李信樵

(遼陽市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 遼陽 111000)

0 引 言

城市水系的連通性受經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展的影響產(chǎn)生一定的改變，城市水系生態(tài)系統(tǒng)中水系連通性占據(jù)著重要地位[1]。目前，國內(nèi)許多學(xué)者逐漸關(guān)注對河流水系連通性的相關(guān)研究，關(guān)于水系連通性的評價方法及研究成果也比較多，而考慮城市水系生態(tài)連通性的研究還鮮有報道。近年來，對城市水系連通性和河流生態(tài)保護(hù)的研究逐漸成為熱點(diǎn)問題，對于生態(tài)保護(hù)規(guī)劃和城市水系發(fā)展等具有重要意義[2-7]。鑒于此，本文以遼陽市為例，對城市水系生態(tài)格局利用水系生態(tài)連通評價指標(biāo)相關(guān)方法進(jìn)行定量的評價分析，結(jié)合評價結(jié)果和區(qū)域水系連通情況提出了有效的改善措施，可為城市水系生態(tài)規(guī)劃提供重要的借鑒和參考依據(jù)。

1 水系生態(tài)連通指標(biāo)計算

水系節(jié)點(diǎn)率、河面寬度比率、河頻率、河網(wǎng)密度、網(wǎng)絡(luò)連通度和網(wǎng)絡(luò)環(huán)通度為水系生態(tài)連通性評價主要指標(biāo)，采用如下計算公式確定河網(wǎng)密度，即：

(1)

式中：A、Li為計算面積與河流長度；n、Rd為河流數(shù)目及河網(wǎng)密度。

根據(jù)下式計算確定河頻率、河面寬度比率，即：

(2)

(3)

式中：Rb為反映河流發(fā)育狀況的河頻率；AN為區(qū)域計算總面積；Wp為河流寬度比率。

采用下述公式計算確定水系網(wǎng)絡(luò)連通度和城市水系網(wǎng)絡(luò)環(huán)通度，計算式為：

(4)

(5)

式中：M、Mmax為城市連接的廊道數(shù)量和最大廊道數(shù)；α、γ為城市水系的環(huán)通度和水系網(wǎng)絡(luò)連通度指數(shù)；V為水系節(jié)點(diǎn)數(shù)。

根據(jù)以下計算式確定水系節(jié)點(diǎn)率，其表達(dá)式為：

(6)

式中：β為反映水系連通強(qiáng)弱程度的水系節(jié)點(diǎn)指標(biāo)。

2 實(shí)例分析

2.1 區(qū)域概況

遼陽市為沈陽經(jīng)濟(jì)區(qū)副中心城市，地處E122°35'-123°40'，N40°42'-41°36'之間，下轄5個區(qū)、1個縣和1個縣級市，總面積4744km2。該區(qū)域?yàn)闈駶?、半濕潤季風(fēng)氣候，境內(nèi)氣候特征因地貌形態(tài)的差異各不相同，其中降水量最大的區(qū)域位于東部的低山丘陵區(qū)，氣候特征為夏季多大雨、暴雨，冬季氣溫低且實(shí)踐較長，年降水量為800-900mm；北部丘陵平原地帶的降水量較少為500-700mm，西部沿河平原區(qū)降水量為600-800mm，氣候特征為冬季氣溫低、夏季溫度高。境內(nèi)大小河流縱橫交錯，其中流程在10km以上的河流29條，5km以上的約86條，這些大小河流構(gòu)成了渾河、太子河兩大水系。近年來，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和人口規(guī)模的擴(kuò)大，遼陽市池塘、湖泊、濕地等具有儲存和滯洪作用逐漸消失，河道被大量占用并加速了雨水的匯流；區(qū)域降水頻率和強(qiáng)度在環(huán)境破壞、熱島效應(yīng)等因素作用下不斷增強(qiáng)，而完善的排水設(shè)施和地表大面積硬化進(jìn)一步加快了雨洪的匯流速度，大大提高河道的不可控制性和水流流量，河水侵蝕、沖刷河床和河岸的程度增大，城市洪澇災(zāi)害發(fā)生日趨頻繁，因此有必要對遼陽市水系生態(tài)格局利用綜合生態(tài)連通度評價指標(biāo)進(jìn)行定量的科學(xué)評價[8-11]。

根據(jù)水系分布狀況和區(qū)域規(guī)劃分為10個水利片區(qū)，統(tǒng)計整理各片區(qū)河流特征如表1所示。規(guī)劃后，在一定程度上增加了各水利片區(qū)的水系連接點(diǎn)及河流連接廊道，河流水系連通性較規(guī)劃前得到明顯的改善，對該城市水系連通性利用水系連通度評價指標(biāo)計算方法進(jìn)行定量分析。

2.2 水系生態(tài)連通指標(biāo)值

區(qū)域城市水系規(guī)劃前后的連通指標(biāo)利用水系生態(tài)連通評價指標(biāo)計算方法進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。

表1 規(guī)劃前、后各水利片區(qū)河流水系特征

表2 規(guī)劃前、后水系連通性指標(biāo)及結(jié)構(gòu)

從表2可知，城市水系規(guī)劃在很大程度上改善了生態(tài)連通性和水系結(jié)構(gòu)指標(biāo)，在一定程度上改善了河流密實(shí)度、水面率、水系面寬度，較水系規(guī)劃前，河流密實(shí)度和水面率分別提升了約5%-6%、5%-15%，在改善河流水系連通性指標(biāo)的同時也改善了水系結(jié)構(gòu)指標(biāo)。水系規(guī)劃在一定程度上改善了節(jié)點(diǎn)連通度、節(jié)點(diǎn)率和水系網(wǎng)通度，較規(guī)劃前節(jié)點(diǎn)率和水系網(wǎng)通度提升幅度約為6%-7%，同時河流水系連通度由于這兩項指標(biāo)的改善得到明顯的提升，增大約15%左右。

2.3 水系生態(tài)指標(biāo)關(guān)聯(lián)性分析

對水系連通的各個指標(biāo)相關(guān)性依據(jù)區(qū)域水系河流連通指標(biāo)計算結(jié)果進(jìn)行分析，計算結(jié)果見表3和表4。

表3 規(guī)劃前水系連通指標(biāo)相關(guān)性

表4 規(guī)劃后水系連通指標(biāo)相關(guān)性

根據(jù)表3-4可知，在水系規(guī)劃前、后城市水系連通各指標(biāo)的相關(guān)性保持較高的一致性。根據(jù)單因子相關(guān)性分析結(jié)果，相關(guān)性最佳的水系結(jié)構(gòu)中的河頻率與河網(wǎng)密度指標(biāo)，相關(guān)度較高，區(qū)域水系連通性受水系網(wǎng)通度和節(jié)點(diǎn)率的影響最為顯著，且二者的相關(guān)性比較高。所以，城市水系連通規(guī)劃設(shè)計時應(yīng)提高區(qū)域節(jié)點(diǎn)率和水系密度，注重改善河頻率和河網(wǎng)密度，從而保證水系網(wǎng)通度的相關(guān)性和生態(tài)發(fā)育程度。

2.4 水系生態(tài)指標(biāo)主成分分析

對水生態(tài)主要影響因子利用主成分分析法進(jìn)行探討，結(jié)果如表5、表6、表7。

表5 規(guī)劃前水系連通指標(biāo)總方差

表6 規(guī)劃后水系連通指標(biāo)總方差

表7 主成分矩陣評定結(jié)果

根據(jù)表5、表6可知，采用主成分分析法獲取的水系連通各指標(biāo)關(guān)聯(lián)性，在規(guī)劃前、后具有較高的一致性，主成分最高的指標(biāo)為水面率、河頻率和河網(wǎng)密度，區(qū)域水系數(shù)目隨著城市化的持續(xù)推進(jìn)表現(xiàn)出下降趨勢，其中改善水系連通性能和調(diào)整河流水系數(shù)目為區(qū)域水系連通規(guī)劃的主要目標(biāo)。城市河流水系的連通性可通過第一主成分直觀的反映，河流水系連通性評價可依據(jù)第二主成分進(jìn)行分析。研究成果可為改善河流水質(zhì)狀況、生態(tài)景觀以及河流水系連通性能，提高城市防洪減災(zāi)能力等提供重要的參考依據(jù)。

2.5 建議改善措施

1)生態(tài)護(hù)坡。自然護(hù)坡仍為當(dāng)前城區(qū)河段水系的常用形式，該護(hù)坡類型使得河流水系具有一定的防洪風(fēng)險且水土流失問題比較突出，為保障各水系的生態(tài)連通性有必要建立各水系生態(tài)廊道，采取科學(xué)有效的生態(tài)護(hù)坡措施。生態(tài)護(hù)坡是一種涉及生物科學(xué)、水力學(xué)、生態(tài)學(xué)及水土保持學(xué)等多門學(xué)科，通過將土地保護(hù)、景觀設(shè)計、城鎮(zhèn)發(fā)展、生態(tài)建設(shè)與河道治理有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮植物、植物與工程相結(jié)合的自我修復(fù)功能，從而提升河道邊坡的抗滑穩(wěn)定、抗沖刷以及自修復(fù)能力，逐步實(shí)現(xiàn)人類活動、經(jīng)濟(jì)社會、自然生態(tài)、水資源與河道的和諧發(fā)展，減少河流洪患，有效開發(fā)水資源，改善小流域氣候和生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)。

2)河道清淤。由于岸坡雜物堆積和河道內(nèi)垃圾淤積，使得河流過流能力和水體自凈功能大大降低，為保證河流暢通和擴(kuò)大河道過流能力，有必要清理河道卡口雜物和河流內(nèi)的雜物，由此增大不同水利片區(qū)之間的連通性。機(jī)械清淤可在一定程度上改善底泥和河流水體的理化性質(zhì)，但該項措施的投資成本較高，一般適用于污染負(fù)荷高的小面積水域修復(fù)。在受污染程度較低、涉及范圍較小的區(qū)域比較適用生物酶底泥修復(fù)技術(shù)，從而顯著提升微生物在自然條件下降解有害有度污染物的能力。另外，底泥理化性質(zhì)的可持續(xù)性在提高微生物活性后得到重要保障。

3)水閘調(diào)控。河道具有的流動性能夠通過改變水動力因子修復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng)，通過改變水體的物理性質(zhì)和化學(xué)成分對水系統(tǒng)產(chǎn)生影響。為了充分發(fā)揮水系連通的重要樞紐功能注重區(qū)域內(nèi)各水閘的優(yōu)化調(diào)控性，盡量的有效控制關(guān)閉非重要性水閘，保持主要水閘長期處于開啟狀態(tài)。

3 結(jié) 論

根據(jù)分析結(jié)果，城市水系規(guī)劃設(shè)計前應(yīng)重點(diǎn)改善河流水系的生態(tài)玄幻能力，改善河流水系的連通性能和消失的生態(tài)恢復(fù)，城市生態(tài)綠色發(fā)展必須以水系生態(tài)連通性能為基本前提。

對城市水系生態(tài)連通性利用靜態(tài)指標(biāo)法進(jìn)行定量分析，為進(jìn)一步提高評價結(jié)果科學(xué)合理性未來還需要考慮輸水能力、河流勢能等動態(tài)指標(biāo)綜合評價。