遼河口潮灘潮溝形態(tài)特征與水文連通強(qiáng)度評價(jià)

陳旭，秦夢恩，賈莉園，周運(yùn)浩，郭凱元，姜博，張明亮，2 *

(1.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.遼寧省近海生態(tài)環(huán)境與災(zāi)害防護(hù)工程技術(shù)創(chuàng)新中心，遼寧 大連 116023)

潮灘濕地是位于陸地與海洋生態(tài)系統(tǒng)間的過渡地帶，是在復(fù)雜水動(dòng)力侵蝕與泥沙沉積共同作用下形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)[1]。潮溝是濕地上最活躍的微地貌類型單元，廣泛分布于潮汐水動(dòng)力較強(qiáng)的淤泥質(zhì)海岸[2]，其作為連接外海與潮灘濕地的潮汐水道，承擔(dān)著營養(yǎng)物輸送、泥沙遷移等任務(wù)，有效維持了潮灘濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定[3-4]。了解和認(rèn)識潮溝形態(tài)特征，進(jìn)而評價(jià)潮灘濕地上潮溝網(wǎng)絡(luò)水文連通度和發(fā)育程度，對潮灘濕地的保護(hù)和修復(fù)具有重要意義，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題之一。

在國外，針對潮溝的形態(tài)學(xué)研究早在20世紀(jì)初就已開始。Wilson[5]提出了潮溝的概念并定義為穿過潮灘沼澤的小型潮汐水道。20世紀(jì)中期，Strahler[6]對河流進(jìn)行分級，并定義了河流的分汊率、排水密度等相關(guān)形態(tài)特征參數(shù)。隨后，相關(guān)學(xué)者將河流分級理論應(yīng)用到潮灘濕地的潮溝形態(tài)特征研究中，其中，Chirol等[7]利用一種半自動(dòng)潮溝形態(tài)特征提取算法，成功提取了英國13個(gè)潮灘濕地上潮溝的形態(tài)特征參數(shù)，評估了潮灘濕地潮溝網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育程度。在國內(nèi)，對潮溝形態(tài)特征的研究分為兩個(gè)階段：第一階段主要利用實(shí)地監(jiān)測、地圖學(xué)等方法，定性描述潮溝的形態(tài)分布規(guī)律，如張國棟等[8]通過實(shí)地調(diào)查與室內(nèi)分析率先對蘇北潮灘上潮溝的發(fā)育特征進(jìn)行了研究，張忍順等[9]基于研究區(qū)域地形地貌特征定性分析了江蘇沿海潮灘濕地潮溝的形成原因與形態(tài)發(fā)育特點(diǎn)；第二階段主要是借助遙感技術(shù)定量統(tǒng)計(jì)潮溝的形態(tài)特征參數(shù)，如于小娟等[10]計(jì)算了1989—2016年黃河口濕地潮溝的曲率、頻數(shù)和網(wǎng)絡(luò)連通度等形態(tài)指標(biāo)的變化，分析了潮溝的發(fā)育過程與水文連通特征，勞聰聰?shù)萚11]統(tǒng)計(jì)了長江口九段沙濕地潮溝網(wǎng)絡(luò)的長度、數(shù)量等形態(tài)特征參數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢。然而，現(xiàn)有研究多利用中分辨率遙感影像計(jì)算潮溝各形態(tài)特征參數(shù)，該影像分辨率較低，難以識別細(xì)小潮溝，不利于潮溝形態(tài)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)。因此，使用高分辨率的影像數(shù)據(jù)源統(tǒng)計(jì)潮灘潮溝的形態(tài)特征尤為重要。

遼河作為中國的七大水系之一，其含沙量較大，多年的河道淤積與沖刷演化，使該區(qū)域內(nèi)潮溝形態(tài)特征存在明顯差異。本研究中，基于精確潮灘分區(qū)，結(jié)合高分辨率遙感影像解譯，探尋遼河口(Liao River Estuary，LRE)潮灘潮溝分布、水文連通度及排水效率差異，通過計(jì)算遼河口潮灘濕地潮上帶、潮間帶-高潮灘(簡稱“高潮灘”)和潮間帶-中潮灘(簡稱“中潮灘”)范圍，結(jié)合高分辨率影像數(shù)據(jù)和潮溝自動(dòng)分級算法，定量統(tǒng)計(jì)遼河口潮溝的密度、長度、曲率和分汊率等8項(xiàng)形態(tài)特征參數(shù)，并對各潮區(qū)潮溝網(wǎng)絡(luò)的水文連通度及排水效率進(jìn)行了定性評價(jià)，以期為遼河口潮灘潮溝形態(tài)特征研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

遼河口潮灘濕地(40°43′54″～40°57′13″N，121°31′55″～121°57′0″E)位于遼東灣北部，是中國最北端的河口濕地(圖1)。該濕地整體呈寬喇叭口狀，地形北高南低，主要由兩岸灘涂、一個(gè)島嶼、多個(gè)淺灘和外海水體組成[12]。遼河口潮灘濕地為典型的沿海生態(tài)系統(tǒng)，在遼河、大遼河和大凌河淡水及遼東灣海水的交互作用下形成大面積的粉砂淤泥質(zhì)海灘。沿海潮汐為典型不規(guī)則半日潮，每天分別有兩次高潮和低潮[13]。潮灘上生長有典型鹽沼植被鹽地堿蓬(Suaedasalsa)與蘆葦(Phragmitesaustralis)，每年夏秋季潮灘上呈現(xiàn)出“紅灘”和“綠毯”的罕見景觀，為當(dāng)?shù)貛砹司薮蟮纳鷳B(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 研究區(qū)域位置Fig.1 Location of the surveyed area

1.2 方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源 共收集兩部分遙感影像，第一部分影像為Landsat8 OLI數(shù)據(jù)，選擇2021年5月29日和2021年10月20日兩幅低潮時(shí)期的影像進(jìn)行潮位校正，該影像分辨率為30 m×30 m，行列號為120/32，從中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺獲取(http：//www.gscloud.cn)；第二部分影像來源于中國自主研發(fā)的高分辨率遙感衛(wèi)星——吉林一號高分衛(wèi)星(JLKF01A)數(shù)據(jù)，選擇2021年8月14日和2021年11月13日兩幅低潮時(shí)期的影像進(jìn)行拼接，用于研究區(qū)域潮溝的提取，該影像分辨率小于0.8 m，行列號為120/32。上述兩類影像數(shù)據(jù)經(jīng)過輻射校正、正射校正等預(yù)處理后，直接用于研究區(qū)域潮區(qū)的劃分與潮溝的提取。

1.2.2 瞬時(shí)水邊線提取與潮帶分區(qū) 對Landsat 8遙感影像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像合成(圖2A)，并根據(jù)各地物顏色的差異，采用最大似然分類法，對研究區(qū)域水體與陸地兩類地物進(jìn)行分類(圖2B)。再利用Canny算子對分類圖像邊緣進(jìn)行檢測，提取得到研究區(qū)域瞬時(shí)水邊線(圖2C)。以老北河口驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對遼河口潮灘濕地潮位校正步驟如下：首先，根據(jù)潮汐表中老北河口當(dāng)日高低潮位與潮時(shí)預(yù)報(bào)值，利用公式推算遙感影像衛(wèi)星過境時(shí)刻的瞬時(shí)潮位數(shù)據(jù)；其次，將2021年5月29日影像的瞬時(shí)水邊線作為潮位校正模型的基線，在基線上每隔300 m向另一瞬時(shí)水邊線作垂線為分割線，計(jì)算各岸段分割線的平均長度，即為兩幅瞬時(shí)水邊線間距；最后，推算岸線的坡度及大(小)潮的平均高、低潮校正距離，在ArcGIS中根據(jù)校正距離構(gòu)建緩沖區(qū)得到理論高、低潮線位置，結(jié)合實(shí)地監(jiān)測對潮線位置進(jìn)行修正，并圍合高、低潮線得到真實(shí)的潮區(qū)范圍[14]。

圖2 遙感影像反演瞬時(shí)水邊線的效果Fig.2 Pictures of the instantaneous water edge inverted by remote sensing images

1.2.3 潮溝提取分級與形態(tài)特征參數(shù)選取 在JLKF01A影像中，研究區(qū)域潮溝線狀地物明顯。因此，本研究中首先在ERDAS 9.2中對遙感影像進(jìn)行卷積增強(qiáng)與降噪處理，得到更清晰的潮溝分布圖像；其次，對增強(qiáng)影像進(jìn)行多尺度分割，并使用SVM分類器提取潮溝信息；最后，采用ArcGIS對潮溝目視解譯修正，參考鄰近時(shí)期的Google Earth影像，驗(yàn)證得到潮溝的總提取精度大于90%，表明潮溝提取結(jié)果可信。從圖3可見，將JLKF01A影像中提取得到的潮溝矢量圖疊加在潮帶分區(qū)結(jié)果圖中，選取遼河口潮上帶、高潮灘與中潮灘3個(gè)潮區(qū)進(jìn)行潮溝形態(tài)特征分析。

圖3 潮溝提取結(jié)果與潮帶分區(qū)疊加圖Fig.3 Overlay map of tidal creeks extraction and tidal zone division

基于Horton-Strahler分級原則[6]，結(jié)合Gong等[15]提出的潮溝分級算法，對遼河口潮灘濕地潮溝系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)分級。具體如下：以樹狀潮溝為例(圖4(a))，懸掛點(diǎn)分別位于水流流向的起點(diǎn)和終點(diǎn)，刪去位于水流流向終點(diǎn)線段的懸掛點(diǎn)，剩余懸掛點(diǎn)連接的線段即為一級潮溝。最后，刪去命名為一級潮溝的線段，重復(fù)上述步驟，更新潮溝級別，直到不再生成懸掛點(diǎn)。將剩余只生成交點(diǎn)的中心線圖形命名為環(huán)島潮溝，判斷流入環(huán)島潮溝的最近線狀潮溝的級別。若流入環(huán)島潮溝的最近線狀潮溝級別相同，則環(huán)島潮溝的級別與最近線狀潮溝的級別一致(圖4(b))；若流入環(huán)島潮溝的最近線狀潮溝級別不同，則環(huán)島潮溝級別與流入它的最高級別的線狀潮溝保持一致(圖4(c))。此外，本研究中分別選取潮溝長度、密度、數(shù)量、頻數(shù)、曲率、分汊率、網(wǎng)絡(luò)分維值和網(wǎng)絡(luò)連通度(α、β和γ)8個(gè)參數(shù)來表征遼河口潮灘濕地潮溝形態(tài)特征，各參數(shù)計(jì)算公式及描述如表1所示。

表1 潮溝形態(tài)特征參數(shù)及描述Tab.1 Pattern characteristic parameters and description of tidal creeks

圖4 潮溝分級流程圖Fig.4 Flow chart of tidal creek ordering

2 結(jié)果與分析

2.1 潮溝形態(tài)特征

1)潮溝分布。本研究中選取的3個(gè)代表區(qū)域分別為屬于潮上帶的鴛鴦島(圖5A)、屬于高潮灘的遼河口東岸南部(圖5B)和屬于中潮灘的遼河口西岸中部(圖5C)。鴛鴦島區(qū)域的潮溝呈密集排列，其支狀潮溝規(guī)模較大，4～5級的主潮溝呈短枝狀分布在潮灘上；遼河口東岸南部潮溝級別最高可達(dá)6級，4～5級的主潮溝規(guī)模較大且呈環(huán)島狀分布在潮灘上；遼河口西岸中部潮溝最高級別達(dá)6級，支潮溝較短且呈稀疏分布，主潮溝長度較長(圖5)。

圖5 遼河口潮灘濕地潮上帶、高潮灘和中潮灘潮溝分布Fig.5 Distribution of tidal creeks in the supratidal zone，the upper intertidal zone and the middle intertidal zone in the tidal wetland of LRE

2)潮溝平均長度。圖6(a)給出了3個(gè)潮區(qū)分級潮溝的平均長度與數(shù)量，其中，潮上帶區(qū)域潮溝級別最高為5級，1～4級潮溝平均長度分別為0.060、0.140、0.239、0.490 km，隨著潮溝級別升高，其平均長度也明顯增大，但第5級潮溝長度僅為0.181 km，較第4級潮溝長度明顯減少；中潮灘和高潮灘區(qū)域潮溝級別最高可達(dá)6級，其中，高潮灘區(qū)域的潮溝數(shù)量最多，共7 037條，約占研究區(qū)域潮溝總數(shù)的50%；中潮灘區(qū)域5～6級潮溝平均長度最長，分別為1.210、2.142 km，且其5～6級潮溝數(shù)量約占整個(gè)研究區(qū)域5～6級潮溝總數(shù)的58%。此外，在3個(gè)潮區(qū)中，隨著潮溝等級的升高，潮溝的數(shù)量顯著下降。圖6(b)給出了整個(gè)研究區(qū)域潮溝的平均長度、數(shù)量與潮溝級別間的擬合曲線，遼河口潮灘濕地潮溝的平均長度和數(shù)量隨潮溝級別的升高分別呈指數(shù)上升和指數(shù)下降的趨勢，兩條擬合曲線R2均大于0.99，擬合效果較好，該結(jié)論符合Horton[17]提出的河流平均長度及數(shù)量隨級別升高呈指數(shù)函數(shù)的變化趨勢。

La—潮溝平均長度；n—潮溝數(shù)量；A—潮上帶；B—高潮灘；C—中潮灘。La—average length of tidal creeks；n—number of tidal creeks；A—the supratidal zone；B—the upper intertidal zone；C—the middle intertidal zone.圖6 遼河口潮灘濕地各級潮溝的形態(tài)特征Fig.6 Pattern character of different orders of tidal creeks in the tidal wetland of LRE

3)潮溝密度與頻數(shù)。從圖7(a)可見：在研究區(qū)域內(nèi)，潮上帶的1～3級潮溝密度最高，最高值(6.507 km/km2)出現(xiàn)在一級潮溝處，高潮灘1級潮溝的密度為4.354 km/km2，中潮灘1～3級潮溝密度較低，1級潮溝密度僅為0.825 km/km2；高潮灘各級潮溝的頻數(shù)普遍高于其他兩個(gè)潮灘，最高值(f=152.6)出現(xiàn)在一級潮溝處，中潮灘各級潮溝的頻數(shù)最??；在3個(gè)潮區(qū)中，隨著潮溝級別升高，其潮溝密度與頻數(shù)均呈下降趨勢。結(jié)合研究區(qū)域潮溝總密度分布規(guī)律(圖7(b))可知，遼河口潮灘潮溝總密度為0～18.428 km/km2，潮上帶、高潮灘、中潮灘潮溝總密度分別為14.22、11.61、2.32 km/km2，即隨著潮灘高程降低，潮溝總密度呈顯著減小的趨勢。

A—潮上帶；B—高潮灘；C—中潮灘。A—supratidal zone；B—upper intertidal zone；C—middle intertidal zone.圖7 遼河口潮灘濕地各級潮溝的密度和頻數(shù)Fig.7 Density and frequency of different orders of tidal creeks in the tidal wetland of LRE

4)潮溝曲率與分汊率。在3個(gè)潮區(qū)中，隨潮溝級別的升高，潮溝曲率先呈逐漸增加的趨勢，并在3～4級潮溝處曲率達(dá)到最高值，隨后大幅下降，并趨近于1；潮上帶的潮溝曲率最高，最高值(c=1.423)出現(xiàn)在4級潮溝處；中潮灘潮溝曲率普遍較低，最低值(c≈1)出現(xiàn)在6級潮溝處；各潮區(qū)潮溝曲率依次為潮上帶>高潮灘>中潮灘(圖8)。在研究區(qū)域內(nèi)，高潮灘6級潮溝處分汊率最高(9.33)，中潮灘5級潮溝處分汊率最低(2.24)；基于Strahler[19]提出的潮溝總分汊率是各級潮溝分汊率加權(quán)平均值的概念，本研究中求得研究區(qū)域潮上帶、高潮灘和中潮灘的總分汊率分別為3.42、3.54、3.43，各潮區(qū)潮溝分汊率依次為高潮灘>中潮灘>潮上帶(圖8)。

A—潮上帶；B—高潮灘；C—中潮灘。A—supratidal zone；B—upper intertidal zone；C—middle intertidal zone.圖8 遼河口潮灘濕地各級潮溝的曲率和分汊率Fig.8 Curvature and bifurcation ratio of different orders of tidal creeks in the tidal wetland of LRE

2.2 潮溝的網(wǎng)絡(luò)連通度與網(wǎng)絡(luò)分維值

圖9給出了遼河口潮灘潮溝的網(wǎng)絡(luò)連通度及分維值，在研究區(qū)域內(nèi)，潮上帶潮溝網(wǎng)絡(luò)連通度最低(α、β、γ指數(shù)分別為0.466、1.930、0.644)，但潮溝網(wǎng)絡(luò)分維值最高(F=1.56)；高潮灘潮溝網(wǎng)絡(luò)連通度最高(α、β、γ指數(shù)分別為0.491、1.980、0.661)，潮溝網(wǎng)絡(luò)分維值為1.51；中潮灘潮溝網(wǎng)絡(luò)連通度介于潮上帶與高潮灘之間(α、β、γ指數(shù)分別為0.479、1.960、0.653)，但潮溝網(wǎng)絡(luò)分維值最低(F=1.3)。α、β和γ的取值范圍一般為0～1、0～3及0～1，值越大代表潮溝網(wǎng)絡(luò)越復(fù)雜，潮溝水文連通度越好；F的取值一般為1

A—潮上帶；B—高潮灘；C—中潮灘。A—supratidal zone；B—upper intertidal zone；C—middle intertidal zone.圖9 遼河口潮灘濕地潮溝的網(wǎng)絡(luò)連通度和網(wǎng)絡(luò)分維值Fig.9 Connectivity and fractal dimension of tidal creek network in the tidal wetland of LRE

2.3 歸槽水流長度

歸槽水流長度(UPL)指灘面上任意水質(zhì)點(diǎn)到潮溝網(wǎng)絡(luò)的最短路徑長度，該值越小表明潮溝排水效率越好。在研究區(qū)域內(nèi)，潮灘總歸槽水流長度為0～760 m，且遼河口下游灘面歸槽水流長度明顯高于上游，表明在遼河口潮灘濕地距離外海越近，灘面的歸槽水流長度越高(圖10(a))?；邶徴萚22]提出的平均歸槽水流長度是灘面上所有水質(zhì)點(diǎn)歸槽水流長度算術(shù)平均值的概念，求得本研究區(qū)域潮上帶、高潮灘和中潮灘的平均歸槽水流長度分別為25.4、28.7、82.2 m，即各潮區(qū)潮溝網(wǎng)絡(luò)平均歸槽水流長度依次為中潮灘>高潮灘>潮上帶，表明在遼河口潮灘濕地，自潮上帶到潮下帶，潮溝網(wǎng)絡(luò)排水效率大幅下降(圖10(b))。

3 討論

3.1 不同潮溝形態(tài)特征差異分析

潮溝平均長度反映了潮溝的動(dòng)態(tài)變化，潮溝數(shù)量則是衡量潮溝密集程度的物理量[23]。本研究中，遼河口潮灘濕地潮溝多呈樹狀發(fā)育，支潮溝在潮灘上呈樹枝狀分汊，集中分布在平均高潮線附近，主潮溝垂直岸線分布，其尾端呈順直型消失在平均低潮線附近，因此，據(jù)邵虛生[24]對潮溝的成因分析，遼河口潮灘濕地潮溝主要由灘面水流沖刷而成。在遼河口潮上帶和高潮灘區(qū)域，潮溝的平均長度在最高級別處均呈明顯降低趨勢，這與Zhao等[25]對江蘇鹽城潮灘濕地的研究結(jié)果一致，推測原因是部分高級別潮溝在劃分潮區(qū)時(shí)被截?cái)鄬?dǎo)致。本研究中，研究區(qū)域潮上帶支潮溝(1～3級)平均長度最長，主潮溝級別較低，而中潮灘主潮溝(5～6級)的平均長度和數(shù)量均最高，這是由于研究區(qū)域潮溝為典型的灘面水流沖刷型，漲潮時(shí)潮溝上部通過溯源侵蝕，能形成大范圍的支狀潮溝，使得潮上帶1～3級潮溝平均長度較長；而中潮灘由于灘面較寬且靠近外海，水動(dòng)力較強(qiáng)，漲落潮期間潮水對灘面頻繁沖刷，使灘面上主潮溝級別更高，潮溝發(fā)育更成熟[24]。綜上所述，遼河口潮灘潮溝的級別與平均長度呈現(xiàn)明顯的空間異質(zhì)性。遼河口潮灘潮溝密度隨著潮灘高程的降低而減小，這與Strahler[6]提出的潮灘地勢越低，潮溝密度就越低的結(jié)論一致。主要原因是中潮灘位于河口下部，水動(dòng)力極強(qiáng)，使這一區(qū)域不易形成穩(wěn)固的支狀潮溝網(wǎng)絡(luò)，從而使1～3級支潮溝密度與頻數(shù)極低；隨著高程增加，水動(dòng)力強(qiáng)度減弱，利于潮上帶區(qū)域發(fā)育大量的支潮溝，潮溝密度顯著增加；而潮汐水流對高潮灘的頻繁淹沒，更促進(jìn)了細(xì)小潮溝向高級潮溝的轉(zhuǎn)換，使得高潮灘單位面積上主、支潮溝數(shù)量均較大，潮溝頻數(shù)最高。

潮溝曲率是度量潮溝彎曲程度的物理量，潮溝分汊率則反映了潮溝的穩(wěn)定程度，潮溝分汊率越高，潮溝越不穩(wěn)定[15]。在本研究區(qū)域，各級別潮溝曲率依次為3～4級潮溝>1～2級潮溝>5～6級潮溝。這是由于潮灘上潮溝曲率的發(fā)育主要受漲、落潮時(shí)水流路徑的影響，潮溝發(fā)育初期，1～2級支潮溝不穩(wěn)定，彎曲度較小，在水流溯源侵蝕與泥沙淤堵的雙重作用下極易轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的3～4級潮溝；在3～4級潮溝內(nèi)部，雙向水流流速增加，使潮溝曲率顯著上升；隨著3～4級潮溝進(jìn)一步發(fā)育，形成更高級別的主潮溝(5～6級)，當(dāng)主潮溝曲率發(fā)育到一定程度時(shí)，在風(fēng)暴潮、暴雨等極端天氣影響下，潮溝內(nèi)流量急劇增加并發(fā)生“裁彎取直”現(xiàn)象，易變成順直型主潮溝，此時(shí)潮溝曲率最低，接近于1[15]。此外，自遼河口潮上帶、高潮灘到中潮灘，潮灘距離外海愈近潮溝曲率愈低，這一趨勢與Marani等[26]提出的靠近沿海潮溝曲率低于內(nèi)陸潮溝曲率的結(jié)論一致，主要是由于潮灘上主潮溝數(shù)量較高導(dǎo)致。遼河口高潮灘上潮溝總分汊率最高，其潮溝最不穩(wěn)定，推測是由于該區(qū)域?yàn)┟嫔系图壋睖舷蚋呒壋睖项l繁轉(zhuǎn)換導(dǎo)致。綜上所述，潮溝曲率與分汊率主要由潮汐水動(dòng)力強(qiáng)度決定。

3.2 潮溝網(wǎng)絡(luò)發(fā)育程度與水文連通度評價(jià)

潮溝的網(wǎng)絡(luò)連通度反映了潮灘上潮溝的水文連通程度，α指數(shù)是潮溝網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際的環(huán)路數(shù)與其可能存在的最大環(huán)路數(shù)之比，表示網(wǎng)絡(luò)中物質(zhì)、能量、信息或物種遷移路線的可選擇程度；β指數(shù)是潮溝網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)平均連接的潮溝數(shù)量，反映每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接水系能力的強(qiáng)弱；γ指數(shù)表示潮溝網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)被連接的程度[10，21]。潮溝網(wǎng)絡(luò)分維值F是衡量潮溝網(wǎng)絡(luò)發(fā)育程度的物理量[20]。本研究中，遼河口潮灘潮溝網(wǎng)絡(luò)連通度依次為高潮灘>中潮灘>潮上帶，其中，高潮灘由于頻繁被潮水淹沒，促進(jìn)了島狀潮溝發(fā)育，使得該潮區(qū)潮溝網(wǎng)絡(luò)水文連通度最好。結(jié)合前文探究得到潮溝總分汊率依次為高潮灘>中潮灘>潮上帶，且高潮灘區(qū)域主潮溝多呈4～5級環(huán)島狀分布等結(jié)論可知，潮溝網(wǎng)絡(luò)的水文連通受潮溝總分汊率及環(huán)島潮溝數(shù)量的影響，并與其呈正相關(guān)。此外，遼河口潮灘潮溝網(wǎng)絡(luò)分維值依次為潮上帶>高潮灘>中潮灘，即自潮上帶、高潮灘到中潮灘，潮溝發(fā)育程度明顯降低。其中，中潮灘潮溝網(wǎng)絡(luò)分維值僅為1.3，不符合Labarberap[27]提出的水系網(wǎng)絡(luò)典型分維值為1.5～2.0的結(jié)論，推測是由于該區(qū)域潮溝網(wǎng)絡(luò)較少且稀疏導(dǎo)致。結(jié)合前文分析可知，遼河口潮灘潮溝曲率及潮溝密度排序與潮溝網(wǎng)絡(luò)分維值排序呈現(xiàn)相同的趨勢，即潮上帶>高潮灘>中潮灘。由此推斷，潮溝網(wǎng)絡(luò)分維值大小與潮溝的蜿蜒度和單位面積上潮溝總長度有關(guān)，這與時(shí)海東等[28]提出的潮溝曲率和密度影響潮溝網(wǎng)絡(luò)分維值的結(jié)論相符。綜上所述，潮溝網(wǎng)絡(luò)連通度與潮溝總分汊率、環(huán)島潮溝數(shù)量相關(guān)，潮灘上潮溝分汊率越高或環(huán)島潮溝數(shù)量越多，潮溝的水文連通度就越好；潮溝網(wǎng)絡(luò)發(fā)育程度主要由潮溝曲率和潮溝密度決定，潮溝密度越大，潮溝彎曲度越復(fù)雜，潮溝網(wǎng)絡(luò)發(fā)育態(tài)勢就越好。

3.3 潮溝網(wǎng)絡(luò)排水效率的評價(jià)

潮灘灘面的歸槽水流長度與平均歸槽水流長度均能反映潮溝網(wǎng)絡(luò)的排水效率[11]。本研究中，在遼河口潮灘濕地，潮灘隨著距離外海愈近，灘面平均歸槽水流長度顯著升高，潮溝排水效率顯著下降，此時(shí)潮溝總密度大幅減少，這與牟奎南等[29]提出的平均歸槽水流長度與潮溝網(wǎng)絡(luò)密度呈負(fù)相關(guān)的結(jié)論相符。其成因主要是外海潮汐水動(dòng)力增加，使得灘面上潮溝網(wǎng)絡(luò)發(fā)育受阻，導(dǎo)致潮溝密度降低，潮溝網(wǎng)絡(luò)排水效率下降。遼河口潮灘潮溝網(wǎng)絡(luò)排水效率依次為潮上帶>高潮灘>中潮灘，這與潮溝網(wǎng)絡(luò)分維值的排序一致，即潮溝發(fā)育程度越高，潮溝密度越大，潮溝網(wǎng)絡(luò)的排水效率就越好。此外，潮溝網(wǎng)絡(luò)排水效率是控制潮灘植被發(fā)育的主要因素。Liu等[30]對比分析了干旱條件下遼河口潮灘濕地植被面積及灘面平均歸槽水流長度的變化，結(jié)果表明，隨著灘面平均歸槽水流長度減小，潮溝網(wǎng)絡(luò)排水效率加大，可有效降低鹽沼植被因干旱而導(dǎo)致的大規(guī)模死亡現(xiàn)象。推測是由于潮溝網(wǎng)絡(luò)通過引導(dǎo)水流深入濕地腹部，有效增加了土壤濕度，降低了土壤鹽度，從而促進(jìn)了濕地植被的生長定植[31]。潮溝網(wǎng)絡(luò)排水效率的提升，更增強(qiáng)了外海與潮灘濕地間營養(yǎng)物及沉積質(zhì)的交換，從而維系了潮灘濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，未來在干旱情況出現(xiàn)時(shí)，人們可通過增加潮溝網(wǎng)絡(luò)排水效率的方式，緩解遼河口潮灘濕地植被的退化。

4 結(jié)論

1)遼河口潮灘潮溝根據(jù)成因可歸為“灘面水流沖刷型”潮溝。其中，潮上帶潮溝排列最密集，支潮溝規(guī)模較大，主潮溝等級較低，呈短枝狀分布在潮灘上；潮間帶潮溝體系較完整，多垂直于岸灘呈樹狀發(fā)育，支潮溝長度較短，在灘面上呈樹枝狀分汊，主潮溝長度較長，等級較高，多呈順直型發(fā)育，并消失在平均低潮線附近。

2)遼河口潮灘潮溝的級別與平均長度具有明顯的空間異質(zhì)性。潮上帶潮溝級別最高為5級，但高潮灘與中潮灘潮溝級別最高可達(dá)6級；隨著潮溝級別的升高，遼河口潮灘潮溝的平均長度呈指數(shù)上升，潮溝數(shù)量呈指數(shù)下降(R2> 0.99)，且遼河口潮灘潮溝總密度隨高程的降低逐漸減少。遼河口潮灘1～4級潮溝的曲率逐漸升高，但在5～6級潮溝處，易發(fā)生“裁彎取直”現(xiàn)象，導(dǎo)致曲率顯著下降并趨近于1。此外，潮灘距離外海愈近，潮溝曲率愈低。高潮灘上潮溝總分汊率最高(Rb=3.54)，潮溝最不穩(wěn)定。

3)遼河口潮灘潮溝網(wǎng)絡(luò)連通度主要受潮溝分汊率及環(huán)島潮溝數(shù)量的影響，并與其呈正相關(guān)；高潮灘潮溝網(wǎng)絡(luò)連通度最高，其α、β、γ指數(shù)分別為0.49、1.98、0.66，代表該區(qū)域潮溝網(wǎng)絡(luò)最復(fù)雜，水文連通度最好。潮溝網(wǎng)絡(luò)分維值主要由潮溝曲率和潮溝密度調(diào)控，潮上帶潮溝網(wǎng)絡(luò)分維值最高(F=1.56)，潮溝網(wǎng)絡(luò)發(fā)育程度最好。此外，隨著潮灘與外海距離的減小，灘面平均歸槽水流長度逐步升高，其潮溝網(wǎng)絡(luò)排水效率大幅下降。