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。     

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。     

平原河网区水利工程调控下水文连通变化

在水利工程建设及其人为调度的影响下,平原河网水系连通程度发生了巨大变化。为此,针对平原河网区水文连通难以模拟的问题,在现有水系结构连通的基础上,将水利工程的运行纳入水文连通的评价体系,提出一种适用于平原河网区水利工程调控下的水文连通评价指数（SLCI）。该指数从水闸通过概率、水流分流能力及河网连通程度,从点—线—面分尺度逐步评价不同调度规则下汛期与非汛期水文连通的动态变化。并且,该指数以格网为评价单元,结合反映地理要素空间集聚性的Getis-Ord G_i^*指数,相比行政单元、水利片区等大尺度评价单元,能够更精细地描述水文连通空间上的分异性。太湖流域武澄锡虞区是一个典型的平原河网区,本指数在该区域进行了应用,得到以下结果：受到水闸调控的作用,武澄锡虞区非汛期时平均水文连通指数为0.66,汛期时平均水文连通指数则为0.50。另外,非汛期时水文连通集聚空间范围比汛期时高5%。其中,非汛期与汛期连通高值区SLCI值分别为0.93与0.87,低值区SLCI值分别为0.25与0.16。本文提出的水文连通评价指数可为有关部门开展长三角地区水系建设工作提供理论支撑,也为开展人为调控下平原河网区水文连通评价提供新思路。     

土地利用变化对洪水调蓄能力的影响--以洞庭湖区为例

本文在中国资源与环境时空数据库的支持下,利用20世纪70年代末期、90年代末期获取的陆地资源卫星图像和GIS分析方法,对洞庭湖区近20年的土地利用/覆盖变化进行了遥感调查,进而以水域与其他土地利用类型之间的转移变化为基础,对区域洪水调蓄能力的变化进行了估算.结果表明,变化比较显著的地类有3类:耕地减少了1.97%,各类建设用地总计增加了14.88%,水域面积增加的幅度为8.77%.因土地利用变化导致的区域洪水调蓄能力增加估计为6.23亿m3,由此增加的湖泊容积,最大为13.01亿m3.     

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%。     

流域尺度土地利用调蓄视角的雨洪管理探析

发达国家雨洪管理焦点历经管网设计、不透水面阈值控制、低影响开发及土地利用管理等过程,呈现"多尺度多视角衔接"趋势。本文聚焦太湖流域土地利用调蓄功能变化机制及管理应用,揭示了1985-2015年来建设占用耕地是调蓄功能降低的主要原因;发现基于小流域的调蓄功能变化与建设用地强度整体低关联,但局部高相关,高相关的地区位于大城市或某些乡镇周边的建设增长热区,而这些热区的建设用地与调蓄空间规模较大且接触机会更多,是开发之前调蓄空间保护、开发控制以及开发之后综合管理等3个土地利用调蓄目标因子协调不当的结果;最后提出流域尺度土地利用调蓄视角的雨洪管理"345"模式,即以3个目标因子和5类控制要素为基础,实施土地利用调蓄创建、防御、拓展与保护等4类差别化战略模式,从更大尺度认识老城区和新区的雨洪关联,拓展海绵城市建设的本土认知和视野。     

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。     

近50年人类活动引起的杭嘉湖平原区水位变化

针对杭嘉湖地区洪涝灾害日益加剧的现状,基于1960~2007年日降水和日水位资料,采用Spearman检验、有序聚类分析和线性模拟方法,研究了近50 a来降水和水位变化,在此基础上探讨了降水和人类活动对特征水位变化的贡献率。结果表明,区域近50 a降水变化未见明显趋势,水位呈增加趋势,年最高水位、年平均水位和年最低水位增率分别为0.03 m/10a、0.05 m/10a和0.09 m/10a,且平均水位和最低水位增加达到显著性水平。8个代表站点特征水位均呈增加趋势。空间上沿水流方向,线性坡度值增大。水位降水响应率和平水年水位序列分析显示人类活动是水位变化的重要原因。人类活动对最高水位、平均水位和最低水位变化的贡献值分别为39.0%、56.2%和82.9%。     

黄河源区典型河网平面形态特征及影响因素

黄河源区不同地貌环境下的河网发育模式、平面形态等具有显著差异,存在羽状、矩形状、对称羽状和树状4种典型的河网类型。选取黄河源区83个典型子流域,计算了河网平面特征参数,探讨了河网参数与地形和气候因子的关系及河网类型的分布规律。结果表明,4类河网平面特征差异性通过流域宽长比、河网密度和流域内河流流向最大频数得到了较好的体现。流域坡度和降雨量对河网密度及流向的影响显著,且能较好解释河网密度及流向最大频数的变化;降雨对流域宽长比的影响显著。羽状主要分布在源区上游北部边缘地带,气候干旱,地表裸露,流域坡度均值为4.5°,流域高差均值为730 m。矩形状集中分布在若尔盖地区,气候相对湿润,且有大量的沼泽湿地,流域坡度和流域高差均值分别为2.3°和177 m。对称羽状处于高山峡谷地带,流域坡度和流域高差均值分别为16.9°和1167 m,降雨量变化范围大。树状分布在黄河源中游山区及中下游的冲积地貌,流域坡度和流域高差均值分别为15.4°和968 m,植被覆盖较好。结合4类河网的空间分布特征及河网参数与环境因子的多元回归分析结果分析,认为地形是决定河网平面形态分异的主要原因;当地形限制减小,气候条件和植被覆盖情况对河网的发展起了重要作用。     

太湖流域粮食生产格局变化及影响机制研究

太湖流域是中国传统粮食高产区,其粮食生产演变对我国粮食安全意义重大。该文从宏观视角探讨了该区1985-2010年27个县域粮食生产的时空变化及其影响机制,结果表明:该区粮食产量波动较大,但总体呈下降趋势,历经波动发展-急剧减少-稳步增长三阶段,粮食总产变异系数和波动系数均超过全国平均水平,区域粮食安全风险较大;空间分布上高产区不断减少,低产区范围扩大,粮食生产重心移动与人口重心移动方向相反,粮食供需矛盾加大。耕地数量、质量、结构和方式等的变化是驱动粮食生产时空变化的重要机制,其中不同质量水平的耕地数量和耕地利用方式变化是影响粮食生产的重要因子。落实差别化耕地保护政策、避免耕地资源隐性流失、转变耕地利用方式等具有重要现实意义。     

快速城市化进程中的太湖水环境保护:困境与出路

太湖流域经济发达、城市化水平高,伴随着城市化过程的各种环境问题十分突出。城市化过程对太湖水环境质量的负面影响主要表现在生活污水排放量增加、人畜粪便对水污染的程度加剧、化学肥料施用量增加、非点源污染负荷增加以及自然景观对污染物的去除能力降低等方面,由此导致的营养盐入湖量增加将严重制约太湖水质的改善。充分认识并努力减轻这些负面影响是改善太湖水环境质量的前提,在分析问题的基础上提出了一些针对性的应对策略。     

公路网系对喀斯特流域水系结构的影响

为了定量评价公路对地表水文过程的影响,选择典型喀斯特流域,在GIS水文分析功能支持下探讨了公路网系对流域水系结构的改变。研究表明:公路代表的人类强烈扰动集中分布在水系两侧1 km范围内。叠加路网之后流域内三级以下的低级水系数量和总长度显著增加,主河道分枝能力和流域平均分枝比增大,说明路网将增大河道行洪压力,同时减弱喀斯特流域的溶蚀作用而增强流水侵蚀作用。对子流域单元的统计分析表明,路面产流强度与子流域水系长度增加量之间存在较好的线性关系。在空间上,路网增加的水系在流域出口附近的集中程度较高。公路影响抑制喀斯特地下水系的径流调蓄作用,可能导致洪水期河流洪峰提前并增大洪峰流量,从而加剧洪灾风险。     

太湖流域土地利用变化对耕地生产力的影响研究

以城镇化过程持续加速而耕地流失及粮食供需形势日趋严峻的太湖流域为研究区,结合遥感、土壤、气象及农业统计数据,借助AEZ模型和GIS开展1985~2010年土地利用变化对耕地生产力的影响分析及评价。结果表明：① 流域耕地生产力水平较高,高产耕地分布广泛;② 近30 a来就地城镇化和工业化发展导致流域建设用地快速扩张,耕地数量锐减;③ 由于减少的多为城市周边及交通沿线水土条件优越的优质耕地,新增的则多是来源于土地复垦或整理的低产耕地,“高产耕地锐减-低产耕地缓增”导致流域耕地生产力水平下降,且在不同发展阶段下降格局不同;④ 高产田锐减导致流域粮食大幅减产,不同县域由于经济发展水平和耕地利用条件不同,粮食减幅呈现显著空间差异。     

太湖流域重污染区土地利用变化对生态系统服务价值的影响

通过对太湖流域重污染区1999年、2007年遥感影像数据解译结果的分析,获取了太湖流域重污染区主要土地利用类型的信息,分析了8 a来研究区内土地利用与覆被变化趋势,对区域土地利用类型的生态系统服务价值进行评估。结果表明,1999~2007年,太湖流域重污染区内耕地面积从2 033.53 km2减少到1 401.04 km2,而林地、建设用地、园地、水域总体呈增加的趋势,其中减少的耕地主要转化为建设用地。1999~2007年太湖流域重污染区的生态系统服务价值呈减少趋势,土地利用变化使研究区生态资产减少了2.40亿元,除气体调节和原材料以外,各单项服务功能的价值量均呈现递减的趋势。     

基于水环境约束分区的产业优化调整——以江苏省太湖流域为例

基于水环境保护与区域开发的相互关系,考虑水陆空间联系及水环境承载能力对区域产业布局的限制,构建由水环境容量和压力两方面要素为基础的水环境约束分区指标体系。以产业集聚发达、水网密集但水环境敏感性强的江苏省太湖流域为例,探索小流域评价单元划分、约束指标选择与空间叠置分析等技术。对区域水环境容量和压力的进行约束分区,划分为高压低容、低压低容、高压高容和低压高容等4种类型区。研究结果为发挥区域水环境质量和经济可持续发展的协同效应,制定差别化的产业准入政策提供科学依据。     

Spatial correlations between urbanization and river water pollution in the heavily polluted area of Taihu Lake Basin, China

Water pollution in the Taihu Lake Basin has been the focus of attention in China and abroad for a long time, due to its position in the forefront of urban development in China. Based on data gathering and processing from 84 monitoring sections in this heavily polluted area, this study first analyzes spatial patterns of urbanization and the distribution of river water pollution, and then uses the GeoDa bivariate spatial autocorrelation model to investigate the spatial correlation between urbanization and river water pollution at the scale of township units. The results show that urbanization has adverse impacts on water pollution, and the influence varies in different levels of development areas. The urban township units have the highest level of urbanization and highest pollution, but the best water quality; the suburban units have lower level of urbanization, but higher pollution and worse water quality; however the rural units have the lowest level of urbanization and lowest pollution, mainly affected by upstream pollution, but worst water quality. Lastly, urban and rural planning committees, while actively promoting the process of development in the region, should gradually resolve the issue of pollution control lagging behind urban life and urban develop- ment, giving priority to construction of centralized sewage treatment facilities and associated pipeline network coverage in the rural areas and suburban areas.     

艾比湖流域水资源承载力综合评价

通过对系统内在作用机制的分析,以新疆艾比湖流域为例,利用模糊层次分析原理建立了流域水资源承载力综合评价指标体系并对其进行了量化分析。借助德尔菲专家调查法,将模糊层次分析法运用到研究区水资源承载力综合评价指标权重的求解中,对评价指标、具体评价过程和应用方法进行了分析说明。并预测了研究区未来规划水平年水资源承载力的发展趋势和方向。提出了该区域社会经济发展和水资源配置的规划方向,并探讨提高该区域水资源承载力的良策。这也为其它区域的水资源可持续开发利用研究提供了一定的借鉴和参考。     

基于人工湿地的水环境治理和优化技术在太湖流域的应用

水质优化技术在太湖流域水污染治理中起到了重要的作用。介绍了几类常用的基于人工湿地的水质优化技术,包括农村生活污水治理技术、城镇生活污水厂水质优化技术、河道治理技术及雨水治理技术。阐述了人工湿地在太湖流域水系统优化中的应用,包括阳澄湖莲花岛生态湿地对农村生活污水的治理和常熟新材料产业园生态湿地对工业尾水的治理,2个项目水处理效果良好,达到了相应的水质要求。探讨了基于人工湿地的水质优化技术在太湖流域水环境治理和优化的前景,该技术可在海绵城市建设、城镇污水处理厂提标、黑臭河道整治等领域推广和应用。