基于綜合生態(tài)連通度對城市水系生態(tài)格局定量評價及改善措施探析

李長存

(沈陽市遼中區(qū)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(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(tài)連通性評價的成果還較少，近些年來，城市河流生態(tài)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(tài)保護規(guī)劃的重要支撐。為此本文結合水系生態(tài)連通評價指標的相關計算方法[7- 10]，以遼寧地區(qū)某平原城市為研究實例，應該水系生態(tài)連通評價指標對平原城市水系的生態(tài)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(tài)規(guī)劃具有重要的參考和借鑒價值。

1 水系生態(tài)連通指標計算方法

水系生態(tài)連通指標包括河網(wǎng)密度、河頻率、河面寬度比率、網(wǎng)絡環(huán)通度、水系節(jié)點率以及網(wǎng)絡連通度共6個指標，其中河網(wǎng)密度的計算公式為：

(1)

式中，Rd—河網(wǎng)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(shù)目(條)。

河頻率的計算公式為：

(2)

式中，Rb—河頻率，即為河流的發(fā)育狀況。

河面寬度比率的計算公式為：

(3)

式中，Wp—河流寬度比率；AN—計算區(qū)域的總面積，km2。

城市水系的網(wǎng)絡環(huán)通度采用以下公式進行計算：

(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)點個數(shù)。

水系節(jié)點率采用以下計算公式進行分析：

(5)

式中，β—水系節(jié)點率，是反映水系連通強弱的重要指標。

水系網(wǎng)絡連通度的分析公式為：

(6)

式中，γ—水系網(wǎng)絡連通度評價指數(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比結果

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

2 實例應用

2.1 實例概況

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)域內主要分為10個水利片區(qū)，各片區(qū)水系規(guī)劃前后的河流特征見表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)水系連通度的評價指標，對該城市水系的連通性進行定量評價。

圖1 區(qū)域水利片區(qū)分布

2.2 規(guī)劃前后水系生態(tài)連通指標計算結果

依據(jù)水系生態(tài)連通評價指標對區(qū)域城市水系規(guī)劃前后的連通指標進行了計算分析，見表2—3。

表2 區(qū)域規(guī)劃前水系連通結構及連通性指標

表3 區(qū)域規(guī)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(guī)劃后，各水系結構和生態(tài)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(guī)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(wǎng)通度、節(jié)點率以及節(jié)點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)點率均值平均提高7%，這兩個指標的改善，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)指標相關性分析結果

在區(qū)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(guī)劃前)

表5 水系連通各指標相關性分析結果(規(guī)劃后)

從表4—5中可看出，城市水系連通各指標在水系規(guī)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(wǎng)密度與河頻率具有最佳的相關性，2個指標的關聯(lián)度較高，而節(jié)點率與水系網(wǎng)通度相關性最佳，且對區(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)劃設計時，應注重河網(wǎng)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(tài)發(fā)育的程度，提高區(qū)域節(jié)點率來保障水系網(wǎng)通度的相關性。

2.4 規(guī)劃前后水系生態(tài)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(guī)劃前)

表7 水系連通指標解釋總方差(規(guī)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(guī)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(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，區(qū)域水系連通規(guī)劃的目的在于調整河流水系的數(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(qū)域防洪減災的能力，對河流生態(tài)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(qū)的水系連通性。

(2)生態(tài)護坡建設。區(qū)域內各河道水系目前以自然護坡形式為主，水土流失現(xiàn)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(tài)護坡建設，建立各水系的生態(tài)廊道，保障各水系的生態(tài)連通性。

(3)水閘調控。應注重區(qū)域內各水閘的優(yōu)化調控性，發(fā)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(tài)，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(fā)現(xiàn)，城市水系規(guī)劃設計前，需要對城市河流水系水生態(tài)循環(huán)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(tài)恢復和連通性能的改善，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)指標來對城市河流水系的生態(tài)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(tài)指標進行分析，使得評價結果更為合理。