遼陽市水系連通對城市水系生態格局影響評價

李信樵

(遼陽市水利事務服務中心，遼寧 遼陽 111000)

0 引 言

城市水系的連通性受經濟社會快速發展的影響產生一定的改變，城市水系生態系統中水系連通性占據著重要地位[1]。目前，國內許多學者逐漸關注對河流水系連通性的相關研究，關于水系連通性的評價方法及研究成果也比較多，而考慮城市水系生態連通性的研究還鮮有報道。近年來，對城市水系連通性和河流生態保護的研究逐漸成為熱點問題，對于生態保護規劃和城市水系發展等具有重要意義[2-7]。鑒于此，本文以遼陽市為例，對城市水系生態格局利用水系生態連通評價指標相關方法進行定量的評價分析，結合評價結果和區域水系連通情況提出了有效的改善措施，可為城市水系生態規劃提供重要的借鑒和參考依據。

1 水系生態連通指標計算

水系節點率、河面寬度比率、河頻率、河網密度、網絡連通度和網絡環通度為水系生態連通性評價主要指標，采用如下計算公式確定河網密度，即：

(1)

式中：A、Li為計算面積與河流長度；n、Rd為河流數目及河網密度。

根據下式計算確定河頻率、河面寬度比率，即：

(2)

(3)

式中：Rb為反映河流發育狀況的河頻率；AN為區域計算總面積；Wp為河流寬度比率。

采用下述公式計算確定水系網絡連通度和城市水系網絡環通度，計算式為：

(4)

(5)

式中：M、Mmax為城市連接的廊道數量和最大廊道數；α、γ為城市水系的環通度和水系網絡連通度指數；V為水系節點數。

根據以下計算式確定水系節點率，其表達式為：

(6)

式中：β為反映水系連通強弱程度的水系節點指標。

2 實例分析

2.1 區域概況

遼陽市為沈陽經濟區副中心城市，地處E122°35'-123°40'，N40°42'-41°36'之間，下轄5個區、1個縣和1個縣級市，總面積4744km2。該區域為濕潤、半濕潤季風氣候，境內氣候特征因地貌形態的差異各不相同，其中降水量最大的區域位于東部的低山丘陵區，氣候特征為夏季多大雨、暴雨，冬季氣溫低且實踐較長，年降水量為800-900mm；北部丘陵平原地帶的降水量較少為500-700mm，西部沿河平原區降水量為600-800mm，氣候特征為冬季氣溫低、夏季溫度高。境內大小河流縱橫交錯，其中流程在10km以上的河流29條，5km以上的約86條，這些大小河流構成了渾河、太子河兩大水系。近年來，隨著工業化、城鎮化的快速發展和人口規模的擴大，遼陽市池塘、湖泊、濕地等具有儲存和滯洪作用逐漸消失，河道被大量占用并加速了雨水的匯流；區域降水頻率和強度在環境破壞、熱島效應等因素作用下不斷增強，而完善的排水設施和地表大面積硬化進一步加快了雨洪的匯流速度，大大提高河道的不可控制性和水流流量，河水侵蝕、沖刷河床和河岸的程度增大，城市洪澇災害發生日趨頻繁，因此有必要對遼陽市水系生態格局利用綜合生態連通度評價指標進行定量的科學評價[8-11]。

根據水系分布狀況和區域規劃分為10個水利片區，統計整理各片區河流特征如表1所示。規劃后，在一定程度上增加了各水利片區的水系連接點及河流連接廊道，河流水系連通性較規劃前得到明顯的改善，對該城市水系連通性利用水系連通度評價指標計算方法進行定量分析。

2.2 水系生態連通指標值

區域城市水系規劃前后的連通指標利用水系生態連通評價指標計算方法進行分析，結果見表2。

表1 規劃前、后各水利片區河流水系特征

表2 規劃前、后水系連通性指標及結構

從表2可知，城市水系規劃在很大程度上改善了生態連通性和水系結構指標，在一定程度上改善了河流密實度、水面率、水系面寬度，較水系規劃前，河流密實度和水面率分別提升了約5%-6%、5%-15%，在改善河流水系連通性指標的同時也改善了水系結構指標。水系規劃在一定程度上改善了節點連通度、節點率和水系網通度，較規劃前節點率和水系網通度提升幅度約為6%-7%，同時河流水系連通度由于這兩項指標的改善得到明顯的提升，增大約15%左右。

2.3 水系生態指標關聯性分析

對水系連通的各個指標相關性依據區域水系河流連通指標計算結果進行分析，計算結果見表3和表4。

表3 規劃前水系連通指標相關性

表4 規劃后水系連通指標相關性

根據表3-4可知，在水系規劃前、后城市水系連通各指標的相關性保持較高的一致性。根據單因子相關性分析結果，相關性最佳的水系結構中的河頻率與河網密度指標，相關度較高，區域水系連通性受水系網通度和節點率的影響最為顯著，且二者的相關性比較高。所以，城市水系連通規劃設計時應提高區域節點率和水系密度，注重改善河頻率和河網密度，從而保證水系網通度的相關性和生態發育程度。

2.4 水系生態指標主成分分析

對水生態主要影響因子利用主成分分析法進行探討，結果如表5、表6、表7。

表5 規劃前水系連通指標總方差

表6 規劃后水系連通指標總方差

表7 主成分矩陣評定結果

根據表5、表6可知，采用主成分分析法獲取的水系連通各指標關聯性，在規劃前、后具有較高的一致性，主成分最高的指標為水面率、河頻率和河網密度，區域水系數目隨著城市化的持續推進表現出下降趨勢，其中改善水系連通性能和調整河流水系數目為區域水系連通規劃的主要目標。城市河流水系的連通性可通過第一主成分直觀的反映，河流水系連通性評價可依據第二主成分進行分析。研究成果可為改善河流水質狀況、生態景觀以及河流水系連通性能，提高城市防洪減災能力等提供重要的參考依據。

2.5 建議改善措施

1)生態護坡。自然護坡仍為當前城區河段水系的常用形式，該護坡類型使得河流水系具有一定的防洪風險且水土流失問題比較突出，為保障各水系的生態連通性有必要建立各水系生態廊道，采取科學有效的生態護坡措施。生態護坡是一種涉及生物科學、水力學、生態學及水土保持學等多門學科，通過將土地保護、景觀設計、城鎮發展、生態建設與河道治理有機結合，發揮植物、植物與工程相結合的自我修復功能，從而提升河道邊坡的抗滑穩定、抗沖刷以及自修復能力，逐步實現人類活動、經濟社會、自然生態、水資源與河道的和諧發展，減少河流洪患，有效開發水資源，改善小流域氣候和生態環境的目標。

2)河道清淤。由于岸坡雜物堆積和河道內垃圾淤積，使得河流過流能力和水體自凈功能大大降低，為保證河流暢通和擴大河道過流能力，有必要清理河道卡口雜物和河流內的雜物，由此增大不同水利片區之間的連通性。機械清淤可在一定程度上改善底泥和河流水體的理化性質，但該項措施的投資成本較高，一般適用于污染負荷高的小面積水域修復。在受污染程度較低、涉及范圍較小的區域比較適用生物酶底泥修復技術，從而顯著提升微生物在自然條件下降解有害有度污染物的能力。另外，底泥理化性質的可持續性在提高微生物活性后得到重要保障。

3)水閘調控。河道具有的流動性能夠通過改變水動力因子修復河道生態系統，通過改變水體的物理性質和化學成分對水系統產生影響。為了充分發揮水系連通的重要樞紐功能注重區域內各水閘的優化調控性，盡量的有效控制關閉非重要性水閘，保持主要水閘長期處于開啟狀態。

3 結 論

根據分析結果，城市水系規劃設計前應重點改善河流水系的生態玄幻能力，改善河流水系的連通性能和消失的生態恢復，城市生態綠色發展必須以水系生態連通性能為基本前提。

對城市水系生態連通性利用靜態指標法進行定量分析，為進一步提高評價結果科學合理性未來還需要考慮輸水能力、河流勢能等動態指標綜合評價。