平原河网地区河流结构特征及其对调蓄能力的影响

平原河网地区是河流高度发育并受到城市化深刻影响的区域。本文以上海为例,基于上海及周边城市普遍采用的河流分类和水利片管理系统,分析不同城市化水平地区河流结构的共同特征及其差异性,探讨河流结构对河网调蓄能力的可能影响,提出估算河网调蓄能力的方法。研究表明,平原河网地区河流结构指标反映了该地区河流数量、长度以及低等级河流高度发育的自然地理特征,城市化在达到一定程度后即会干扰河流结构的自身发育规律,并表现为河流发育能力的下降;河流结构在城市化影响下表现出由复杂到简单、由多元到单一的变化趋势;河网调蓄能力受低等级河流数量及结构的影响更大,并随着城市化水平的提高而下降;就整体而言,城市化对河网调蓄能力的影响大于对河流结构的影响;以水面数量和河流结构两项指标作为参数能够更准确地估算河网调蓄能力。     

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。     

太湖平原区河网结构变化对调蓄能力的影响

城镇化快速发展导致河网水系萎缩,连通性受阻,河网调蓄能力降低,加大了区域洪灾风险和洪涝损失.基于1960s,1980s,2010s的1:5万地形图水系及三个控制站的水位数据,选取河网密度(R_d),水面率(W_P),盒维数(D),水位Hurst指数(H),分析了近50年来太湖流域武澄锡虞地区的水系演变与河网调蓄能力变化;并借助代表性单元流域概念,以水位Hurst指数来表征河网调蓄能力,从河网调蓄的物理机理出发,探讨了河网调蓄与河网结构参数的关系.结果表明:① 受快速城镇化影响,1960s-2010s武澄锡虞地区河网密度,水面率及盒维数分别下降了18.87%,24.59%,7.60%,且1980s至2010s各水系指标的衰减率均高于1960s-1980s;② 1960-2010年,研究区年均及汛期的水位Hurst指数呈下降趋势,其所反映的河网调蓄能力与该地区河网水系各指标变化同步,这表明城镇化引起的河流水系衰减导致河网调蓄能力发生明显下降,非汛期水位Hurst指数先增加后降低,表现出一定的不确定性;③ 基于REW概念与水位Hurst指数值,初步构建了河网结构参数与调蓄能力的关系式,并对关系式进行了验证,基本可行,可在一定程度上揭示城镇化下水系变化对河网调蓄能力的影响,从而为评价平原水网区河网调蓄能力提供了一种相对简便的方法.     

近30 年来深圳河网变化及其生态效应分析

在地形图、河道普查数据、遥感影像等多源数据支持下, 分析了深圳近30 年河网的时空变化规律及其与城市化水平的关系, 在此基础上通过分析植被盖度、生产有机物质的价值、生态系统服务价值、生态资产等指标的变化规律探讨了深圳观澜河流域河网变化的生态效应。 结果表明: (1) 近30 年深圳市河网结构趋于简单化、主干化, 河流支流发展受到较大限制; 河网总长度减少355.4 km, 总条数减少378 条, 河网密度从0.84 km/km² 降低到0.65 km/km²; 以区/ 街道办驻地为圆心, 半径为1-2 km 的圆环区成为河网萎缩、河网消失的主要 区域; 依据流域城市化水平和河流主干是否直接入海等2 个指标可将深圳市9 大流域/ 水系 分为4 种不同的河网变化类型; (2) 当城市化水平低于30%时, 城镇用地扩展与河网萎缩, 尤其是河网支流的萎缩存在显著相关; 当城市化水平大于30%时, 城镇用地扩展对河网的影响较小; (3) 2000-2005 年观澜河流域生态系统功能显著降低, 以生产有机物质价值降低幅度最 大(41%), 植被盖度次之(24%), 单位面积生态资产从2.79 元/m² 降低到2.34 元/m², 总生态 资产减少3136 万元; (4) 河网变化和城市化成为影响生态系统功能的主要因素, 其中河网变化因素和城市化因素对植被盖度降低的贡献率分别为23.1%和35.8%, 对生产有机物质价值减少的贡献率分别为25.1%和32.7%, 对生态系统服务价值减少的贡献率分别为7.7%和 56.2%, 对生态资产减少的贡献率分别为10.6%和52.2%。     

基于多指标综合的巢湖环湖区水系连通性评价

平原河网区河流水系密布,其水系连通性影响着流域河湖的蓄泄洪能力、水环境健康和水文过程。已有研究多基于水流阻力与图论、水文过程或基于水系格局的某些指标进行水系连通性评价,该文修正了基于水流阻力与图论的水系连通性计算方法,改进了基于水文过程的水文连通性计算公式,概括了表征河网连通程度的主要指标,得到水系格局连接度,在此基础上综合各指标构建指标体系,评价了巢湖环湖区5地区的水系连通性。结果表明,巢湖环湖区5地区中,肥西县的水系连通性最高,合肥市次之,肥东县最低。修正后的水系连通度能够更好地考虑到水流内部运输能力对水系连通性的影响,水文连通度反映了平原河网区水位对产流过程的影响,水系格局连接度则定量分析了河网的空间格局和地理连接,基于综合指标进行的水系连通性评价反映了巢湖环湖区5地区河网的实际状况,研究结果可以为平原河网区水系连通性研究提供参考。     

城市河流形态及稳定性演变研究进展

人为干扰导致的城市河流退化在地理科学和水文学领域引发了广泛关注, 针对城市河流形态及演变过程的研究成为退化河流生态修复的一项重要内容, 然而, 目前国内相关基础理论的系统梳理相对缺乏。本文回顾了半个多世纪以来城市河流形态及稳定性演变的研究成果, 从研究内容和方法两方面对不同城市化阶段河流形态及稳定性变化的特征和原因进行总结, 同时评述了不同研究方法的特点与局限。本文认为, 城市化进程改变了河流自然演化过程, 破坏了河流原有形态及稳定性, 其中, 沉积和径流体系变化是其根本原因。为了更好地运用河流演变机理进行河流修复, 学者们发展了河流分类体系, 主要包括形态导向法、过程导向法和综合分类法, 重点从河流退化的地貌形态、沉积和径流变化过程、河流演变的时间周期等方面概述各分类体系的优缺点, 阐述具有预测功能的河流分类体系不断完善的过程。本文通过梳理城市河流演变的研究成果, 以期为中国城市河流修复与管理提供科学依据和现实借鉴。     

平原水网地区快速城市化对河流水系的影响

为了揭示平原水网地区快速城市化对河流水系的影响,基于1:50000地形图和30 m空间分辨率遥感影像数据,采用格网化河网密度、支流发育系数和分形维数等水系指标,分析了20世纪80年代至21世纪10年代苏州市河流水系的时空变化特征,探讨了土地城市化水平与河网密度变化之间的定量关系。结果表明：① 苏州市河流长度衰减了10.55%,其中干流长度增加了3.24%,一级支流与二级支流的长度分别减少了18.87%和11.76%;河网密度在空间上以减小为主,其中干流河网密度在空间上以增加为主,支流河网密度在空间上以减少为主。② 支流发育系数由3.36下降至2.78,水系结构趋于主干化;水系分形维数由1.70下降至1.63,水系形态趋于简单化。③ 土地城市化率高于40%时,河流水系衰减趋于明显,且土地城市化水平越高,河流减少的越多。为满足不同的经济社会发展需要,不同等级河流对土地城市化的响应不尽相同：为提高城市防洪排涝能力,一级河流总体上有所增加;土地城市化率小于40%时,部分二级河流被侵占以增加耕地面积,并新开挖了许多三级河流以提高农田排涝与灌溉能力;土地城市化率大于40%时,大量支流被填埋并转换为建设用地,而且等级越低的河流衰减的越严重。     

哈萨克斯坦水资源利用

哈萨克斯坦水资源总量丰富,但分布差异较大。在低地平原河网较密集,并从北向南逐步递减,东部山区降水丰富,河流分布也较多。常年大型河流多分布在边远地区,中部则多为季节性河流。在开发利用方面,该国引水量主要来自河流等地表水,农业用水占据了总用水量中的绝大部分,是影响全国用水变化的主要因素。由于水资源分布不均、气候变化和地表水过度开发、耕地面积增加、浪费等自然与人为因素,哈萨克斯坦存在着水资源供应相对紧张、局部水体面积缩小、污染状况严重以及与跨境水资源分配等亟待解决的问题。     

海河流域河流季节化对地下水及生态环境的影响

本文在分析海河流域河流季节化趋势的基础上 ,着重探讨河流断流给下游平原地区地下水及生态环境所带来的深刻影响。研究认为 :河流季节化与下游平原地区地下水之间存在着相互影响、互为因果的密切关系 ,河流季节化因地下水超采的日趋严重而愈演愈烈 ;反过来 ,愈演愈烈的河流季节化又极其深刻地影响着地下水的时空分布、补给条件及运动流场等方面 ,同时也给下游平原地区带来一系列的生态环境问题 ,如地下水降落漏斗、地面沉降、海咸水入侵、河流功能衰退、湿地生态退化和水质恶化等。     

海河流域河流季节化对[2]地下水及生态环境的影响

本文在分析海河流域河流季节化趋势的基础上,着重探讨河流断流给下游平原地区地下水及生态环境所带来的深刻影响.研究认为:河流季节化与下游平原地区地下水之间存在着相互影响、互为因果的密切关系,河流季节化因地下水超采的日趋严重而愈演愈烈;反过来,愈演愈烈的河流季节化又极其深刻地影响着地下水的时空分布、补给条件及运动流场等方面,同时也给下游平原地区带来一系列的生态环境问题,如地下水降落漏斗、地面沉降、海咸水入侵、河流功能衰退、湿地生态退化和水质恶化等.     

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。     

基于RS和GIS的城市化进程中河道时空演变分析——以深圳市布吉河为例

为研究城市化对城市河道的影响,论文选择处于粤港澳大湾区的典型高度城市化流域布吉河流域为研究区,基于1988—2015年10期Landsat系列遥感影像、2003—2017年9期Google Earth高分辨率遥感影像、2019年深圳市水系图以及1980年以来的河道整治相关文献,应用RS和GIS技术,构建城市河道演变特征参数,探讨了城市化进程中河道时空格局演变规律。结果表明：① 1988—2015年布吉河流域土地利用/覆被类型发生剧烈变化,流域城市化率由24.55%增至61.78%,城市化总体上表现出“先快后慢”“下游向上游”“河道两岸向周边”的时空发展特征。伴随着城市化的发展,布吉河整治经历了“整治前―防洪措施―防洪与生态措施―清淤措施”4个阶段。② 河道时空格局特征受城市化影响,人口和GDP的发展对河道时空格局的演变具有驱动作用。不同地点不同城市化进程对城市河道影响不同,城市化对布吉河干支流河道影响程度存在差异。③ 整体上,2003—2017年布吉河地表河道比例、地表河道弯曲系数、河面率分别减少了19.06%、9.63%、1.79%,各参数与城市化均呈负相关;河床硬化率增长了6.47%,与城市化呈正相关。该研究可为中国城市化地区河道保护及防洪减灾提供参考与理论支撑。     

基于HJ-1 CCD数据的九龙江口湿地资源监测

以福建九龙江口地区为研究区域,利用2008年和2012年的国产环境一号(HJ-1)CCD数据,综合利用监督分类、非监督分类和知识规则相结合的方法对湿地进行分类和专题提取。结果表明:与2008年相比,2012年九龙江口湿地总面积有所减少。天然湿地中河流的面积减少,主要转为滩涂、红树林和其他。养殖场的面积增加最多,主要由农田、河流和其他转化而来;而农田的面积减少最多,主要转为养殖场、林地和其他。快速城市化对九龙江口的湿地影响很大。     

Order classification of river watershed divides based on processing digital elevation models

The principles and the algorithm of order classification of river watershed divides are outlined. It is shown that a formal application of any available order classification procedures for river watershed divides is not theoretically grounded as well as being impractical, because the physical mechanisms for formation of watershed divide network are different from those operating in the river network. We have formulated the basic principle of determining the watershed divides order on the basis of a serial sequence of sections constituting the travel path of an arbitrary water drop from the watershed divide to the outlet section of the basin. It is suggested that the order N should be assigned to the section of the watershed divide belonging to the full divide line of the N-order basin only if the travel path from it to the N-order stream is “full” in the topological sense, i.e. includes sections of all orders, from 1 to N. Also, we present a variant of determining the order on the basis of so-called higher-order triplets, incomplete sequences of sections of three neighboring orders along the travel path, with the higher of them determining the watershed divide order. The use of triplets is a subjective procedure of generalization that eliminates the influence of recent random erosional incisions on the forms of stable high-order watersheds. We outline the variants of the technique for identifying the network of watershed divides and calculating their orders, based on processing the digital elevation models (DEM) through the use of standard GIS ArcMap tools. Results are obtained in the form of a correlated classification of river and watershed networks which are rationally interpreted and hold promise for investigating the structure, functioning and evolution of river systems. The study revealed the existence of formation “cores” of river systems, i.e. regions within which the system reaches a higher stream order and which are bounded by watersheds of the same order.     

中国大陆山系、断层系与水系的空间维数及其关系

根据分形理论,应用网格法系统地探讨了中国大陆山系、断层系与水系的空间分形结构,并计算出中国大陆以及三大自然区山系、断层系与水系的空间维数,在此基础上还探讨了山系、断层系与水系空间维数在三大自然区的变化情况。得出的基本结论为：(1)中国大陆山系、断层系与水系的空间分形结构是客观存在的;(2)中国大陆山系的空间维数值为1．1513,中国大陆断层系的空间维数值为1．2507,中国大陆水系的空间维数值为1．4169;(3)在三大自然区中,山系、断层系空间维数值均以青藏高原区相对为最大,而以西北干旱区相对为最小,山系与断层系空间维数值的变化在空间上有着一致的对应关系,山系空间维数值较大,则断层系空间维数值亦较大,而水系空间维数值的大小依次为东部季风区水系、青藏高原区水系与西北干旱区水系;(4)中国大陆山系、断层系空间维数响应的关系为DF＝0．6884DM 0．4446(式中：DM为山系的空间维数,DF为断层系的空间维数)。该式不仅为山系、断层系关系的定量化研究提供了全新的手段,而且还为山系、断层系内在密切关系的证实提供了全新的分形理论的证据;(5)整个中国大陆山系、断层系与水系的空间维数值并不等于三大自然区相应要素空间级数值的简单加和平均值;(6)进行山系等地貌现象的分形研究,应遵循相同的分维计算方法,否则将失去进行分维数横纵向比较的意义。     

Degrading river network due to urbanization in Yangtze River Delta

Evolution of river systems under the background of human activities has been a heated topic among geographers and hydrologists. Spatial and temporal variations of river systems during the 1960s–2010s in the Yangtze River Delta (YRD) were investigated based on streams derived from the topographic maps in the 1960s, 1980s and 2010s. A list of indices, drainage density (Dd), water surface ratio (WSR), ratio of area to length of main streams (R), evolution coefficient of tributaries (K) and box dimension (D), were classified into three types (quantitative, structural, and complex indices) and used to quantify the variations of stream structure. Results showed that: (1) quantitative indices (Dd, WSR) presented decreasing trend in the past 50 years, and Dd in Wuchengxiyu, Hangjiahu and Yindongnan have decreased most, about 20%. Structurally, the Qinhuai River basin was characterized by significant upward R, and K value in Hangjiahu went down dramatically by 46.8% during the 1960s–2010s. Decreasing tendency in D was found dominating across the YRD, and decreasing magnitude in Wuchengxiyu and Hangjiahu peaks for 7.8% and 6.5%, respectively in the YRD. (2) Urbanization affected the spatial pattern of river system, and areas with high level of urbanization exhibited least Dd (2.18 km/km²), WSR (6.52%), K (2.64) and D (1.42), compared to moderate and low levels of urbanization. (3) Urbanization also affected the evolution of stream system. In the past 50 years, areas with high level of urbanization showed compelling decreasing tendency in quantitative (27.2% and 19.3%) and complex indices (4.9%) and trend of enlarging of main rivers (4.5% and 7.9% in periods of the 1960s–1980s and the 1980s–2010s). In the recent 30 years, areas with low level of urbanization were detected with significant downward trend in Dd and K. (4) Expanding of urban land, construction of hydraulic engineering and irrigation and water conservancy activities were the main means which degraded the river system in the YRD.     

珠江河网分形机理研究

以不同时期珠江网河历史地图及遥感影像为基础,进行了河网分形计算,并从河道发育、人为活动等多个角度分析了珠江网河分形机理。在发育过程中,1883-2001年间河网分维值逐渐减小;在空间上,正干水道中潮道分维值大于分汊河道。分析认为,人为活动是导致珠江网河分形变化的主要因素:联围筑闸消灭横向支汊、口门整治及河道固化减小了河道冲决的几率、河道挖沙引起的水沙分流比变化改变了河道冲淤特性。