基于綜合生態(tài)連通度對(duì)城市水系生態(tài)格局定量評(píng)價(jià)及改善措施探析

李長(zhǎng)存

(沈陽(yáng)市遼中區(qū)水利建筑工程公司，遼寧 沈陽(yáng) 110200)

當(dāng)前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市水系的連通性也受到不同程度的影響，城市水系的連通性是水系生態(tài)的重要組成部分。當(dāng)前，對(duì)于河流水系連通性的研究也逐步得到國(guó)內(nèi)許多學(xué)者的關(guān)注，對(duì)于河流水系的連通性評(píng)價(jià)成果及方法也有較多[1- 6]，但是這些成果對(duì)于城市水系生態(tài)連通性評(píng)價(jià)的成果還較少，近些年來(lái)，城市河流生態(tài)保護(hù)也逐步成為研究熱點(diǎn)，對(duì)城市水系連通性進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，是對(duì)城市水系進(jìn)行生態(tài)保護(hù)規(guī)劃的重要支撐。為此本文結(jié)合水系生態(tài)連通評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)計(jì)算方法[7- 10]，以遼寧地區(qū)某平原城市為研究實(shí)例，應(yīng)該水系生態(tài)連通評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)平原城市水系的生態(tài)格局進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，并結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果，提出相應(yīng)的改善措施，研究成果對(duì)于城市水系的生態(tài)規(guī)劃具有重要的參考和借鑒價(jià)值。

1 水系生態(tài)連通指標(biāo)計(jì)算方法

水系生態(tài)連通指標(biāo)包括河網(wǎng)密度、河頻率、河面寬度比率、網(wǎng)絡(luò)環(huán)通度、水系節(jié)點(diǎn)率以及網(wǎng)絡(luò)連通度共6個(gè)指標(biāo)，其中河網(wǎng)密度的計(jì)算公式為：

(1)

式中，Rd—河網(wǎng)的密度，km/km2；Li—河流的長(zhǎng)度，km；A—計(jì)算面積，km2；n—研究河流的數(shù)目(條)。

河頻率的計(jì)算公式為：

(2)

式中，Rb—河頻率，即為河流的發(fā)育狀況。

河面寬度比率的計(jì)算公式為：

(3)

式中，Wp—河流寬度比率；AN—計(jì)算區(qū)域的總面積，km2。

城市水系的網(wǎng)絡(luò)環(huán)通度采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

(4)

式中，a—城市水系的環(huán)通度；M—城市連接的廊道數(shù)量(條)；V—水系節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

水系節(jié)點(diǎn)率采用以下計(jì)算公式進(jìn)行分析：

(5)

式中，β—水系節(jié)點(diǎn)率，是反映水系連通強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。

水系網(wǎng)絡(luò)連通度的分析公式為：

(6)

式中，γ—水系網(wǎng)絡(luò)連通度評(píng)價(jià)指數(shù)；Mmax—最大的廊道數(shù)量。

表1 區(qū)域水利規(guī)劃前后河流水系特征對(duì)比結(jié)果

注：GHQ表示規(guī)劃前；GHH表示規(guī)劃后；XZ表示相差比例。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 實(shí)例概況

以遼寧某城市為研究區(qū)域，區(qū)域主要的城市水系分布位置如圖1所示，區(qū)域總的面積為97.58km2，區(qū)域內(nèi)主要分為10個(gè)水利片區(qū)，各片區(qū)水系規(guī)劃前后的河流特征見(jiàn)表1。規(guī)劃后，河流水系的連通性得到一定程度的改善，各水利片區(qū)河流連接廊道以及水系連接點(diǎn)得到一定程度的增加，為分析規(guī)劃前后區(qū)域水系連通性的改善度，依據(jù)水系連通度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)該城市水系的連通性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

圖1 區(qū)域水利片區(qū)分布

2.2 規(guī)劃前后水系生態(tài)連通指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

依據(jù)水系生態(tài)連通評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)區(qū)域城市水系規(guī)劃前后的連通指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算分析，見(jiàn)表2—3。

表2 區(qū)域規(guī)劃前水系連通結(jié)構(gòu)及連通性指標(biāo)

表3 區(qū)域規(guī)劃后水系連通結(jié)構(gòu)及連通性指標(biāo)

從表2—3中可以看出，在城市水系規(guī)劃后，各水系結(jié)構(gòu)和生態(tài)連通性指標(biāo)得到明顯改善，水系寬度、水面率以及河流密度均得到一定程度改善，其中水面率相比于規(guī)劃前，提高5%～15%，河流密度提高約為5%～6%之間，在水系結(jié)構(gòu)指標(biāo)改善的同時(shí)，河流水系的連通性指標(biāo)也得到一定程度的改善。從水系網(wǎng)通度、節(jié)點(diǎn)率以及節(jié)點(diǎn)的連通度均得到一定程度的改善，水系網(wǎng)通度相比于規(guī)劃前平均提高近6%，節(jié)點(diǎn)率均值平均提高7%，這兩個(gè)指標(biāo)的改善，也使得區(qū)域城市河流水系的連通度均值提高15%。

2.3 規(guī)劃前后水系生態(tài)指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果

在區(qū)域城市水系河流連通指標(biāo)計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)水系連通的各個(gè)指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行分析，見(jiàn)表4—5。

表4 水系連通各指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果(規(guī)劃前)

表5 水系連通各指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果(規(guī)劃后)

從表4—5中可看出，城市水系連通各指標(biāo)在水系規(guī)劃前后的相關(guān)性較為一致，從相關(guān)性分析結(jié)果可看出，水系結(jié)構(gòu)指標(biāo)中河網(wǎng)密度與河頻率具有最佳的相關(guān)性，2個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度較高，而節(jié)點(diǎn)率與水系網(wǎng)通度相關(guān)性最佳，且對(duì)區(qū)域水系的連通性影響最為顯著，因此在城市水系連通規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注重河網(wǎng)密度與河頻率的改善度，提高水系密度的同時(shí)保障水系生態(tài)發(fā)育的程度，提高區(qū)域節(jié)點(diǎn)率來(lái)保障水系網(wǎng)通度的相關(guān)性。

2.4 規(guī)劃前后水系生態(tài)指標(biāo)主成分分析結(jié)果

結(jié)合主成分分析方法對(duì)各影響的主成分進(jìn)行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表6—8。

表6 水系連通指標(biāo)解釋總方差(規(guī)劃前)

表7 水系連通指標(biāo)解釋總方差(規(guī)劃后)

表8 各主成分矩陣評(píng)定計(jì)算結(jié)果

從表6—7中可看出，規(guī)劃前后，城市水系連通的各個(gè)指標(biāo)具有較為一致的主成分分析結(jié)果，河網(wǎng)密度、河頻率以及水面率的主成分最高，隨著城市化的不斷發(fā)展，區(qū)域水系數(shù)目呈現(xiàn)一定的下降變化趨勢(shì)，區(qū)域水系連通規(guī)劃的目的在于調(diào)整河流水系的數(shù)目，改善水系連通的性能。第一大主成分可以更為直觀的反映區(qū)域城市河流水系的連通性能，而第二大主成分是對(duì)城市河流水系連通性能進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)。分析的成果可以為城市河流水系連通性能的改善，提高區(qū)域防洪減災(zāi)的能力，對(duì)河流生態(tài)景觀以及水質(zhì)狀況進(jìn)行改善提供重要的參考價(jià)值。

3 改善措施分析

(1)河道清淤。河道內(nèi)的垃圾及岸坡雜物使得河道內(nèi)淤積較為嚴(yán)重，使得河道過(guò)流能力銳減，因此需要對(duì)河道內(nèi)的垃圾及卡口的雜物進(jìn)行清理，擴(kuò)大河道過(guò)流的能力，使得水流通暢，從而提高各個(gè)水利片區(qū)的水系連通性。

(2)生態(tài)護(hù)坡建設(shè)。區(qū)域內(nèi)各河道水系目前以自然護(hù)坡形式為主，水土流失現(xiàn)象較為嚴(yán)重，使得各河流水系存在一定的防洪風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)各河流水系進(jìn)行生態(tài)護(hù)坡建設(shè)，建立各水系的生態(tài)廊道，保障各水系的生態(tài)連通性。

(3)水閘調(diào)控。應(yīng)注重區(qū)域內(nèi)各水閘的優(yōu)化調(diào)控性，發(fā)揮各水閘作為水系連通的重要樞紐，主要水閘應(yīng)處于常時(shí)間開(kāi)啟狀態(tài)，而其他非重要性的水閘應(yīng)盡量進(jìn)行有效控制進(jìn)行關(guān)閉。

4 主要結(jié)論

(1)通過(guò)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，城市水系規(guī)劃設(shè)計(jì)前，需要對(duì)城市河流水系水生態(tài)循環(huán)能力進(jìn)行重點(diǎn)改善，應(yīng)逐步對(duì)消失的城市河流水系進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)和連通性能的改善，水系生態(tài)連通性能是城市生態(tài)綠色發(fā)展的必要前提。

(2)本文主要采用靜態(tài)指標(biāo)來(lái)對(duì)城市河流水系的生態(tài)連通性進(jìn)行評(píng)價(jià)，在以后的研究中還需結(jié)合河道勢(shì)能以及輸水能力等動(dòng)態(tài)指標(biāo)進(jìn)行分析，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更為合理。