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。     

南京主城区水系变迁研究

为南京市主城区水环境治理提供科学依据,在据史料记载与实地调查、测年成果等基础上,着重研究了南京市主城区水系的变迁和现在的水循环特征.3 000 a以来,南京市主城区由单一的秦淮河水系河口部位被改造为互相分割的7河4湖水系,导致水循环完全没有了自然河流水源的补给,仅有雨污水与生活污水补给,水又以蒸发消耗为主,从而导致水质越来越差,虽然常有清淤与截污等工程措施,但总难见长效.     

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。     

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。     

基于改进图论法的平原河网水系连通性评价

基于改进的图论法,概化河网水系为图模型,考虑水量对河网水系连通性的影响,以反映流域水量指标的连通因子为权值,构建水系连通度定量评价模型,应用MATLAB计算河网加权连通度,实现对河网水系连通性的定量评价。以秦淮河流域为例,构建HEC-HMS水文模型,模拟流域短期和长期洪水过程,分析不同规模洪水过程下流域河网水系的连通程度,基于连通度定量评价结果对连通性进行等级划分。结果表明洪量与连通度基本符合线性关系;短期洪水过程与长期洪水过程相比的连通等级较差;构建的评价模型具有良好的适用性和可靠性。     

基于图论与层次分析法耦合的荆江水系连通性评价

近年来长江荆江河段冲刷下切严重,导致荆江三口分流入洞庭湖的水量急剧减少,使得长江与洞庭湖的江湖关系发生了变化。为了分析荆江水系连通性变化过程,首先根据研究区域的水系结构形态建立河网图模型;然后将河道(湖库)连通性综合评价函数值作为河网图模型中连通通道边的权重,构建加权邻接矩阵和畅通度矩阵;最后利用Matlab等工具计算整个水系的连通度。研究结果表明,1955—2015年荆江水系连通性整体上有增加的趋势;荆江干流河道的连通性函数值在1972年前变化不大,1972年后呈增加的趋势;而三口通道和洞庭湖的连通性函数值在2003年前逐渐减小,2003年后呈增加趋势。另外,从河道冲刷、分流分沙、湖泊萎缩等角度分析了连通性变化的主要原因,并从加强水库群优化调度、开展河道整治、实施湖泊治理等角度给出了荆江水系连通性的治理建议。     

郑州市水系格局与连通性评价

以郑州市河网水系为例,研究对比了生态治理前、后的河网水系格局与连通性。采用基于图论的连通性评价法,将郑州市河网水系概化为图模型,对生态规划前后的水系连通性进行评价,并计算了边连通度;同时选取了部分数量特征和结构特征指标进行水系格局评价。通过对比得出结论:生态治理后郑州市河网水系的连通性和连通度都有了很大提高,水系格局的指标也有大幅度增长,河网由不连通变连通,河网稳定性增强。     

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。     

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。     

基于改进图论与水文模拟方法的河网水系连通性评价模型

为弥补图论法无法考虑水量动态传输能力的缺陷,在运用图论连通度理论评价河网水系连通状况的基础上,通过建立HEC_HMS水文模型模拟河道流量,构造表征河网水量交换能力的连通因子,构建了基于改进图论与水文模拟方法的河网水系连通性评价模型。秦淮河流域河网水系连通状况实例评价结果表明,秦淮河流域水系连通度由2000年的0.0044下降至2010年的0. 0029,且2010年水系连通度水平不高,符合实际情况,模型评价结果合理可靠。     

太湖流域平原河网区水系连通性评价

河湖水系连通是流域及区域防洪、供水和水生态安全的重要基础。现有的基于水流阻力与图论的水系连通性评价方法并不适用于连通性受闸门工程调度影响较大的平原河网区,为此提出了改进的水系连通性评价方法,不仅考虑河网中不同类型河道的实际输水能力,还考虑了闸门启闭的开启度。以太湖流域平原河网区为例,运用太湖流域水量水质模型中的概化河网绘制河网图,结合模型计算出各河道水位及闸门开启度,构建出加权邻边矩阵,并利用MATLAB编程算出每个节点连通性,进行了平原河网区典型年时河网水系连通性评价。总体评价结论为太湖流域平原区总体水系连通性较高,但各水利分区的连通性有一定差异,其中阳澄淀泖区和太湖区水系连通性较高。评价结论符合太湖流域平原河网区的实际情况,和前期研究方法的结论基本一致。该方法实现了受闸门调度影响较大河网水系的连通性定量化评价,可用于河网水系连通性变化评估、改善水系连通工程设计等领域。     

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。     

平原地区城市河网水环境改善的补水调度策略研究——以天津市中心城区河网为例

针对平原地区城市河网中存在的补水效果差、水质不达标等水环境问题,采取问题解析-方法优化的思路开展河网水环境改善的补水调度策略研究,提出了融合现状模拟和成因分析、补水调度策略验证、补水调度实施方案的研究思路。以天津市中心城区环城河网进行实例应用,基于现状问题解析揭示了河网水质不达标原因,按照保持现有工程措施及增设工程措施的顺序提出了适用的推荐补水调度策略,并基于推荐补水调度策略提出了年度整体实施方案及实际实施方案,其中年度整体实施方案对应的年度补水调度总需水量为3.19亿m3。研究表明本文提出的补水调度策略研究方法可利用有限的补水资源有效地改善水环境,可在其他平原地区城市河网中进行推广。     

城市水系统关联模型研究

为了理清城市水系统中多因素间的复杂关系,对系统解决城市水问题提供帮助,基于水系统理论与城市水系统模拟相关研究,提出了城市水系统中水-经济社会-生态环境各因素之间相互作用和反馈的关联模型理论框架,建立了城市水系统演变过程中由针对经济发展的正反馈回路和针对可持续性的负反馈回路共同控制的新模式,构建了模拟城市水-经济社会-生态环境内在联系的城市水系统关联模型。以武汉市为例,应用建立的城市水系统关联模型,采用2001—2017年的历史统计数据,建立了武汉市城市水-经济社会-生态环境各要素之间互馈作用的模拟模型,预测了武汉市的城市发展轨迹,并与武汉市2030年的远期规划进行比较,验证了模型的有效性,表明城市水系统模型能够揭示城市水-经济社会-生态环境多要素的耦合驱动机制,体现了节水技术与绿色发展相关政策两大因子导向下的生态环境、经济社会协同发展的良好预期。     

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。     

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。     

城市雨洪利用的设计降雨分析方法探讨

针对城区降雨径流和雨洪利用工程建设特点,提出了雨洪利用工程规划设计应采用的降雨分析方法.包括:降雨资料选择与统计分析方法,降雨时空分布和时程分配以及设计降雨过程等内容,可供城市雨洪利用工程和市政排水工程规划设计时参考.     

淮河流域水系盒维数与连通度相关性研究

在自然演变和人工干预双重影响下,河湖水系的发育程度和连通效果在不断变化,进而影响到流域水资源的合理开发利用。本文以淮河流域作为研究对象,从数字高程模型中提取了全流域水系结构图,并根据其他资料对结果进行修正;基于当地人工水系建设背景,运用分形理论计算了全流域13个水资源三级分区有、无人工水系情况下的水系分形盒维数;基于河道闸坝工程建设背景,运用图论方法计算了全流域13个水资源分区有、无闸坝工程情况下的水系连通度;最后,采用统计学方法研究了淮河水系盒维数指标与水系连通度指标之间的联系。结果显示,剔除人工水系后的各分区水系盒维数有不同程度的下降,且下降程度与区域水系个数、面积一定程度上成正比例关系;考虑有无人工水系、闸坝工程影响的各分区水系连通度,有的增大,有的减小;水系盒维数与连通度间大体上呈现正相关的趋势关系。研究成果可为有关部门开展淮河流域水系建设工作提供理论支撑,为摸清自然规律和人类活动对水系形态结构、发育情况和连通性的影响提供技术支持。     

城市水系建设的环境重塑

为适应城市发展对水系的多功能需求,特别是对生态环境功能的需求,我国城市水系治理已开始从单纯的河道治理到水环境综合治理的转变。实现这种转变,需要相应的理论支撑,也需要在实践上进行积极的探索。本文从概念上阐述了广义水环境的内涵,分析了城市水系流动缓慢、水体交换性能差、水体自净能力弱等特点。结合我国城市化进程的主要水环境问题,指出在水系建设中重视水环境在生态、景观、文化等方面的作用对支撑城市发展的意义,并讨论了在水系建设重塑环境功能时应考虑的自然性、多样性、连续性和系统性原则。