遼陽市中型河流水系形態(tài)指標(biāo)定量分析

齊 麗

(法庫(kù)縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣與行政執(zhí)法中心，遼寧 法庫(kù) 110400)

0 引 言

水系形態(tài)是河道治理設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，水系形態(tài)主要包括河流長(zhǎng)度、集水面積、水系密度、水系環(huán)度、節(jié)點(diǎn)連接率、水系連通度等指標(biāo)[1]。這些指標(biāo)大都傳統(tǒng)采用實(shí)地測(cè)量的方式進(jìn)行分析。而近些年來，隨著地理信息技術(shù)的發(fā)展，遙感影像數(shù)據(jù)逐步被應(yīng)用于河流水系形態(tài)指標(biāo)的提取[2-9]。這些研究成果表明通過高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)的提取，可以較好的完成水系形態(tài)指標(biāo)的量化和分析，成為區(qū)域河道水系形態(tài)指標(biāo)量化分析的一種重要方式[10]。當(dāng)前，河道水系形態(tài)指標(biāo)的分析已在國(guó)內(nèi)展開不同程度的研究[11-14]，這些研究成果均表明河道水系形態(tài)指標(biāo)的變化和城市化之間具有較大的關(guān)聯(lián)度，在分析水系形態(tài)指標(biāo)的同時(shí)需要分析城市化對(duì)其形態(tài)指標(biāo)的影響，從而調(diào)整城市化發(fā)展規(guī)劃的方向，提高城市水系健康發(fā)展的程度。

1 研究方法

為對(duì)城市水系連通功能進(jìn)行評(píng)估，首先需要對(duì)水系形態(tài)進(jìn)行分析，形態(tài)指標(biāo)結(jié)構(gòu)體系見表1。文章采用遙感影像對(duì)各形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行提?。?/p>

表1 河流水系形態(tài)指標(biāo)體系

NDWI=(Green-NIR)/(Green+NIR)

(1)

式中：NDWI為水體差異化指數(shù)；Green為遙感影像的的第二個(gè)波段；NIR為遙感影像的的第五個(gè)波段。水系密度提取方程為：

(2)

式中：Ri為水系密度；Li為第i段河段的長(zhǎng)度，km；M為河流條數(shù)；Ar為水系連通面積，km2。水面比例提取方程為：

(3)

式中：rp為提取的水面比例，%；Aw為水域面積，km2。水系環(huán)度提取方程為：

(4)

式中：a為提取的水系系環(huán)度；n為水系數(shù)目；v為水系連通節(jié)點(diǎn)數(shù)。節(jié)點(diǎn)連接比例提取方程為：

(5)

在水系連通節(jié)點(diǎn)連接率基礎(chǔ)上，對(duì)連通度進(jìn)行計(jì)算：

(6)

式中：r為連通度。文章結(jié)合雙變量方法對(duì)各指標(biāo)相關(guān)性進(jìn)行計(jì)算：

(7)

yt=β0+β1xt1+β2xt2+…+βkxtk+ut

(8)

式中：yt為水系連通閾值；xt1,xt2…xtk為形態(tài)指標(biāo)；u為隨機(jī)誤差；k為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

2 遼陽水系概況

以遼陽市為具體實(shí)例，遼陽地處E122°35′-123°41′，N40°42′-41°36′，流經(jīng)遼陽市10km2以上河流共計(jì)131條，其中，山地河流121條，平原河流10條。在山地河流中，流域面積5000km2以上河流2條，1000-5000km2河流3條，100-1000km2河流10條，50-100km2河流12條，10-50km2河流94條；主要河流有渾河、太子河、湯河、蘭河、北沙河等。

3 數(shù)據(jù)來源

遼陽市城市化發(fā)展水平從其對(duì)水系功能影響上主要體現(xiàn)在土地利用方式及功能的變化，阜新市土地利用變化數(shù)據(jù)主要來源于統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，河流形態(tài)指標(biāo)提取主要基于MODIS遙感影像數(shù)據(jù)，通過遙感影像處理后，對(duì)各形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行提取分析。

4 水系形態(tài)指標(biāo)雙側(cè)檢驗(yàn)

結(jié)合遼陽市城市化發(fā)展土地類型變化比例數(shù)據(jù)，采用雙變量分析方法對(duì)錦州市不同水系形態(tài)指標(biāo)與各土地利用類型指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 遼陽市城市化水平和形態(tài)指標(biāo)雙變量檢驗(yàn)結(jié)果

在遼陽市水系形態(tài)指標(biāo)提取后，重點(diǎn)分析城市化土地利用方式對(duì)河流水系形態(tài)指標(biāo)的影響，從影響分析結(jié)果可看出，不同城市化水平對(duì)河流水系形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)度不同，從各指標(biāo)中可看出，工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水與遼陽市各水系形態(tài)指標(biāo)的雙變量檢驗(yàn)的相關(guān)系數(shù)均較高，可通過該95%的顯著檢驗(yàn)水平。而其他用地和道路廣場(chǎng)對(duì)各水系形態(tài)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度均較低，均未能達(dá)到雙變量90%的顯著檢驗(yàn)水平。從各形態(tài)指標(biāo)分析可看出，河流長(zhǎng)度和農(nóng)業(yè)、工業(yè)用地的關(guān)聯(lián)度較高，和城市綠地關(guān)聯(lián)度較低。而水域面積受到工業(yè)用地影響也較高，隨著工業(yè)用地的增加，河流水域面積有所擠占。水面比例和水域面積有著直接的關(guān)聯(lián)度，水域面積越大，水域面積比例越高。水系環(huán)度主要受到城市河道整治的綜合影響。節(jié)點(diǎn)連接率與城市綠地為負(fù)相關(guān)，雙變量檢驗(yàn)均未達(dá)到90%的顯著相關(guān)水平。水系連通度和水系環(huán)度具有相似性，兩種形態(tài)指標(biāo)和城市功能用地的相關(guān)性均較低。

5 水系功能與形態(tài)指標(biāo)相關(guān)性分析

結(jié)合遼陽市水系連通8個(gè)主要功能的數(shù)據(jù)，對(duì)水系連通功能指標(biāo)及形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行雙變量相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表3所示。

表3 錦州市水系連通功能指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)的雙變量相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從遼陽市8個(gè)水系連通功能指標(biāo)分析結(jié)果可看出，城鎮(zhèn)供水比例與水域面積以及節(jié)點(diǎn)連接率達(dá)到95%的顯著檢驗(yàn)生物多樣性指數(shù)、河道通航功能指標(biāo)與水系連通度、環(huán)度以及節(jié)點(diǎn)連接率顯著相關(guān)，與水系連通度、環(huán)度達(dá)到95%的雙側(cè)顯著檢驗(yàn)水平，與節(jié)點(diǎn)連接率達(dá)到90%的雙側(cè)檢驗(yàn)水平。濕地面積變化率、水庫(kù)調(diào)節(jié)能力、親水舒適度以及斷流比例與各形態(tài)指標(biāo)的顯著相關(guān)度不高。

6 形態(tài)指標(biāo)閾值分析

遼陽水系連通形態(tài)指標(biāo)閾值確定首先結(jié)合區(qū)域水資源公報(bào)和統(tǒng)計(jì)年鑒的歷史數(shù)據(jù)。同時(shí)結(jié)合水資源規(guī)劃以及城市總體發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)，采用差值方法對(duì)城市化水平下的水功能需求目標(biāo)進(jìn)行確定。最后結(jié)合構(gòu)建的定量方程對(duì)滿足水功能需求目標(biāo)進(jìn)行反推，從而得到水系連通形態(tài)指標(biāo)的閾值范圍。結(jié)合區(qū)域水系規(guī)劃數(shù)據(jù)對(duì)閾值范圍進(jìn)行驗(yàn)證，若結(jié)果合理則規(guī)劃值和理論值具有一定的吻合度。具體計(jì)算步驟為結(jié)合功能指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)分析結(jié)果，建立功能指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)的多元回歸方程，結(jié)合SPSS軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)，再確定方程的常數(shù)和系數(shù)項(xiàng)，通過以上步驟確定整個(gè)多元回歸方程組，如表4所示。

表4 錦州市水系連通功能指標(biāo)與形態(tài)指標(biāo)的多元回歸方程

結(jié)合遼陽市水系規(guī)劃數(shù)據(jù)可看出，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、生物多樣性、城鎮(zhèn)供水比和各形態(tài)指標(biāo)之間具有較好的相關(guān)性，從各功能指標(biāo)與水系形態(tài)指標(biāo)的多元回歸方程可看出，河流長(zhǎng)度和各功能指標(biāo)之間的回歸系數(shù)總體在0.0026-0.0078之間，水域面積和各功能指標(biāo)之間的回歸系數(shù)在-0.007-0.009之間，水系密度和各功能指標(biāo)的多元回歸系數(shù)在1.847-2.174之間，節(jié)點(diǎn)連接率和各功能指標(biāo)之間的回歸系數(shù)在0.069-1.625之間，水系連通度和水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、生物多樣性以及城鎮(zhèn)供水比之間的回歸系數(shù)介于0.252-7.252之間。水系連通節(jié)點(diǎn)連接率在1.48-2.23，水系環(huán)度在0.0162-0.6316之間，可見文章基于城市功能目標(biāo)下確定的水系連通各指標(biāo)閾值范圍均符合遼陽市城市水系連通規(guī)劃指標(biāo)。文章確定的各水系連通指標(biāo)閾值較為合理。

7 分析結(jié)論

1)工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水與遼陽市各水系形態(tài)指標(biāo)的雙變量檢驗(yàn)的相關(guān)系數(shù)均較高，可通過該95%的顯著檢驗(yàn)水平。而其他用地和道路廣場(chǎng)對(duì)各水系形態(tài)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度均較低，均未能達(dá)到雙變量90%的顯著檢驗(yàn)水平；

2)水系連通度、環(huán)度達(dá)到95%的雙側(cè)顯著檢驗(yàn)水平，與節(jié)點(diǎn)連接率達(dá)到90%的雙側(cè)檢驗(yàn)水平。濕地面積變化率、水庫(kù)調(diào)節(jié)能力、親水舒適度以及斷流比例與各形態(tài)指標(biāo)的顯著相關(guān)度不高；

3)基于城市功能目標(biāo)下確定的水系連通各指標(biāo)閾值范圍均符合遼陽市城市水系連通規(guī)劃指標(biāo)。文章確定的各水系連通指標(biāo)閾值較為合理。