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。

基于水流阻力与图论的河网连通性评价

河网连通是区域防洪、供水和生态安全的重要基础。基于图论将河网概化为图模型,考虑不同类型河道输水能力差异,以河道水流阻力倒数表征水流通畅度,并以河道水流通畅度为权值,借助ArcGIS平台建立河网图模型加权邻接矩阵,再利用MATLAB工具进行顶点水流通畅度计算和河网连通度分析,从而实现对河网连通性的定量化分析。以太湖流域嘉兴平原河网为例,进行河道疏浚前后的河网连通程度定量评价,结果表明河道疏浚后河网连通度明显增加。

基于加权边连通度和复杂网络方法的多闸坝平原河网连通性分析

河网连通性是满足区域水资源配置、蓄水与防洪减灾、生态保护修复与景观提升需求的重要条件。为了研究多闸坝平原-廊坊市河网水系连通状况,优化廊坊市河网水系连通布局。基于图论理论,考虑河道社会属性和水利工程对河网连通度的影响,以河道分级、分类、河道上闸坝的过流能力和河段长度为边的权值,建立河网的加权邻接矩阵,应用复杂网络分析方法,得到节点和河渠在河网中重要性,计算河网的连通度。本文以廊坊市北部为研究区域,通过对廊坊市北部河网水系连通度计算,结果显示:(1)廊坊市北部最为重要的节点分别为吴村闸枢纽、白庙橡胶坝,节点重要度为5.53、4.75,重要性最大主要河道为潮白河,最大的人工沟渠为群英总干渠,河渠的重要度分别为22.98、6.56;(2)廊坊市现状河网连通度0.113 6,通过对连通布局方案连通度的定量评价结果进行优选,方案四到方案十一的连通度在[0.085 3,0.126 4],其中方案十为最优,河网连通度为0.126 4。研究成果可为北部连通布局提供依据,同时也为整个廊坊市的总体布局提供技术支撑。

基于空间自回归模型的景观格局变化对河网水系连通性影响分析

针对快速城市化导致的河网水系连通性削弱问题,以上海市原浦东新区为例,利用ArcGIS网格化技术,分析了1989年、2010年土地利用和河网水系连通性的时空变化特征,并利用空间自回归模型分析影响连通性的城市景观格局指标.结果表明:1浦东新区土地利用总体表现为农业用地和水域向建设用地转变,河网水系连通性表征指标连接率β和实际结合度γ的平均值分别由1989年的0.80和0.30降低为2010年的0.72和0.25,东南部与西部地区存在空间差异;2空间自回归模型拟合结果表明公共建筑用地斑块数(NP)与水域平均斑块面积(AREA_MN)是影响河网水系连通性变化的主要因素,道路交通用地平均斑块面积(AREA_MN)、工业用地最大斑块指数(LPI),以及城市工业用地、居住用地和水域的散布与并列指数(IJI)对连通性变化也有一定影响.

闸坝对北运河流域河流栖息地连通性的影响

河流栖息地连通性对于河流水生态系统质量与稳定性至关重要,是河流生态复苏与健康保障的关键,如何量化坝址对于河流栖息地连通性的影响对于水生态保护与修复具有重要意义。研究选取北方典型多闸坝河流北运河为研究对象,利用树状河网连通性指数(Dendritic Connectivity Index,DCI)进行流域河网内闸坝对于河流栖息地连通性影响的定量分析,经1980年、2000年、2020年3个不同时期的流域闸坝空间数量、闸坝切割河段长度及总河长及DCI值关系分析表明:3个不同时期流域闸坝数量分别为11、20、23个,DCI值分别为51.6、28.7、26.5,从1980-2020年的40 a间,闸坝数量增加了109.1%,而DCI降低了48.6%,反映出河流栖息地连通性状况在变差。研究还表明不同空间位置的闸坝对河流栖息地连通性的影响特征存在差异,表现为位于干流的闸坝比支流的更影响河流栖息地连通性,模拟计算显示北运河干流闸坝影响河流栖息地连通性的平均程度是支流的10倍左右。流域鱼类种类和数量调查也表明北运河内的闸坝数量的增加对河流栖息地连通性产生较为明显不利影响。通过提高闸坝DCI值实现流域河流栖息地连通性保障的分析,对于多闸坝河流生态复苏及保护修复具有一定指导意义。

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。