基于綜合生態連通度對城市水系生態格局定量評價及改善措施探析

李長存

(沈陽市遼中區水利建筑工程公司，遼寧 沈陽 110200)

當前，隨著社會經濟的迅速發展，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的重要組成部分。當前，對于河流水系連通性的研究也逐步得到國內許多學者的關注，對于河流水系的連通性評價成果及方法也有較多[1- 6]，但是這些成果對于城市水系生態連通性評價的成果還較少，近些年來，城市河流生態保護也逐步成為研究熱點，對城市水系連通性進行有效評價，是對城市水系進行生態保護規劃的重要支撐。為此本文結合水系生態連通評價指標的相關計算方法[7- 10]，以遼寧地區某平原城市為研究實例，應該水系生態連通評價指標對平原城市水系的生態格局進行定量評價，并結合評價結果，提出相應的改善措施，研究成果對于城市水系的生態規劃具有重要的參考和借鑒價值。

1 水系生態連通指標計算方法

水系生態連通指標包括河網密度、河頻率、河面寬度比率、網絡環通度、水系節點率以及網絡連通度共6個指標，其中河網密度的計算公式為：

(1)

式中，Rd—河網的密度，km/km2；Li—河流的長度，km；A—計算面積，km2；n—研究河流的數目(條)。

河頻率的計算公式為：

(2)

式中，Rb—河頻率，即為河流的發育狀況。

河面寬度比率的計算公式為：

(3)

式中，Wp—河流寬度比率；AN—計算區域的總面積，km2。

城市水系的網絡環通度采用以下公式進行計算：

(4)

式中，a—城市水系的環通度；M—城市連接的廊道數量(條)；V—水系節點個數。

水系節點率采用以下計算公式進行分析：

(5)

式中，β—水系節點率，是反映水系連通強弱的重要指標。

水系網絡連通度的分析公式為：

(6)

式中，γ—水系網絡連通度評價指數；Mmax—最大的廊道數量。

表1 區域水利規劃前后河流水系特征對比結果

注：GHQ表示規劃前；GHH表示規劃后；XZ表示相差比例。

2 實例應用

2.1 實例概況

以遼寧某城市為研究區域，區域主要的城市水系分布位置如圖1所示，區域總的面積為97.58km2，區域內主要分為10個水利片區，各片區水系規劃前后的河流特征見表1。規劃后，河流水系的連通性得到一定程度的改善，各水利片區河流連接廊道以及水系連接點得到一定程度的增加，為分析規劃前后區域水系連通性的改善度，依據水系連通度的評價指標，對該城市水系的連通性進行定量評價。

圖1 區域水利片區分布

2.2 規劃前后水系生態連通指標計算結果

依據水系生態連通評價指標對區域城市水系規劃前后的連通指標進行了計算分析，見表2—3。

表2 區域規劃前水系連通結構及連通性指標

表3 區域規劃后水系連通結構及連通性指標

從表2—3中可以看出，在城市水系規劃后，各水系結構和生態連通性指標得到明顯改善，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劃前，提高5%～15%，河流密度提高約為5%～6%之間，在水系結構指標改善的同時，河流水系的連通性指標也得到一定程度的改善。從水系網通度、節點率以及節點的連通度均得到一定程度的改善，水系網通度相比于規劃前平均提高近6%，節點率均值平均提高7%，這兩個指標的改善，也使得區域城市河流水系的連通度均值提高15%。

2.3 規劃前后水系生態指標相關性分析結果

在區域城市水系河流連通指標計算的基礎上，對水系連通的各個指標的相關性進行分析，見表4—5。

表4 水系連通各指標相關性分析結果(規劃前)

表5 水系連通各指標相關性分析結果(規劃后)

從表4—5中可看出，城市水系連通各指標在水系規劃前后的相關性較為一致，從相關性分析結果可看出，水系結構指標中河網密度與河頻率具有最佳的相關性，2個指標的關聯度較高，而節點率與水系網通度相關性最佳，且對區域水系的連通性影響最為顯著，因此在城市水系連通規劃設計時，應注重河網密度與河頻率的改善度，提高水系密度的同時保障水系生態發育的程度，提高區域節點率來保障水系網通度的相關性。

2.4 規劃前后水系生態指標主成分分析結果

結合主成分分析方法對各影響的主成分進行分析，分析結果見表6—8。

表6 水系連通指標解釋總方差(規劃前)

表7 水系連通指標解釋總方差(規劃后)

表8 各主成分矩陣評定計算結果

從表6—7中可看出，規劃前后，城市水系連通的各個指標具有較為一致的主成分分析結果，河網密度、河頻率以及水面率的主成分最高，隨著城市化的不斷發展，區域水系數目呈現一定的下降變化趨勢，區域水系連通規劃的目的在于調整河流水系的數目，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域城市河流水系的連通性能，而第二大主成分是對城市河流水系連通性能進行有效的評價。分析的成果可以為城市河流水系連通性能的改善，提高區域防洪減災的能力，對河流生態景觀以及水質狀況進行改善提供重要的參考價值。

3 改善措施分析

(1)河道清淤。河道內的垃圾及岸坡雜物使得河道內淤積較為嚴重，使得河道過流能力銳減，因此需要對河道內的垃圾及卡口的雜物進行清理，擴大河道過流的能力，使得水流通暢，從而提高各個水利片區的水系連通性。

(2)生態護坡建設。區域內各河道水系目前以自然護坡形式為主，水土流失現象較為嚴重，使得各河流水系存在一定的防洪風險，需要對各河流水系進行生態護坡建設，建立各水系的生態廊道，保障各水系的生態連通性。

(3)水閘調控。應注重區域內各水閘的優化調控性，發揮各水閘作為水系連通的重要樞紐，主要水閘應處于常時間開啟狀態，而其他非重要性的水閘應盡量進行有效控制進行關閉。

4 主要結論

(1)通過評價發現，城市水系規劃設計前，需要對城市河流水系水生態循環能力進行重點改善，應逐步對消失的城市河流水系進行生態恢復和連通性能的改善，水系生態連通性能是城市生態綠色發展的必要前提。

(2)本文主要采用靜態指標來對城市河流水系的生態連通性進行評價，在以后的研究中還需結合河道勢能以及輸水能力等動態指標進行分析，使得評價結果更為合理。