河网地区流域水系结构的基本单元, 类似Strahler水系分级,采用上海水资源管理信息系统中的河道分级体系作为水系分级方案,探讨了感潮河网地区的水系结构特征及城市化响应。研究表明:(1) 非高度城市化地区河网水系总体上具有Horton表现,反映在非高度城市化地区不同水利片的河道数目及河道平均长度随河道级别呈几何级数变化,不同等级水系的发育具有自相似特征。(2) 城市化是改变感潮河网地区水系结构的重要因素,在高度城市化的城区水利片,不同等级河网水系发育的自相似性特征已受到破坏,其影响集中表现为对河网水系分枝比和水面率的削弱,即高度城市化地区河网水系结构趋于简单,非主干河道减少,河网水面率与城市化水平成反比,反映出城市化过程中未能充分与河网结构保护相协调。(3) 河网水系的结构与功能参数之间具有显著的相关水平,说明河网地区水系形态结构与功能密切相关。由于城市化进程表现为对水面率以及分枝比的削弱,指示水面率和分枝比等指标具有表征城市化对水系结构影响的意义,在河网水系保护和结构恢复过程中应高度重视水面率、分枝比以及河网结构自然度等指标。

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

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.

快速城市化地区水系结构变化特征--以深圳市为例

为了探讨城市化对水系结构的影响,应用深圳市1982、2002年的二期水系详查图,定量分析了水系长度、密度、分枝比、分枝能力和分维数等参数的变化特征。结果表明:快速城市化过程中,深圳市的河道总长度减少、密度减小,河道数目减少,特别是低级别的支流减少较多;河道的分枝比和分枝能力都有不同程度的弱化,单个水系片区和全市的河流分维数都下降,河流具有简单化的趋势,河流的多元化特征削弱;对于不同水系片区来说,其变化速度不同,表明城市化过程对水系结构的干扰存在空间差异性。建议强力推进河流的蓝线规划和滨水区的开发管理,将水网的保护和规划纳入到城市规划的管理范围;注重在开发利用中的保护,减少各类新建城市用地、农用地整理过程中对水系的破坏;加大水土保持力度,减少因水土流失导致河流淤塞;加强管理,严禁向河道中倾倒垃圾。

太湖水系结构特点及其功能的变化

太湖水系上游为树枝状排列的河流，下游为扇形排水系统，全区江河湖海相贯通，受海潮和江流的作用,下游水系多变，防洪抗灾能力脆弱．近年来，虽经治理，该水系仍出现了“中雨大灾”，水资源不足及水质污染突出等一系列功能性的变化．究其原因．主要是在自然及人为因素的影响下，出现了许多人和自然、现代和将来、经济和环境诸方面的新问题和新矛盾．有待进一步解决．

长江荆南三口水系调蓄能力演变及其与水系结构的关联性

基于1955年、1978年、1990年、2008年、2016年5个时期的河网单位面积槽蓄容量和单位面积可调蓄容量、河网槽蓄容量和可调蓄容量4个指标参数,对比分析了三口地区水系调蓄能力时空变化,运用相关分析法剖析了水系结构与调蓄能力的关系.结果表明:①河网槽蓄容量由1955年的9548.52万m3减至2016年的7049.01万m3,减少了26.17%;河网可调蓄容量由1955年的4696.39万m3逐渐减至2016年的2461.13万m3,共减少47.59%.②河网单位面积槽蓄容量和河网单位面积可调蓄容量具有明显的等级差异,单位面积可调蓄容量以低等级河流(1、2、3级)减少幅度最大,而4级和5级河流的调蓄能力各指标参数减少值相对较低.③在5个时期中各水系区河网槽蓄能力和可调蓄能力均呈不断下降的态势,其中以藕池河水系区衰退程度最大,河网单位面积槽蓄能力和单位面积可调蓄能力最弱的是虎渡河水系区.④水系调蓄能力与河网结构特征、河流水文连通、水系连通度、水系连通性均在0.01水平上,呈显著正相关.

水系结构的分形和分维——Horton水系定律的模型重建及其参数分析

基于标准分形水系等级序列的镜象对称性 ,重建水系构成定律 :从 Horton第一、第二定律出发 ,导出关于河流长度与位序关系的三参数 Zipf模型 ;从 Horton第二、第三定律出发 ,导出广义的 Hack定律 ;从 Horton第一、第三定律出发 ,导出关于河流长度—流域面积关系的异速生长方程。根据上述数学变换结果建立了水系分维方程式 ,澄清了不同空间、不同类别的各种维数之间的数理关系。

水利工程对长江荆南三口水系结构变化的影响

利用1954、1975、1990、2008和2016年5期长江荆南三口水系图进行解译,并运用灰色关联度模型定量评价区内外水利工程对水系结构变化的影响。结果表明:①近60多年来,荆南三口在水系结构一般特征上,河流数量由264条缩减为132条,河流长度由2183.6km缩短为1560.6km,河频率与水面率分别由0.084条/km2、17.45%减小为0.042条/km2、14.33%;在水系结构发育特征上,河网密度、面积长度比和河网发育系数由1954年的0.687km/km^2、3.96km/km^2、6.902,依次减小为2016年的0.475km/km^2、3.17km/km^2、4.165;从分形特征上看,三口水系4个河区的分维数都在1.5~2.0之间波动,但均呈下降趋势。这表明随着水利工程的不断建设,荆南三口水系自然发育过程受到严重干扰;②水系结构特征变化受水库总库容影响最大,内部水利工程次之,外部水利工程影响最小,各项指标的灰色关联度均大于0.5。其中,区外水利工程与河频率、水面率、河网密度、河网发育系数、分形维数的灰色关联度分别为0.5718、0.5922、0.5858、0.5771、0.6340;区内水利工程数量与各项指标的灰色关联度分别为0.6325、0.6527、0.6465、0.6306、0.6937;水库总库容与各项指标的灰色关联度依次为0.7070、0.7294、0.7226、0.7127和0.7284。③水利工程对水系结构的影响在不同时段呈现出不同的状态,在不同时期水利工程相继运行的叠加影响下,水系受到水利工程影响逐渐增大,水系结构逐步呈现简化趋势。

基于水系改进高分辨率DEM的流域水系结构特征分析

以重庆市万州区五桥河流域为例,在构建基于水系改进的高分辨率DEM的基础上,运用ARCGIS的水文分析模块(Arc Hydro Tools)进行流域边界的确定、河网的提取、子流域的剖分以及水系结构特征分析.研究结果表明:五桥河流域的各种水系结构参数的值均在一般水系的范围内,河网水系总体上Horton表现较为明显,河网水系在数量上的发育程度高于其长度上的发育,流域内不同区域河网水系的结构与功能密切相关.运用基于水系改进的高分辨率DEM和ARCGIS的水文分析模块(Arc Hydro Tools)提取的水系与实际水系特征完全吻合且连续完整,是一种进行流域水文分析的优良方法.

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。

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。

鲁南山丘区水系结构与新构造应力场

应用数学方法,揭示了鲁南山区水系结构特征及其与断裂构造的关系,并在此基础上讨论了区域新构造应力场.

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。

基于量变质变论的城市水系结构变异分析

为了识别水系结构在城市化影响下发生的变异,采用质量变异距方法分析了郑州市水系结构的变异程度,将受城市化影响最小的1985年的水系结构作为初始状态,验证了该方法的可行性与适用性。结果表明:郑州市水系结构从1985年到2005年、2010年和2013年均发生中度变异,介于井字型与川字型结构过渡区,且城市化依然影响水系结构向劣化发展(2005年的状态好于2010年、2013年的),变异程度为中度,呈现出主干化、顺直化变异,整体性割裂严重,连通性和完整性遭到破坏。

调整洞庭湖区水系结构 优化水资源配置

文章通过分析洞庭湖区目前河网水系水环境的自然特征,辨证论述了当前洞庭湖区水环境对该地区社会经济发展的制约关系,提出一个调整洞庭湖区河网水系结构的综合方案与相应的水利工程措施,认为通过合理调整洞庭湖区水系结构是优化湖区水资源配置、改善湖区人类生存发展环境、保护该地区特有的自然生态环境、促进社会经济可持续发展的有效途径之一。

水系结构遥感影像特征对自然灾害的指示意义研究——以陕西省为例

以ＭＳＳ影像、ＴＭ 影像和部分航片为基本信息源， 并结合一些相关资料， 以陕西省为例， 对水系结构进行分析研究， 据其影像特征， 将陕西省水系分为陕北型、秦岭型和关中型。并进一步探讨了水系结构的影像特征对自然灾害判读、解译的重要指示意义， 并且， 利用水系结构的遥感影像特征， 有助于找出自然灾害发生发展的规律， 采取合理治理措施， 以达到防灾减灾的目的。