納 月， 鄧 勇， 趙進(jìn)勇， 劉業(yè)森， 張 晶， 彭文啟

(1.中國水利水電科學(xué)研究院， 北京 100038； 2.揚(yáng)州市水利局， 江蘇 揚(yáng)州 225002)

1 研究背景

近年隨著經(jīng)濟(jì)社會的迅猛發(fā)展，越來越多的水利工程依“河流”而起，為人類提供多種多樣的物質(zhì)和生態(tài)服務(wù)，但在最大程度開發(fā)利用水資源的同時(shí)水利工程也改變了河湖的自然連通狀態(tài)[1]，其興建利于增強(qiáng)水系連通性。荷蘭在實(shí)施河湖連通工程后，費(fèi)呂沃湖(Lake Veluwe)的水質(zhì)得到顯著改善；美國將密西西比的河水引入龐恰特雷恩湖(Lake Pontchartrain)以遏制其周邊濕地的萎縮趨勢[2]。當(dāng)前，我國已建設(shè)完成了大量的引調(diào)水工程，如“南水北調(diào)工程”“杭州西湖引水工程”等[3]。但由于河湖水系在水文水資源、水動(dòng)力、生態(tài)環(huán)境、地形地貌、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面的復(fù)雜性[4-5]，造成連通前期的方案設(shè)置、連通度計(jì)算以及連通后效果改善評價(jià)均存在不確定性，因此，在生態(tài)文明的發(fā)展前提下亟需開展河流水系連通方案的優(yōu)選研究。

目前，眾多學(xué)者已在河湖水系連通方案優(yōu)選方面開展了大量的工作，包括基于生態(tài)景觀學(xué)與數(shù)學(xué)理論開展優(yōu)選決策方法及原理的研究[6]，利用水量水質(zhì)模型評價(jià)連通效果[7-8]，構(gòu)建水系格局與連通性指標(biāo)評價(jià)體系[9-11]，借助圖論法、網(wǎng)絡(luò)連通度構(gòu)建城市水系河網(wǎng)圖模型，進(jìn)行多閘門聯(lián)合調(diào)度研究[12]，分析多個(gè)不同情景布局下連通方案的優(yōu)劣等。也有學(xué)者建立了水資源配置模型，對比分析了不同連通方案下的供水能力，以供缺水量最小為目標(biāo)優(yōu)選方案[13]。但是國內(nèi)針對水系連通管理方案優(yōu)選平臺的決策研究較少，鹿星等[14]、陳晨等[15]分別基于優(yōu)化水資源配置的決策分析及流程，搭建了水資源配置系統(tǒng)的可視化分析平臺；趙進(jìn)勇等[16]在對生態(tài)修復(fù)的不確定性、負(fù)反饋調(diào)節(jié)原則的理解的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了河流生態(tài)修復(fù)負(fù)反饋式?jīng)Q策支持系統(tǒng)的框架?？傮w而言，已有研究多數(shù)是單一化的，缺乏考慮河網(wǎng)水量水質(zhì)變化過程及河湖水系地貌景觀的分析，因此，不易比較不同水系連通方案的實(shí)施效果。其次，已有的對于河湖水系連通方案的優(yōu)選方法多采用理論性或模型形式的隱形算法，在模塊銜接和結(jié)果展示方面并沒有借助軟件平臺進(jìn)行多種可能方案的選取及可視化的展示，無法實(shí)現(xiàn)對多種典型連通案例的管理。

本文以河湖水系連通的內(nèi)涵為依據(jù)，基于國內(nèi)外水系生態(tài)連通實(shí)踐案例的成功經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)了河湖水系連通“三層三庫三模塊”規(guī)劃布局方案優(yōu)選平臺(river layout and connecting platform for planning, RLCPP)，該平臺可進(jìn)行多種連通方案的設(shè)置、分析、比選，實(shí)現(xiàn)對河網(wǎng)水系的水量-水質(zhì)-生態(tài)耦合分析模型的集成與展示，可判斷水系總體布局的連通性，形成連通案例庫，以達(dá)到河湖水系連通路徑的優(yōu)選可視化及管理精細(xì)化的目的。平臺的綜合集成分析功能，有利于解決目前連通方案單一化、案例分散化的問題，為河湖水系生態(tài)連通總體布局方案的優(yōu)選提供系統(tǒng)化的建議。

2 方案優(yōu)選平臺構(gòu)建

面向流域河網(wǎng)的復(fù)雜性及河湖連通的不確定性，研發(fā)由“三層三庫三模塊”構(gòu)建而成的河湖水系生態(tài)連通總體布局方案優(yōu)選技術(shù)平臺如圖1所示。通過系統(tǒng)分析河湖水系的水文連通性，改進(jìn)完善連通規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，評選確定最佳連通路徑，研發(fā)綜合的河湖水系生態(tài)連通總體布局方案優(yōu)選技術(shù)，使得理論化的內(nèi)容變成可向用戶展示的平臺服務(wù)，突破河湖水系生態(tài)連通方案優(yōu)選的隱形算法計(jì)算的瓶頸。其中，“三層”包括數(shù)據(jù)支撐層、功能分析層及交互展示層；支撐層由數(shù)據(jù)庫、模型庫及案例庫“三庫”系統(tǒng)組成；功能層主要包含連通規(guī)劃方案優(yōu)選分析模塊、水量-水質(zhì)-生態(tài)耦合分析模型集成模塊及水系生態(tài)連通案例庫管理模塊，即“三模塊”。

圖1 方案優(yōu)選技術(shù)平臺總體框架

2.1 “三層”框架

以圖論連通度、數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)、景觀格局指數(shù)計(jì)算等理論作為基礎(chǔ)，延展出功能層、支撐層。圖論連通度是指將實(shí)際水系概化成圖模型，利用圖的性質(zhì)定量化分析水系連通度。景觀計(jì)算分析界面見圖2，圖2中景觀破碎化指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、景觀多樣性指數(shù)主要是對河湖水系地貌景觀進(jìn)行分析，通過對景觀格局的識別來分析河湖水系生態(tài)過程，直觀地表征生態(tài)水文連通性的強(qiáng)弱。

圖2 平臺景觀計(jì)算分析界面

支撐層包含整個(gè)平臺計(jì)算處理的數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)庫、案例庫及模型庫等“三庫”系統(tǒng)構(gòu)成，承擔(dān)平臺模型計(jì)算、方案優(yōu)選等功能所需要的軟件及硬件的操作環(huán)境[17]。支撐層作為“三層”框架的基礎(chǔ)，其儲存、管理、計(jì)算環(huán)境的順利運(yùn)行都是平臺能否實(shí)現(xiàn)后續(xù)功能的關(guān)鍵。

功能分析層由平臺的3個(gè)功能模塊組成，是平臺的關(guān)鍵部分。主要包括連通規(guī)劃方案優(yōu)選分析模塊、水量-水質(zhì)-生態(tài)耦合分析模型集成模塊及水系生態(tài)連通案例庫管理模塊等3個(gè)模塊， 3模塊功能相互銜接，環(huán)環(huán)相扣，通過優(yōu)選模型確定最佳布局方案，完成整個(gè)優(yōu)選的過程。

功能層及支撐層的耦合推進(jìn)了交互層的形成，作為平臺可視化的重要功能，交互展示層中技術(shù)人員將不可見的理論知識轉(zhuǎn)化成可見的操作系統(tǒng)，使計(jì)算過程及優(yōu)選結(jié)果清晰可見。通過可視化界面向用戶展示優(yōu)選技術(shù)平臺的完整操作。該模塊主要以示范推廣應(yīng)用為主，經(jīng)綜合分析，表現(xiàn)支撐層與功能層的相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)而發(fā)揮出平臺的經(jīng)濟(jì)效益及行業(yè)價(jià)值。

“三層”作為平臺的總體框架，串聯(lián)平臺內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)的各個(gè)要素，使河湖水系連通優(yōu)選從傳統(tǒng)的理論基礎(chǔ)演變成可操作的計(jì)算模塊，從隱形式的理論層面上升到可視化的服務(wù)器展示，各層次功能清晰，相輔相成，最終實(shí)現(xiàn)平臺的應(yīng)用推廣。

2.2 “三庫”系統(tǒng)

“三庫”主要包括數(shù)據(jù)庫、模型庫、案例庫。通過對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理保存及分析計(jì)算，為平臺提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，也為后續(xù)模型的調(diào)用計(jì)算及最終的案例優(yōu)選提供要素支撐。

數(shù)據(jù)庫主要包括基礎(chǔ)地理、調(diào)查資料、地貌景觀等數(shù)據(jù)內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫是平臺的重要基礎(chǔ)，它的精確與完善程度影響著下一步的模型計(jì)算結(jié)果及最終的優(yōu)選方案。

案例庫由國內(nèi)外典型實(shí)踐工程案例組成[18]。在優(yōu)選前期參照已有連通案例的成功經(jīng)驗(yàn)，針對性地提升改善初期方案。平臺目前共儲存國內(nèi)外案例117個(gè)，基本涵蓋了國內(nèi)建設(shè)完成的、建設(shè)進(jìn)行中、規(guī)劃建設(shè)的所有大、中型連通案例。如水資源調(diào)配為主的南水北調(diào)工程、以水生態(tài)環(huán)境修復(fù)保護(hù)為主的引江濟(jì)淮工程等。

模型庫主要提供平臺優(yōu)選時(shí)所調(diào)用的耦合分析模型，如水量-水質(zhì)-生態(tài)耦合分析模型、連通規(guī)劃優(yōu)選模型等，幫助完成模型集成功能。

2.3 “三模塊”功能

連通規(guī)劃方案優(yōu)選分析模塊、水量-水質(zhì)-生態(tài)耦合分析模型集成模塊及水系生態(tài)連通案例庫管理模塊組成了平臺三大功能模塊，其框架構(gòu)成見圖3。優(yōu)選分析模塊主要借鑒已有案例進(jìn)行連通方案優(yōu)選；模型集成模塊主要調(diào)用耦合分析模型；案例庫管理模塊主要進(jìn)行案例的上傳、展示、檢索，并采集與管理無人機(jī)數(shù)據(jù)。每一塊功能的菜單頁面的操作就是向用戶展示平臺使用的過程。

圖3 平臺功能模塊框架圖

(1)連通規(guī)劃方案優(yōu)選分析功能。優(yōu)選分析功能模塊利用地理信息系統(tǒng)(geographic information system, GIS)技術(shù)和圖論理論完成對河湖水系總體布局連通程度的定量分析計(jì)算及方案優(yōu)選，該模塊通過分析水系地貌景觀以及集成調(diào)用的水量-水質(zhì)-生態(tài)耦合分析模型，從連通性指數(shù)、經(jīng)濟(jì)可實(shí)現(xiàn)性、技術(shù)可操作性、連通有效性等方面，結(jié)合模型運(yùn)算結(jié)果對比多種連通方案，然后綜合確定總體布局方案的合理性。

模塊的主體功能區(qū)頁面主要包括菜單區(qū)、功能區(qū)以及分析結(jié)果顯示區(qū)，其中功能區(qū)包括工程管理、方案管理、水系連通度分析計(jì)算、圖層管理、評價(jià)結(jié)果展示以及導(dǎo)出、地貌分析等功能；結(jié)果顯示區(qū)包括鄰接矩陣、矩陣連通性、分析結(jié)論以及河湖水系連通狀況的地圖可視化展示，其功能主界面見圖4。

圖4 連通規(guī)劃方案優(yōu)選分析功能主界面

(2)水量-水質(zhì)-生態(tài)耦合分析模型集成功能。該功能模塊與模型庫銜接，通過查詢對比選取河湖水系已有的水量-水質(zhì)-生態(tài)耦合分析模型，借鑒已有模型案例的相關(guān)算法，對邊界條件、河網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地形條件等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析[19-21]，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的合成，并通過文本文件對接主要數(shù)據(jù)的輸入、輸出及計(jì)算需求，可精確地判斷連通后的河湖水系水量、水動(dòng)力及生態(tài)指標(biāo)因子的變化情況，為最優(yōu)連通方案的確定提供科學(xué)依據(jù)。

(3)水系生態(tài)連通案例庫管理功能。系統(tǒng)主要對國內(nèi)外水系生態(tài)連通案例進(jìn)行存儲、刪改、檢索、編輯等操作(管理功能界面見圖5)，面向的對象為管理員和普通用戶，功能包括案例輸入、搜尋、呈現(xiàn)、案例管理及權(quán)限管理。案例輸入主要將新收集到的工程實(shí)踐案例收錄到平臺中。案例搜尋可通過對地區(qū)、流域、類型等條件進(jìn)行篩選，也可在搜索框輸入地理位置或者水系名稱模糊檢索相應(yīng)的案例，結(jié)果以表格的形式展示，并通過網(wǎng)頁展示案例的詳細(xì)信息。案例呈現(xiàn)主要是對系統(tǒng)中已經(jīng)收錄的典型案例進(jìn)行查看。案例管理主要實(shí)現(xiàn)修改、補(bǔ)充或刪除已有案例的操作。權(quán)限管理主要是指對使用用戶進(jìn)行信息管理。正常使用用戶只能查看案例和修改密碼，管理員可以進(jìn)行案例上傳、編輯，查看案例以及修改操作用戶的權(quán)限和密碼等。

2.4 信息流

平臺管理存儲收集到的國內(nèi)外案例形成水系生態(tài)連通案例庫。將試點(diǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)包括河流屬性相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入平臺，對區(qū)域水系、湖泊等連通要素進(jìn)行分解組合，查詢案例庫，給出相似案例連通狀況，并利用圖論邊連通度判斷河湖水系的連通性。通過調(diào)用水量-水質(zhì)-生態(tài)耦合分析模型，對接平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入、輸出處理。借助土地利用圖斑數(shù)據(jù)，分析河湖景觀破碎化指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、景觀多樣性指數(shù)等多種參數(shù)，研究河湖水系地貌景觀。從增加通道、拆除閘壩、生態(tài)調(diào)度等方面設(shè)置可采用的調(diào)整方案，形成規(guī)劃布局方案集。通過計(jì)算不同連通方案的連通度，得到多種參數(shù)設(shè)置下河湖水系生態(tài)連通總體布局的連通度，綜合確定總體布局方案?；趯Χ喾N類型模型的審查、比對、解析，開展水系連通規(guī)劃布局方案的最優(yōu)選擇，確定河湖水系生態(tài)連通總體布局最優(yōu)方案。其整個(gè)技術(shù)流程見圖6。

圖5 水系生態(tài)連通案例庫管理功能系統(tǒng)界面

圖6 平臺技術(shù)流程圖

3 案例應(yīng)用

3.1 應(yīng)用區(qū)域概況

揚(yáng)州市坐落于江蘇省中部地區(qū)，共有鄉(xiāng)鎮(zhèn)級及以上河流1 111條，河道總長6 060 km。揚(yáng)州市區(qū)河流水系復(fù)雜，較為重要的河流共有26條，如京杭大運(yùn)河、二道河、玉帶河等，其城區(qū)水系分布見圖7。京杭大運(yùn)河穿越揚(yáng)州城區(qū)，南水北調(diào)東線工程也自此引江北送，二者皆為平原河網(wǎng)的典型代表。分析揚(yáng)州市水系連通現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)其水系連通格局十分特別，大江大河與市內(nèi)河流連通較為緊密，存在多種多樣的水系連通情景，因此，揚(yáng)州市水系連通方案的制定較為復(fù)雜。揚(yáng)州市政府于2014年開始實(shí)施綜合整治工程，有計(jì)劃、分步驟地實(shí)施城市主干河道的水系連通工程，包括古運(yùn)河整治、瓜洲外排泵站建設(shè)及西北部水系、瘦西湖水系、七里河水系的連通工程等。結(jié)合實(shí)際情況，選取2015年為水系連通后的代表年進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

圖7 揚(yáng)州市水系分布圖

3.2 圖論邊連通度計(jì)算

根據(jù)揚(yáng)州市水系圖建立圖模型如圖8所示，利用圖論計(jì)算邊連通度，基于GIS辨析揚(yáng)州市主城區(qū)水系連通格局。依據(jù)市區(qū)境內(nèi)水網(wǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，選擇“九閘同開”涉及的揚(yáng)州閘、黃金壩閘等9個(gè)閘站，建立不同閘站關(guān)閉情景下的圖模型，水系連通度的計(jì)算結(jié)果見表1。

圖8 揚(yáng)州市主城區(qū)水系圖模型

表1 關(guān)閉不同閘站時(shí)的水系連通度計(jì)算結(jié)果

由表1的計(jì)算成果可看出，大運(yùn)河、古運(yùn)河、七里河、儀揚(yáng)河、趙家支溝等5條河流為關(guān)鍵性河道。黃金壩閘、揚(yáng)州閘、明月湖閘、平山堂泵站等4個(gè)揚(yáng)州市的關(guān)鍵閘壩決定了河網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整體連通性，將其關(guān)閉后整體連通度降低了50%，而其他閘站對河網(wǎng)結(jié)構(gòu)沒有影響。

3.3 水量-水質(zhì)-生態(tài)耦合分析模型集成

本次揚(yáng)州市水系模型建模區(qū)域?yàn)閾P(yáng)州市主城區(qū)河流，根據(jù)該區(qū)域現(xiàn)狀河道情況，對其概化，整個(gè)河網(wǎng)模型共107個(gè)斷面，20個(gè)河段，12個(gè)汊點(diǎn)，3個(gè)邊界水閘，6個(gè)節(jié)制閘，各邊界水閘及節(jié)制水閘見表2。

表2 揚(yáng)州市河網(wǎng)邊界水閘及節(jié)制水閘統(tǒng)計(jì)表

(1)初始條件。本文模擬的分級解法為四級聯(lián)解結(jié)合壓縮矩陣，無熱啟動(dòng)，初始水位采用所有邊界閘門第0 h的最低水位，初始流量為1 m3/s，計(jì)算時(shí)間步長為5 min，計(jì)算起始時(shí)間為0，模擬總時(shí)長為30 h，模型輸出時(shí)間步長為3 600 s，實(shí)時(shí)監(jiān)測采樣時(shí)間步長為300 s。

(2)邊界條件。模型河網(wǎng)邊界條件采用各邊界水閘外的水位邊界，邊界水閘和節(jié)制水閘調(diào)度規(guī)則按照設(shè)計(jì)工況形式進(jìn)行設(shè)置，水閘狀態(tài)按照各水閘的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。

(3)水動(dòng)力參數(shù)。水動(dòng)力主要參數(shù)包括差分系數(shù)值λ、重力加速度值、曼寧系數(shù)。

(4)水質(zhì)參數(shù)。水質(zhì)參數(shù)主要為污染物降解系數(shù)，本次僅模擬COD降解情況，根據(jù)查閱相關(guān)文件研究成果，最終確定降解系數(shù)取0.1 d-1。

連通前情景為未疏浚河道和邊界及節(jié)制水閘均開，進(jìn)水時(shí)達(dá)到控制水位即關(guān)閘；退水時(shí)開閘。連通后布局為清淤河道和揚(yáng)州閘定向引水，瓜洲閘、泗源溝閘定向排水，其他節(jié)制水閘全開，進(jìn)水時(shí)，達(dá)到控制水位即關(guān)閘；退水時(shí)，開閘。以累積流入和流出水量、水體滯留時(shí)間作為模擬指標(biāo)，建立揚(yáng)州平原河網(wǎng)一維水動(dòng)力模型，模擬河網(wǎng)在進(jìn)行水系連通工程前、后工況的水動(dòng)力特性，模擬結(jié)果見圖9及表3。

圖9 河網(wǎng)水系連通工程前、后累積流入、流出模擬結(jié)果

表3 邊界閘門引、排水流量 m3/s

圖9及表3的模擬結(jié)果表明，揚(yáng)州河網(wǎng)采取連通措施后，整個(gè)河網(wǎng)的水體流動(dòng)更加暢通，進(jìn)、出水能力增大，河道水體水動(dòng)力能力增加，累積流入、流出水量峰值連通前分別為3 782.79×104、3 593.65×104m3，連通后達(dá)到5 901.16×104、5 606.10×104m3。采取河道清淤、疏通開道等措施后，河道的整體進(jìn)水能力增加了56.0%，揚(yáng)州閘壩在連通前的過流水量為10.84 m3/s，連通后達(dá)到15.53 m3/s，瓜洲閘及泗源溝閘連通前排水量合計(jì)為10.40 m3/s，連通后為12.08 m3/s，河網(wǎng)連通前3個(gè)邊界閘門的總引水量為117×104m3，連通后的總進(jìn)水量達(dá)到167.70×104m3，連通后較連通前引水量增加了43.3%；河網(wǎng)水體更新速率連通前為每次6.54 d，連通后加快到每次3.47 d，提升了88.5%。

3.4 連通效果評價(jià)

以2013與2014年作為未連通情況，將2015年及以后的時(shí)間段視為河湖水系連通后情況，通過對比連通前、后揚(yáng)州市河湖水系的狀況對連通的影響進(jìn)行評價(jià)，技術(shù)平臺方案對比界面見圖10。揚(yáng)州市內(nèi)河網(wǎng)水系連通較接近主從型連通，即主要針對水系連通對揚(yáng)州市內(nèi)水網(wǎng)的影響，連通的目的是滿足主區(qū)域的某些要求，如豐富的水量、良好的水質(zhì)、自然的水文情勢等，在進(jìn)行河湖水系連通影響評價(jià)時(shí)，評價(jià)區(qū)域往往是所謂的“從區(qū)”，其影響表現(xiàn)為對水系所在流域的整體影響。

圖10 揚(yáng)州市水系生態(tài)連通規(guī)劃方案對比界面

基于揚(yáng)州市開展的“九閘同開，活水潤城”的水系連通工程，確定河湖水系連通后效果評價(jià)的規(guī)模界限為城區(qū)整個(gè)水系河網(wǎng)，連通的目的為實(shí)現(xiàn)景觀功能的提升。結(jié)合揚(yáng)州市水系一維水動(dòng)力耦合模型分析的換水周期及水質(zhì)現(xiàn)狀，指示性物種數(shù)量變化及社會層面的疾病傳播風(fēng)險(xiǎn)等指標(biāo)，同時(shí)考慮揚(yáng)州市城區(qū)河網(wǎng)的具體情況以及資料的可獲得性，建立了揚(yáng)州市河湖水系連通效果評價(jià)指標(biāo)體系，利用層次分析法確定要素權(quán)重。在對指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)時(shí)，將對單個(gè)指標(biāo)的評價(jià)分值范圍設(shè)定為[-1，1]，當(dāng)分值為負(fù)時(shí)，影響為負(fù)面；當(dāng)分值為正時(shí)，影響為正面。同時(shí)，在分值范圍[0，1]之間，以0.2為間隔，將正面影響區(qū)分為小、較小、中等、較大、大共5檔，各要素層及確定權(quán)重見表4。

(1)換水周期C1指標(biāo)評價(jià)。通過水動(dòng)力學(xué)模型分析計(jì)算連通前后的換水周期，連通前水體滯留時(shí)間為每次6.54 d，連通后降低為每次3.47 d。以連通后換水周期(C1后)與連通前換水周期(C1前)的比值作為評價(jià)閾值R，即：

(1)

表4 揚(yáng)州市河湖水系生態(tài)連通修復(fù)效果評價(jià)指標(biāo)體系

即當(dāng)河湖水系連通使換水周期減小1/2及以上時(shí)，認(rèn)為連通導(dǎo)致的水體置換效果顯著，將連通對換水周期的影響評價(jià)為“1.0分”；當(dāng)連通使換水周期減小1/4時(shí)，將連通對換水周期的影響評價(jià)為“0.5分”，依此類推。具體評價(jià)分值見表5。經(jīng)上式計(jì)算，連通對換水周期(水力滯留時(shí)間)的影響評價(jià)得分為0.94。

(2)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率C2指標(biāo)評價(jià)。對揚(yáng)州市水功能區(qū)水質(zhì)監(jiān)測斷面結(jié)果的評價(jià)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2013-2015年揚(yáng)州市河湖水系連通影響區(qū)內(nèi)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)情況如表6所示。

表5 連通對換水周期C1指標(biāo)的影響評價(jià)閾值R

表6 2013-2015年揚(yáng)州市河湖水系連通影響區(qū)內(nèi)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)情況 %

表7 揚(yáng)州市河湖水系連通影響區(qū)內(nèi)各斷面富營養(yǎng)化指數(shù)

2013年及2014年連通區(qū)內(nèi)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率分別為44.4%和43.1%；2015年連通后達(dá)標(biāo)率為48.6%。連通后評價(jià)范圍內(nèi)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率平均提升了4.8%。即水質(zhì)達(dá)標(biāo)率C2的影響評價(jià)得分為0.48。

(3)富營養(yǎng)化指數(shù)C3指標(biāo)評價(jià)。依據(jù)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，使用《地表水資源質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)程》[22]中的指數(shù)法計(jì)算揚(yáng)州市連通影響區(qū)內(nèi)各水質(zhì)監(jiān)測斷面在連通前(2013-2014年)、連通后(2015年)的富營養(yǎng)化指數(shù)，如表7所示。

由表7可知，連通前揚(yáng)州市連通影響區(qū)內(nèi)富營養(yǎng)化指數(shù)均值為55.05，連通后為58.70，均介于50～60之間，為輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)?？芍B通對富營養(yǎng)化指數(shù)的影響很小，略偏負(fù)面。依據(jù)評價(jià)準(zhǔn)則，認(rèn)為連通對富營養(yǎng)化指數(shù)的影響為零。

(4)指示性物種生境狀況C4指標(biāo)評價(jià)。連通后由底棲生物和著生藻類表征的連通性顯著增加，從底棲生物狀況看，連通后揚(yáng)州市河網(wǎng)地區(qū)生境質(zhì)量有明顯的改善，可將對生境狀況指標(biāo)C4的影響評價(jià)為0.60分。

(5)涉水疾病傳播風(fēng)險(xiǎn)C5指標(biāo)評價(jià)。該指標(biāo)指涉水疾病通過河湖水系連通在區(qū)域上擴(kuò)散、在程度上加重的可能性。揚(yáng)州市城市河網(wǎng)在“九閘同開、活水潤城”行動(dòng)之前就與大運(yùn)河、古運(yùn)河、長江等外部河流處于連通狀態(tài)，因此，可認(rèn)為水系連通對涉水疾病傳播風(fēng)險(xiǎn)C5指標(biāo)的影響為零。

(6)景觀舒適度C6指標(biāo)評價(jià)。揚(yáng)州市通過實(shí)施水系連通，營造了河道水域沿岸帶及水域范圍內(nèi)的美好景觀，從現(xiàn)場調(diào)查來看，連通對景觀的提升效果明顯。因此，連通對景觀舒適度C6指標(biāo)的影響可評價(jià)為1.00分。

通過建立包含換水周期、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、富營養(yǎng)化指數(shù)、指示性物種生境狀況、涉水疾病傳播風(fēng)險(xiǎn)、景觀舒適度等6項(xiàng)指標(biāo)的揚(yáng)州市水系連通后評估體系，利用層次分析法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，最終6項(xiàng)指標(biāo)分別得分為0.94、0.48、0、0.60、0、1.00，總評分為0.51，綜合評價(jià)可知揚(yáng)州市水系連通整體效果較好。

4 結(jié) 論

河湖水系連通是維持河湖生態(tài)系統(tǒng)健康的重要手段。但由于水系連通的復(fù)雜性及不可預(yù)測性，缺乏綜合性的可視化分析手段確定方案的優(yōu)劣。針對目前河湖水系生態(tài)連通方案評估現(xiàn)狀及所存在的問題，研發(fā)河湖水系連通“三層三庫三模塊”規(guī)劃布局方案優(yōu)選平臺，主要得出以下3點(diǎn)結(jié)論：

(1)以河湖水系生態(tài)連通技術(shù)數(shù)據(jù)及科學(xué)理論為基礎(chǔ)，利用分析管理技術(shù)、地理信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析處理技術(shù)、開發(fā)軟件功能集成技術(shù)，結(jié)合耦合模型數(shù)字分析手段，研發(fā)了河湖水系連通“三層三庫三模塊”規(guī)劃布局方案優(yōu)選平臺。

(2)通過對揚(yáng)州市市區(qū)水系連通度的計(jì)算及水動(dòng)力模型的耦合，篩選了揚(yáng)州市水系連通的優(yōu)選方案，并進(jìn)行了連通后評估，驗(yàn)證了平臺部分功能的實(shí)用性及可操作性。

(3)平臺對河湖水系連通方案優(yōu)選及空間布局確定起到支撐作用，并給出可視化的展示，操作界面友好，可用于河湖生態(tài)健康、河湖空間管控方案篩選等決策過程，有效加快了數(shù)字化河湖建設(shè)進(jìn)程。后續(xù)會將連通后的河湖健康評價(jià)加入到優(yōu)選模塊設(shè)計(jì)中，擴(kuò)展平臺的功能。