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.     

近50年杭—嘉—湖平原水系时空变化

基于1960s、1980s和2000s地形图水系数据,采用河网密度、水面率、河网发育系数、干流面积长度比和盒维数等指标,对杭嘉湖地区近50年水系空间分布和时间演化进行了研究。结果表明:(1)杭嘉湖地区1960s-2000s期间水系长度和面积呈衰减趋势。近50年河流长度减少了11023.33 km,衰减了38.67%,水面积减小了151.58 km2,衰减了18.83%,且这种趋势在加剧;(2)支流发育系数呈下降的趋势,河网随着城市化的发展逐渐主干化。1960s二级支流发育系数为1.41,至1980s下降到1.35,下降了3.9%;1980s-2000s期间急剧下降至0.15,下降了88.6%;(3)水系变化的空间差异明显,河网密集的南部区水系衰减最为剧烈;(4)在不同下垫面条件下水系变化有各自特点。城市区水面率较小,约4.9%~9.4%,1960s以来水面率、河网密度呈减小的趋势,伴随城市化过程出现较重要的城市防洪疏浚、新挖河道工程。河网区河网密集,约2.1~5.3 km/km2,支流下降明显,干流有增加趋势以致河网主干化。典型湖区水面率较大,约17.8%~19.7%,水系格局变化相对不明显。     

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.     

基于重心模型的湘江流域水系与城镇化时空格局演变分析

针对城镇化导致水系及其水域空间被挤占、压缩甚至吞噬的现实问题,本研究采用1995、2005和2015年3期经Google Map校准后的水系与1995—2015年城镇建成区面积数据,运用空间计量模型和重心模型研究湘江流域1995—2015年水系演变与城镇化的时空特征,分析城镇建成区面积对水系变化的影响。研究结果得出：1)湘江流域水系总体呈衰减趋势,河流趋向主干化。各水系指标均产生空间集聚,与周围邻近地区存在相似性。但水系指标的空间集聚格局演变差异显著,河网密度(Dr)、河流弯曲度(Sr)、干流面积长度比(Rm)空间格局稳定,水面率(Wp)、河流发育系数(Kw)较不稳定。高值区集中在流域中下游,低值区则集中在株洲和永州。2)Dr、Kw、Sr、Wp与城镇化重心迁移方向相背离,Rm与城镇化重心迁移方向具有统一性,城镇化在水系演变过程中主要起负向影响。研究结果有助于为城市规划与水系保护提供参考。     

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。     

逐层分解选取指标的河系简化方法

地图综合理论与方法的研究重点之一,是依据上下文环境进行结构化选取和化简。水系作为地图的基本要素之一,在地图综合中必须依据水系的类型和河网密度进行化简,以保持河网密度差异等宏观特征。本文提出了一种基于支流数量差异的选取指标分配与河系简化方法,将选取数量在河流的各个子流域上按比例分配并递归分配到下一层次的子流域,在各个子流域依据长度和间距选取河流,从而实现顾及密度差异的结构化选取。在软件开发基础上进行了选取试验,并对照手工综合的河系图进行了分析。结果表明,基于支流数量差异的比例选取方法切实可行,能够有效地保持树状河系的特点和河网密度的区域差异。     

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2 183.6 km缩短为1 560.6 km,河频率与水面率分别由0.084条/km ²、17.45%减小为0.042条/km ²、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0.687 km/km ²、3.96 km/km ²、6.902,依次减小为2016年的0.475 km/km ²、3.17 km/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0.571 8、0.592 2、0.585 8、0.577 1、0.634 0;区内水利工程数量与各项指标的灰色关联度分别为0.632 5、0.652 7、0.646 5、0.630 6、0.693 7;水库总库容与各项指标的灰色关联度依次为0.707 0、0.729 4、0.722 6、0.712 7和0.728 4。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。     

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。     

黑河上游水系发育特征分析

对黑河上游山区部分的水系发育特征进行了分析。在1:250 000比例尺的地形图上,黑河河道可以划分为五级。根据Horton的地貌关系统计结果,黑河水系特征不都服从于Horton的河道定律。河道数量定律适用于本地区,但河道分岔比较高。河道长度定律不适用于本地区,在半对数纸上,平均河道长度的累计值与河道级序有较好的直线关系,而河道总长度与级序则呈双对数直线关系。河道频率及河网密度与河谷局地气候呈正相关,湿润气候条件下,河道频率与河网密度较大;反之,干旱气候条件下,河道频率与河网密度较小。但河流的产流则与区域降水量有关。河川径流的泥沙含量与河流切割程度呈正相关,祁连山北坡河流的泥沙主要来源于横向深切河谷。     

上海中心城区河流水系百年变化及影响因素分析

分析上海中心城区河流水系1860~2003年变化情况,研究表明:①140余年来中心城区有历史记载河流消失至少310条段,总长超520 km,水面积减少约10.46 km²,水面率下降3.61%。中心城区所在水利片河流水系结构破坏,水系分枝比受河道消亡影响明显降低,水系分维数异常;②中心城区河流水系阶段性集中消亡,消亡驱动力因消亡时期而异;③初步估算,140余年来中心城区河道槽蓄容量减少超过2 029×10⁴m3、单位面积可调蓄容量减少5.06×10⁴m³/km²。河道槽蓄容量较百年前减少超过80%,城市河网调蓄能力明显削弱,且1950~1990年市政雨水泵站累积增加数目与同期区域内河道累积消失数量、长度和槽蓄容量间均呈显著正相关性。     

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.     

贺兰山水系流域数值地貌特征及其构造指示意义

基于Arcgis9.3与ASTER GDEM数据,提取了贺兰山两侧主要水系及其流域边界,根据河流及流域指标提取河流纵剖面、流域的Strahler曲线,并计算其面积高度积分值（Hypsometric Intergral）、河流纵剖面的凹度值（Concavity）。通过HI值、凹度值同河流落差、河流长度、流域面积之间相关性分析发现,后3种地貌参数与HI值、凹度值间的相关性较差。对比分析贺兰山两侧河流HI值及凹度值发现：贺兰山东侧北段活动性大于南段,西侧构造活动性分布规律不明显。结合9条河流所处流域的Strahler曲线、河流纵剖面形态和HI值、凹度值分析发现：汝箕沟及其以北贺兰山地区处于地形演化的老年期,汝箕沟以南贺兰山段处于均衡调整的壮年期。     

地貌格局与流域侵蚀产沙过程关系定量分析——以黄河中游河龙区间为例

以河龙区间42个流域为对象,在流域地貌格局信息提取和侵蚀产沙过程特征指标计算及其相互关系分析的基础上,探讨地貌格局对流域侵蚀产沙过程的影响。结果表明:①在河道系统水平,河流数量、长度等几何特征指标和河流分叉率(Rb₁₂)、分级率(Rd₃₂)、相邻级别间的河流长度比等形状特征指标与流域侵蚀模数显著相关;②在流域系统水平,坡度粗糙度、相对高差、圆度比、高长比是影响流域侵蚀产沙过程的主要指标,其中坡度粗糙度是最根本的解释变量;③各地貌格局因子间相互作用复杂,且对侵蚀过程的影响要强于泥沙输移过程,其通径分析模型对流域侵蚀模数、输沙模数和泥沙输移比变化的解释度分别为65%、33%和20%。这对正确认识影响流域侵蚀产沙过程的格局因素和建立准确的过程模型,具有重要参考价值。     

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.     

白龙江流域河流纵剖面与基岩侵蚀模型特征

构造地形指标的发展对于构造运动的量化研究具有重要意义。白龙江流域位于青藏高原与西秦岭造山带之间的过渡地带,对该流域地貌是否处于构造隆升与河流侵蚀的均衡状态,以及内部构造活动性的差异如何等问题尚缺乏细致研究。基于Arcgis9.3与ASTERGDEM数据,提取了白龙江流域32条支流的纵剖面,拟合其最佳函数形态,并利用基岩侵蚀模型提取了各个支流的标准化陡峭指数、凹曲度及拟合系数值,来揭示白龙江流域河流对构造运动的响应特征。结果表明:白龙江流域河流拟合函数以指数函数为主,河流大多发育处于侵蚀作用强烈阶段;中上游地区标准化河流陡峭指数值较下游地区偏大,凹曲度值和拟合系数中上游较下游值偏小,反映了白龙江流域中上游与下游构造活动强度的差异性;32条支流的凹曲度大部分小于均衡状态经验平均凹曲度值(0.49),表明白龙江流域地貌形态发育大部分还没有达到均衡阶段。     

天山北麓流域面积高度积分特征及其构造意义

提取了天山北麓河流水系流域的常规地貌计量指标（盆地大小、面积和高差）以及面积高度积分,通过对流域面积高度积分曲线形态特征、面积高度积分值的分析,结合区域地质构造活动,探讨了面积高度积分对板内再生造山带新构造活动的指示意义以及天山北麓流域的地貌发育过程。研究表明,北天山流域的次集水盆地面积高度积分与次集水盆地的面积和高差都没有相关性,堆积作用和轻微构造抬升作用都会影响冲积扇区次集水盆地,使其面积高度积分值偏高。河流面积高度积分曲线形态和面积高度积分值在空间分布上的差异,反映了天山北麓3排逆断裂褶皱带的不同的构造活动特征。面积高度积分曲线的循环形态特征,揭示了强烈构造运动与河流剥蚀作用影响面积高度曲线形态发育的动态演绎过程。     

渭河水系流域地貌特征及其成因分析

为了研究渭河水系流域地貌特征及其成因,以SRTM-DEM为基础数据,运用ArcGIS软件平台从DEM数据中提取渭河流域内独立的65个小流域,其中43个位于北岸,22个位于南岸;然后划分盆地等级,计算每个流域单元流域的面积、周长、河流总长、形状指数、平均坡度、相对高差以及高程-面积积分值和水系分支比等。通过对流域地貌参数以及高程-面积积分值和分支比等特征参数的分析,发现渭河南北两侧水系和亚流域的发育具有明显的不对称性。成因分析显示,渭河水系的这种特点虽与气候和岩性有关,但新生代以来自北向南的构造掀斜隆升作用是造成渭河流域南北差异特征地貌的主要原因。这些特征指示了渭河水系南北两侧晚新生代构造活动的差异性,反映了秦岭造山带晚新生代以来发生自北向南的掀斜隆升作用。     

水平分辨率对DEM流域特征提取的影响

选取石质山地与黄土丘陵过渡区宛川河流域作为研究区,利用1∶5万、水平分辨率10~100 m栅格DEM提取流域特征参数进行分析。结果表明:DEM水平分辨率对数字河网的提取精度有影响,提取的流域面积差别很小,河流长度、河道总长、河道坡度以及河网密度有偏差,流域平均坡度变化明显,长度和坡度特征参数的变化导致流域汇流时间及滞时不一致。     

1989—2019年新疆塔里木河流域地表-地下水变化

综合利用多源遥感卫星资料,分析了1989—2019年塔里木河流域及其各水系水体面积在气候变化和生态调水影响下的年际变化趋势与各水系地表水变化对典型区域（罗布泊）地下水的影响。研究结果表明：(1)近30 a来,塔里木河流域地表水面积增长趋势明显;(2)降水是引起流域内地表水面积变化的主要气候因素,生态调水则影响着流域内地表水的空间分布格局;(3)流域内各水系地表水的增长变化对罗布泊地区地下水储量的恢复作用显著。对于了解塔里木河流域地表-地下水系统的长期变化规律、制定科学合理的水资源开发利用策略具有重要意义。     

祁连山东段庄浪河流域地貌特征及其构造指示意义

晚新生代以来,青藏高原北东向扩展,致使祁连山地区遭受了强烈的构造隆升,造就了祁连山地区复杂的构造格局和急剧变化的构造地貌,其典型水系流域地貌特征揭示了该地区的新构造活动和地貌演化过程。庄浪河流域位于祁连山东段,作为青藏高原北东向扩展的前缘地区,庄浪河流域的地貌参数对构造活动非常敏感,提取庄浪河流域的地貌信息,有助于揭示祁连山东段庄浪河流域地貌对构造活动的响应,及系统探讨该区地貌发育特征及其所蕴含的构造意义。庄浪河流域内及边缘发育有庄浪河断裂、天祝盆地南缘断裂、疙瘩沟隐伏断裂以及金强河-毛毛山-老虎山断裂。晚新生代以来,这些断裂仍在活动,并且控制着流域内的构造变形、山体隆升和河流水系地貌发育。本研究采用ALOS DEM 12.5 m数据,基于ArcGIS空间分析技术,通过高程条带剖面、河流坡降指标体系（K,SL,SL/K）和Hack剖面、面积-高程积分值（HI）和积分曲线（HC）等方法,对庄浪河流域地貌特征进行了初步分析。结果表明,庄浪河地区地形起伏由北西向南东递减,构造活动存在东西分异的规律;庄浪河流域内部K值、SL、SL/K、HI值西侧高于东侧,Hack剖面西侧相比东侧上凸更明显;H...