城市化背景下嘉兴市河流水系的时空变化

基于1960s,1980s和2010s的三期水系数据,通过构建定量描述河流水系变化特征的指标体系,对嘉兴市河流水系的时空变化特征及其与城市化的关系进行研究.结果表明:① 近50年来,嘉兴市的河流水系呈现出剧烈衰减的趋势,其中河流发育系数,河网密度和水面率分别减少了58.91%,28.49%和14.09%,但在城市化不同阶段,河流水系衰减的程度并不完全一致.② 在整个城市化进程中,河流发育系数和干流面积长度比变化的空间差异非常大,河网密度和水面率变化的空间差异相对较大,而盒维数和河流曲度变化的空间差异相对较小.③ 河流发育系数,盒维数和河网密度的衰减趋势为城区>近郊>远郊,水面率的衰减趋势为远郊>近郊>城区,河流曲度的衰减趋势为近郊>城区>远郊,但干流面积长度比的空间变化趋势不明显.④ 城市化对河流水系变化的影响十分显著,且城市化水平越高的地区河流水系的变化越剧烈,而城市化对干流面积长度比与河流曲度的影响大于其对河流发育系数与河网密度的影响.     

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。     

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。     

河流水系特征与河流水文特征

河流是自然地理环境重要的组成部分,对人类的生活和生产有着非常重要的意义。我们对河流综合开发利用的前提就是要认识河流水系特征和河流水文特征。河流水系、水文特征是高中地理必修教材中的重要内容,因为它与地形、气候、人类活动联系密切,所以高考中经常以此为载体考察学生运用已学知识分析问题和解决问题的能力。那么河流水系特征和水文特征有那些呢？与地形、气候、人类活动又有怎样的关系呢？     

近50年长三角地区水系时空变化及其驱动机制

基于1960s、1980s以及2010s三期1:5万地形图中水系数据,选取河网密度(Dd)、水面率(WSR)、干流面积长度比(R)、支流发育系数(K)和盒维数(D),探讨了长江三角洲地区水系近50年的时空格局及变化特征,并分析了城市化对水系结构的影响.结果表明:①近50年来,长三角水系河网密度、水面率数量特征呈下降趋势,其中武澄锡虞、杭嘉湖和鄞东南地区河网密度减少近20％;结构特征发生变化,秦淮河流域干流面积长度比增加显著,杭嘉湖地区支流发育系数衰减达46.8％;河网复杂度衰退,武澄锡虞和杭嘉湖地区的盒维数衰减分别达7.8％和6.5％.②城市化影响水系的空间分布,高度城市化地区河网密度、水面率、支流发育系数以及盒维数最低.③城市化深刻改变着水系的演化过程.1960s-2010s期间,高度城市化地区的河网密度、水面率衰减剧烈达27.2％和19.3％,河网主干化趋势加剧,河网复杂度下降4.91％.1980s-2010s期间,低度城市化地区支流衰减达53.3％,河网密度大幅下降14.6％.④城镇用地的扩张、水利工程的修建和农田水利活动是改变长三角水系的主要方式.     

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。     

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。     

河流洪涝对城市公共安全应急响应能力的影响研究——以上海市外环以内中心城区为例

以上海市外环以内中心城区作为研究区域,采用洪涝情景模拟与GIS网络分析相结合的研究方法,评估了当前以及未来不同重现期河流洪涝情景下城市公共安全（110）应急响应能力。研究结果表明：在洪涝情景下,部分城市路网瘫痪、交通中断,应急车辆无法通行,公安应急服务空间可达性范围较正常情况明显变小,应急响应能力降低;由于高脆弱性区域（棚户区）主要位于黄浦江沿岸地区,江水漫溢导致淹没路段较多,因此部分棚户区的救援时间会出现延迟甚至失去应急救援服务。通过对河流洪涝情景下城市公共安全（110）应急响应能力的评估研究,可为城市洪涝灾害应急响应部门制定预防与应对措施提供理论和科学依据,具有重要的现实意义。     

1958-2006年玛纳斯河流域水系结构时空演变及驱动机制分析

为了研究玛纳斯河流域水系结构演变状况,利用其1958、1976、1987、2006年4期遥感影像图,在ArcInfo支持下进行目视解译,根据解译结果,定量分析了水系长度、密度、分枝比、长度比和分维等参数的变化特征,并探讨其主要驱动因素.研究表明:1958-2006年玛纳斯河流域水系变化满足Horton定律,水网数目及河道平均长度随水网级别呈几何级数变化,并且水网密度、水系长度比、分枝比等参数持续增大;流域内绿洲地区水网密度高于南部源流山区与北部荒漠区,这种区域差异是由不同生态经济单元的自然生态环境类型、社会经济发展状况,综合发展需求及生态修复重建等方面共同决定的;玛纳斯河流域水资源量近50年来不断增加,人口数量持续攀升,耕地与绿洲面积不断扩大等因素是玛纳斯河流域水网结构演变的主要驱动力.然而耕地不能无限扩大,绿洲也不能过度扩张,要以水资源的承载能力为限,因此确定合理的绿洲面积,优化水系结构,提高水资源利用效率将成为今后研究的重点.     

“河流水文、水系特征及成因”的教学

【学情分析】 河流水文、水系特征及成因,已在高二《区域地理》的相关章节中讲解过。考虑到学生文理分科不久,且高一必修1对这部分教学仅仅停留在会考要求层面,当时的教学目标是“掌握河流水文特征主要包括哪些要素;掌握河流水系特征主要包括哪些要素;了解河流水文、水系特征的影响因素;学会分析长江和黄河的水文、水系特征”。之后的阶段性测试反馈显示：学生要求容易混淆河流水文特征和水系特征,这在主观题答题中表现得尤为突出。     

城市化进程中平原河网地区河流结构特征及其分类方法探讨

平原河网地区河流结构发育受到自然条件和城市化的双重影响。依据遥感解译数据,围绕城市化水平、河流形态、河流结构和河流调蓄功能四个维度,就建成区面积比例、河流长宽分布、河系分维、河流调蓄能力等具体指标,分析了城市化水平和土地利用特征不同区域的河流空间形态、结构特征和功能状态,探讨了城市化进程中平原河网地区河流结构的可能演化轨迹,尝试建立了城市化影响下平原河网地区河流结构分类方法,提出了城市河流综合整治过程中应充分重视保护自然河流结构,注重发挥河流综合功能等观点。     

上海降水百年变化趋势及其城郊的差异

采用上海龙华中心气象站1893-1999年降水资料及上海周边郊县1960-1999年降水资料，分析上海降水的时空特征，研究结果表明：（1）上海年度降水存在着2a、3.2a、35.2a的准周期振动；上海百年气候按干湿状况可分为6个时期，1982年开始的这次多雨偏湿期周期趋向延长；上海降水的年际波动显著，旱涝灾害年发生概率为18.7%，上海气候特征在长江和钱塘江之间平原地区有相关广泛的代表性。（2）上海城郊降水存在着显著性差异，近40a市区降水增长率为郊县的1.5倍，城郊降水差异呈扩大趋势，上海城市雨岛效应主要存在于6-9月的梅雨和台风雨期间，有明显的雨岛中心，全市降水北片稍大于南片；多年降水有明显的长期趋势。而秋末到春季并无雨岛现象，全市降水南片略大于北片；多年降水表现为较强烈的波动性。     

上海近30年来蒸发变化及其城郊差异分析

统计分析了上海龙华中心气象站和周边9个郊区气象站1970~2000年蒸发资料,结果表明:(1) 近30年来,上海郊区的蒸发变化和气候的冷暖期变化基本一致,20世纪80年代郊区蒸发量总体明显低于70年代;进入90年代增暖期后,郊区蒸发量呈逐渐上升趋势。(2) 市区蒸发状况与郊区出现明显反差,20世纪80年代市区蒸发量高于70年代,90年代以后市区蒸发量总体明显下降,与郊县蒸发量变化趋势相背离。(3) 城郊蒸发量历史资料系列的配对样本T检验表明,近30年来上海地区的蒸发存在明显的城郊差异,城郊蒸发的差异及变化与区域下垫面状况关系密切。     

20世纪30年代珠江三角洲平原河网结构重建及最大槽蓄容量

基于1954年美国陆军制图局编制的中国地形图、1930―1934年日军参谋本部所绘中国地形图、广东省水文志和研究区各县县志等历史文图资料,重建研究区20世纪30年代的河网模型,对传统农业末期平原河网水系进行高精度复原,计算其最大槽蓄容量并分析其区域特点。结果表明：1）20世纪30年代珠三角河网（除干流河道）的最大槽蓄容量为6.78亿~20.75亿m³,其极值为20.75亿m³,平均值为13.38万m³/km²。其中1级河道最大槽蓄容量占总量的33.5%~49.1%,对于整个河网的容蓄洪水能力及水资源调度能力影响更大。与现阶段不同,传统农业时代末期（20世纪30年代）珠三角河网的槽蓄容量与河网密度呈正相关,槽蓄容量的大小受河网密度的影响较为明显。2）20世纪30年代珠三角河网的形成与传统时期的农业开发有着密切的关系,当时的河网水系是自然发育与该时期围田业对其开发、围垦的共同结果,围田开发的兴修堤围、挑挖河道等活动对于河网的扩展及其最大槽蓄容量的增加具有客观上的促进作用。     

近48年来城市化对昆明地区气温的影响

以低纬高原城市昆明及邻近的安宁和太华山站分别代表大城市、小城市和无城市化影响的对比站,利用1960-2007年气象资料,分析不同规模城市发展对气温的影响。结果表明：①昆明及邻近地区近48年来平均气温显著升高,具有一致性。②城市化加剧了平均气温上升的幅度,大城市和小城市的城市效应分别达到0.31 ℃/10a和0.09 ℃/10a,急剧的变化出现在20世纪80年代后期城市高速发展期。③城市化加剧了平均最低气温的显著升高,但对平均最高气温影响不明显。由此导致气温日较差的显著减小,大城市和小城市气温日较差的城市效应分别达到-0.49 ℃/10a和-0.27 ℃/10a。④城市化还导致了极端最低气温显著升高,相对湿度显著降低,霜日数显著减少。但对极端最高气温的影响并不显著。     

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%。     

近50年珠江流域降雨多尺度时空变化特征及其影响

利用珠江流域38个站点54 a日降水资料,采用Kendall非参数检验法、线性回归及空间克里格插值,对多种降雨指数时空变化及影响进行了研究。结果表明:1珠江流域西部年降雨有减少趋势,流域大部分的降雨日数则有增加趋势;2流域降雨具有季度、月份集中性,其中,季度集中性趋于空间均匀化,月份集中性趋向空间极端化;3极端降雨阈值东高西低,全区极端降雨在20世纪60、80年代末有突变现象,P0.01%设计值在21世纪达到最高。综合多尺度降雨时空变化结果进行分析,将珠江流域划分为广东(包括江西)、广西中北部(包括湖南)、广西西南及云贵4个降雨特征区,广东尤其是珠三角地区及广西中北部地区应注重防洪安全,广西西南与云贵地区应注重保障用水安全。     

滹沱河上游山区近50年蒸散变化及主要影响因子分析

准确估计流域蒸散,掌握其变化趋势和主要影响因子,对科学认识流域水文循环规律以及管理流域水资源具有重要意义。利用傅抱璞年蒸散量公式计算滹沱河上游山区及其子流域1958-2007年逐年蒸散量,并利用Mann-Kendall-Sneyers等方法分析了流域蒸散趋势和突变特征,及其主要影响因子。结果表明在滹沱河流域傅抱璞公式能够较好的拟合蒸散。50 a来全流域及各子流域年均蒸散呈下降趋势。降水对蒸散起控制作用,相对湿度在流域部分地区显著影响蒸散(α=0.05)。