?？谑兴笛葑兲卣骷捌鋵^(qū)域環(huán)境的影響

蔣任飛，孔　蘭，王賢平，楊　磊

(1.中水珠江規(guī)劃勘測設計有限公司，廣州 510610；2.水利部珠江水利委員會水生態(tài)工程中心，廣州 510610；3.河海大學水文水資源學院，南京 210098)

城市水系是一個城市生態(tài)和文化的靈魂，在我國大力推進生態(tài)文明建設、全面推行河長制等新形勢下，河湖水系連通已經(jīng)受到高度重視[1，2]，同時，有關水系連通方面的研究也越來越成為國內(nèi)外學者關注的熱點問題[3-6]。本文通過深入分析?？谑胁煌甏牡匦螆D，通過AutoCAD軟件等計算分析了快速城市化背景下海口市城區(qū)不同時期的河網(wǎng)密度、水面率、支流發(fā)育系數(shù)等指標，研究了水系演變特征及其對區(qū)域環(huán)境的影響，為水系連通研究提供一種新的技術方法，并對開展新形勢下類似城市水系規(guī)劃及防洪排澇等提供參考。

1　水系演變特征研究方法

采用統(tǒng)一的水系參數(shù)結構體系，來分析水系演變特征。研究選取的水系參數(shù)主要包括河網(wǎng)密度Dd、水面率WSR、支流發(fā)育系數(shù)K3個指標。借助CAD等軟件，通過分析計算歷年的水系參數(shù)等，能量化分析水系演變。

河網(wǎng)密度Dd、水面率WSR是水系結構參數(shù)中最常見的參數(shù)，反應河道的數(shù)量特征，計算公式為公式(1)、(2)：

Dd=L/A

(1)

WSR=(Aw/A)×100%

(2)

式中：L為區(qū)域內(nèi)河道總長度；A為區(qū)域面積；Aw為流域內(nèi)河流和湖泊的總面積。

支流發(fā)育系數(shù)K代表支流、干流的發(fā)育程度，反映河流水系的結構特征，計算公式為公式(3)：

K=Lb/Lm

(3)

式中：Lb為支流的河流長度；Lm為主干河流長度。

2　海口市水系演變及原因分析

作者收集了國家測繪局印發(fā)的?？谑?960年1∶25 000地形圖、1965年1∶10 000?？谥鞒菂^(qū)部分地形圖、1978年1∶50 000地形圖，1986年1∶10 000主城區(qū)南渡江附近地形圖及2013年1∶10 000地形圖等資料。由于城市建設是水系變遷的主要原因，再加上間隔時間較長和歷史資料的缺失等因素的限制，本次研究的主要研究范圍為?？谑兄鞒菂^(qū)。

利用AutoCAD軟件，分別對1960、1965、1978、1986年的紙質地圖與2013年地形圖進行配準，對研究區(qū)主要水系(不含蝦塘、魚塘等)進行數(shù)字化。通過比對不同年份之間數(shù)字化結果，剖析水系演變特征。在比對?？诘匦螆D的同時，還參考和分析了?？谑械胤街?、普查資料、歷史資料等。海口市代表年份城區(qū)水系見圖1。

圖1　海口市代表年份城區(qū)水系圖Fig.1 Representative city water system map of Haikou City

考慮代表年共有的地形圖范圍，并以2013年的面積作為基準面積，計算該區(qū)域的面積以及各地形圖水系結構參數(shù)。該范圍東起南渡江左岸，西到秀英溝，北到瓊州海峽，南到白水塘，面積246.8 km2左右。計算結果見表1、圖2。

2.1　河網(wǎng)密度演變分析

2.1.1河網(wǎng)密度演變特征

從上述表格中可以看出，?？谑性诤泳W(wǎng)密度上小于其他地區(qū)，與深圳地區(qū)接近。?？趯儆诒辈繛I海平原區(qū)，由于匯流區(qū)較小，加之歷史上人為開鑿的因素，河流發(fā)育程度相比于長三角地區(qū)，珠三角要低。20世紀80年代之前，已存在河道填埋的現(xiàn)象，如朝船溝等，但同時有部分地區(qū)進行河道的整治，形成了固定的河道邊界，?？谑泻泳W(wǎng)密度基本保持不變。到2010年代，自然河流受到人類活動的干擾逐漸加強，水系結構發(fā)生變化?？傮w而言，城市化導致了不透水面積的增加，顯著影響了水系的數(shù)量，河網(wǎng)密度下降趨勢明顯。

2.1.2河網(wǎng)密度演變原因

(1)河道填埋、匯水范圍減少等因素導致河道消失。例如鴨尾溪河道被填埋、白水塘水面減少、板橋溪被填埋成為暗涵、海甸溪入?？诒惶盥竦龋拥篱L度和數(shù)量減少。

(2)圍海造田增加了新生河道。例如龍昆溝1965年以前未形成固定的河道形態(tài)，河道斷面不規(guī)整，河道沒有入海；1978年龍昆溝入?？谑窃畲屦B(yǎng)殖場，隨著?？诔鞘蟹秶粩鄶U大，逐漸轉變?yōu)槌鞘薪ㄔO用地，龍昆溝隨之從自然河道形態(tài)轉變?yōu)橹绷鯄π问剑?986年龍昆溝基本上形成了現(xiàn)狀的形態(tài)。電力溝1986年前該區(qū)域屬于瓊州海峽范圍，經(jīng)過不斷的填海之后形成了陸地，后期電力溝作為排海通道才逐漸形成。

(3)河道水庫新建等。根據(jù)水庫普查資料分析得出，1965年之前建成水庫有57座，包含羊山水庫、嶺北水庫、永莊水庫、沙坡水庫等，主要的城鄉(xiāng)生活、工礦企業(yè)供水水庫都已建成；1965-1978年建成水庫54座，包含鳳潭水庫、周仁水庫等。1978年-1986年建成水庫8座，1978-2011年建成水庫為10座。水庫的修建伴隨著部分河道的形成。

表1　海口市主城區(qū)與參考區(qū)域近50年水系變化表Tab.1 The water system changes of the main districts of Haikou City and the reference area nearly 50 years

圖2　?？谑兄鞒菂^(qū)水系結構參數(shù)變化圖Fig.2 The water system structural parameters changes in the main districts of Haikou City

(4)河道規(guī)整，塑造河道。例如鴨尾溪多以自然河道形態(tài)為主，斷面寬度不固定；1960-1978年河道形態(tài)形成，河道水系發(fā)達，河道沿程斷面不規(guī)則，水面寬度較寬，入海通道分為兩支，一支經(jīng)過白沙門上、下村流入白沙門港，另一支在當時的大英三、四隊處匯入海甸溪，最終入海；1986年鴨尾溪分為兩支，一支稱為白沙河，在白沙門上村河道截斷，穿過公路涵管流入養(yǎng)殖的魚、蝦塘，白沙門下村與白沙門上村之間河道消失，另一支鴨尾溪(1978年)從人民橋截斷，入海口至人民橋的河道已經(jīng)消失；2013年維持1978年河道的走向及形態(tài)，建成通海的五四路明渠，作為海甸島排水的通道，但河道斷面趨于直立護岸形態(tài)。

2.2　水面率演變分析

2.2.1水面率演變特征

由于?？谒挡蝗缰槿?、長三角水系發(fā)達，水面率相對而言較低，水面率隨著城市發(fā)展在逐漸減少。1980年之前河網(wǎng)密度基本不變，水面率減少主要體現(xiàn)在人為的侵占河道空間，導致河道寬度減少。2010年代，水面率降低主要體現(xiàn)在河道長度和河道寬度兩個維度，一方面河道長度在減少，一方面河道寬度在萎縮。

2.2.2水面率演變的原因

(1)河道裁彎取直，主要表現(xiàn)為自然形態(tài)的河道認為改造成人工河道。如美舍河，美舍河在瓦灶村附近的支流逐漸消失，河道萎縮，被建設用地侵占，河岸由不規(guī)整經(jīng)過整治變?yōu)橐?guī)整，局部河道存在裁彎取直的現(xiàn)象；現(xiàn)狀情況下，河道進一步順直，河道斷面趨于規(guī)則，上游地區(qū)河道斷面退化嚴重，從1986年的160 m到現(xiàn)狀的70 m。

(2)河道填埋、淤堵形成斷頭河，表現(xiàn)為河道長度變短，河道斷面縮小，支流大量減少，甚至完全消失；河道破碎分割，截斷為若干部分，形成斷頭浜、獨立的水塘等。如板橋溪、龍昆溝等。

(3)河道綜合服務價值提升。隨著城市建設的需要，河道兼顧了排水、供水及景觀等眾多功能，局部河道斷面和長度經(jīng)過規(guī)劃設計之后，有一定的拓寬和增加。部分河道由排洪功能變成排澇、排水功能；部分河道由生活供水、生產(chǎn)供水功能變成排水功能；部分河道新增加景觀和航運功能；部分水庫由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供水變成房地產(chǎn)開發(fā)或景觀旅游水庫。例如鴨尾溪、美崖水庫等。

(4)河道湖泊匯流面積減少，水域面積萎縮。由于城市化進程的加快，土地平整、用地分割、河道填埋、管網(wǎng)泵站建設等因素改變了自然的匯水格局，導致部分河道湖泊的匯水范圍有所減少，水面面積萎縮。例如白水塘等。

2.3　支流發(fā)育系數(shù)演變分析

?？谑兄Я靼l(fā)育系數(shù)由20世紀60年代的2.76下降到2010年代的1.13，下降趨勢明顯。支流大量消失，流域調蓄能力下降，帶來一系列洪澇問題等。如隨著城市發(fā)展，西側白水塘逐漸消失，東側白水塘(現(xiàn)在的白水塘)水面面積大幅萎縮，周邊龍橋公社、玉符大隊農(nóng)場，昌榮村附近水面消失；板橋溪1965年河道形態(tài)呈“L”型，1978年板橋溪嶺下村段附近河道被填埋，河道形態(tài)呈“L”型；五源河1965年之前有一座沙漠水庫，1978年之后該水庫消失。

?？诔鞘兴的壳岸嘁灾鞲闪鳛橹鳌：？谒档闹Я靼l(fā)育較差，與珠三角、長三角差距較大，一方面由于?？谄皆貐^(qū)面積較小，河道規(guī)模與珠三角、長三角有差距；另一方面由于支流水系在發(fā)展中河道逐漸消失，導致支流發(fā)育系數(shù)較低。河流水系在不受人類活動干擾下會自然地發(fā)育、演變，而城市建設侵占河道，末端河道遭到大量填埋，從而破壞原有的河流系統(tǒng)。

3　?？谑兴笛葑儗^(qū)域環(huán)境的影響

城市化建設等會造成水系面積與河道數(shù)量減少，一旦水系結構的衰減超過一定閾值，城市河流生態(tài)系統(tǒng)的自我調節(jié)能力遭到破壞，將帶來災難性后果。?？谑兴笛葑儗^(qū)域環(huán)境的影響主要包括：

(1)降低城市河網(wǎng)調蓄能力。水面積為河道常水位或者多年平均水位控制條件所計算的水體面積，水面積的多少一定程度上反映城市生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣，同時也體現(xiàn)城市防洪、排澇的綜合能力。海口市中心城區(qū)非主干中小河道顯著減少，河網(wǎng)水系結構日趨簡單。自然條件下形成的河道體系其自身調蓄功能良好，這種功能是與地質地貌等性質相適應的。人類活動將河道填埋或加以改道，必然會對天然的排水效果產(chǎn)生影響。水面率降低、河道間溝通減弱，會嚴重降低?？谑兄鞒菂^(qū)的調蓄能力，使?？谑蟹篮榕艥炒嬖谥薮蟮碾[患。

(2)減弱城市熱島效應的能力差。河流水體具有高熱容性、流動性以及河道風的流暢性，對?？谑袩釐u效應減弱具有顯著作用。作為海南省省會城市的?？谑校鞘袩釐u效比較嚴重。快速城市化導致?？谑兴档奈s減少，從而使?？谑兄鞒菂^(qū)的城市熱島效應難以通過水系得到緩解。收集了?？谑袦囟荣Y料，發(fā)現(xiàn)1971-2000年7、8月份平均最高氣溫分別為33.1、32.3 ℃，2011年7、8月份分別為36、35 ℃，2012年分別為35、33 ℃，2013年分別為34、34 ℃，2013年分別為34、36 ℃，2014年分別為35、36 ℃。從大趨勢看，?？谑谐鞘袣鉁赜性龈呲厔?。雖然城市溫度的提升雖然作用因素眾多，但與城市水面率的減少也是密切相關的。

(3)城市水環(huán)境惡化。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，生活污水、工業(yè)污水和養(yǎng)殖廢水的不達標排放造成水體污染嚴重，?？谑写蟛糠趾恿靼l(fā)黑發(fā)臭。近年來，?？谑泻拥榔毡橛操|化和規(guī)整化，河道控制寬度減小，河道本身減少了以往賴以行洪和維持生態(tài)流量的灘涂和濕地，河道納污容量降低，水環(huán)境問題進一步加劇[7]。

(4)濱水公共開敞空間萎縮。城市河道的消失伴隨著濱水空間的消失，城市居民數(shù)量正在逐漸擴張的趨勢下，可以用來娛樂和休憩的濱水公共開敞空間和斑塊日趨萎縮。同時隨著城市的發(fā)展，河道多為硬質護岸和直立擋墻，可被利用建設親水空間的區(qū)域越來越少，導致河道的親水性正在逐漸的退化。

4　結論與建議

由于城市化等因素的影響，20世紀60年代以來，河網(wǎng)密度、水面率、支流發(fā)育系數(shù)3個指標都有明顯的下降趨勢。影響河網(wǎng)密度演變的因素主要包括：①河道填埋、匯水范圍減少等因素導致河道消失；②圍海造田增加了新生河道；③河道水庫新建等；④河道規(guī)整，塑造河道。影響水面率演變的因素主要包括：①河道裁彎取直；②河道填埋、淤堵；③河道綜合服務價值提升；④河道湖泊匯流面積減少，水面面積萎縮。影響支流發(fā)育系數(shù)演變的因素主要是由于城市建設等人類活動侵占河道，末端河道遭到大量填埋，從而破壞原有的河流水系，支流水系在發(fā)展中逐漸消失導致支流發(fā)育系數(shù)降低。?？谑兴笛葑儗^(qū)域環(huán)境的影響主要包括：①降低城市河網(wǎng)調蓄能力；②減弱城市熱島效應的能力差；③城市水環(huán)境惡化；④濱水公共開敞空間急劇萎縮。該地區(qū)河流水系與人類活動的關系未達到“人水和諧”，且隨著城市化推進，急需及時拯救和保護河道，避免河流系統(tǒng)更加簡化，建議加強?？谑兴狄?guī)劃研究，建立合理的水系布局，增加水面率，加強水系的修復與保護，改善水環(huán)境等。

□

致謝：感謝《海口市水系規(guī)劃》項目組所有成員、感謝本文所參考資料的所有作者等給本研究的大力支持和幫助。

參考文獻：

[1]冼卓雁.海口市河湖水系連通及水資源配置研究[D].廣州：華南理工大學,廣州,2016.

[2]夏軍,高揚,左其亭,等.河湖水系連通特征及其利弊[J].地理科學進展,2012,(1):26-31.

[3]嚴春軍,楊大慶.上海市河網(wǎng)水系演變特征及對城市化過程的響應[J].人民長江,2014,45(11):40-43．

[4]竇明,靳夢,牛曉太,等.基于遙感數(shù)據(jù)的城市水系形態(tài)演變特征分析[J].武漢大學學報,2016,49(1):16-21．

[5]劉志龍,楊星.深圳城市水系建設探討[J].中國農(nóng)村水利水電,2013,(8):81-83.

[6]郭亞萍,李丹,曹濱,等.水量優(yōu)化調度對水系連通性的影響分析[J].中國農(nóng)村水利水電,2016,(12):109-114.

[7]?？谑协h(huán)境保護局.2014年?？谑协h(huán)境狀況公報[R].海口市:?？谑协h(huán)境保護局,2015.