近61年来长江荆南三口水系连通性演变特征

基于1955～2016年不同时期的长江荆南三口水系相关数据，从水系水力连通性强度、水系连通度和水系连通性水平三视角分析研究区水系连通变化过程。结果表明：2016年与1955年相比,（1）区域的水文连通性呈现下降的趋势，但变化幅度不大;(2)水系连通环度α、节点连接率β、水系连通度γ分别减少了45.45%、10.8%、8.46%，节点连接率β下降得最为明显；（3）基于水系自然社会功能的水系连通性（E）和基于水流阻力与水文过程（F）这两种水系连通性评价方法，联合评价了荆南三口水系连通性,两种结果均显示，研究区水系连通性均呈下降趋势，由1955年的0.2367和0.3434依次下降到2016年的0.1588、0.2517。该研究可为该地区实施河湖水系连通工程,修复河流生态系统提供理论参考。     

苏北里下河典型区河网水系演变特征研究

在自然地理气候变化和人类活动胁迫的双重作用下，平原河网地区水系格局发生了很大的变化。以江淮下游里下河典型区--盐都区为例，基于1970s、1980s和2010s年的3期水系数据，利用GIS和遥感解译等技术，选取河网水系数量、结构和连通指标，对河网水系时空演变特征及其影响因素进行分析研究。结果表明：（1）研究区河网密度和河网水面率均呈不断减少趋势，两者分别下降21.3%和10.2%。研究区河流曲度较小，河网连通性较好，河网曲度和连通度总体上变化较弱。（2）研究区河网水系变化存在时空差异性。河网水系在缓慢城市化时期（1970s～1980s）的衰减率高于快速城市化时期（1980s～2010s），特别在城镇化发展缓慢区域表现显著。城镇化发展快速区域，其河网水系持续减少且变化剧烈。（3）研究区河道变化存在着等级差异性。城镇化等人类活动对河网水系的影响，呈现出先低等级（Ⅳ级）河道、后高等级（Ⅰ~Ⅲ级）河道的特征规律。其中，低等级河道数量持续减少且变化强度剧烈，高等级河道数量变化不大且其面积和长度均有所增加。 关键词： 平原河网；水系变化；演变特征；里下河地区     

太湖平原武澄锡虞区水系结构及水文连通性变化分析

河网水系在太湖平原地区水源供给、洪涝排泄、水质净化过程中发挥着重要作用,但近几十年来该地区城镇化迅速,土地利用改变、水资源过度开发等人类活动导致河网水系衰减,水文连通受阻,并引发一系列洪涝与水环境问题.为此,以太湖平原武澄锡虞区为例,构建水系结构与连通性评价指标,分析该地区1960s～2010s水系结构和水文连通性变化特征.研究表明该地区:(1)1960s～2010s水系不断衰减,武澄锡虞区河网密度、水面率、河网发育系数分别降低了22.94％、25.09％和22.35％,河网复杂度急剧下降,其中武澄锡区河网衰减程度大于澄锡虞区.(2)水文连通性存在先下降后上升发展趋势,1960～1980年,该地区的平均水文连通性为0.89,1980～2000年平均水文连通性降至0.82,2000～2016年平均水文连通性恢复到0.91.(3)城镇化发展导致水系结构大幅度衰减,水系结构主干化以及水利工程建设使得水文连通性下降,而疏浚、拓宽河道在一定程度上可提高区域水文连通性.本研究将为平原区水系利用与保护提供一定的支持与参考.     

城市化进程下南昌市城区水系格局与连通性分析

针对当前城市化引起的水系结构单一化、河流连通性减弱以及水生态环境等问题,以南昌市城区为例,选取1990年、2000年、2010年3期遥感影像图像,分析城市化影响下土地利用的变化;基于1958年地形图与2010年江西省水系图,通过GIS提取两期南昌市城区水系图,选取数量特征和结构特征指标进行水系格局分析,并引入图论理论讨论两时期的水系连通性。结果表明:(1)20 a间城镇用地面积增加174.73 km~2,水域面积减少34.04 km~2。研究区水域面积随城镇用地增加而缩减;(2)城市化进程中,研究区河流水面率、河网密度和河频率均下降,支流发育薄弱,河网复杂度下降;(3)赣江以北水系连通度降低,赣江以南区域水系连通度提升。该研究将为城市化地区河流水系保护提供支持与参考。     

城镇化下平原水系变化及河网连通性影响研究

针对平原区城镇化背景下水系减少及连通受阻等下垫面变化引起的洪涝加剧问题,综合考虑水系结构和水力特性等因素,建立满足行洪排涝需求的平原水系连通度量方法,并以浙东沿海平原河网区为例,分析了城镇化下平原水系特征变化及其对河网连通度的影响。结果表明:1近20a来研究区水系数量和结构复杂性均存在不同程度的衰减,河网密度和水面率分别减少20%和30%左右,水系尤其是低等级河道的减少导致河网结构趋于骨干化;2河网连通度受水面率等数量特征和水系空间连接结构的共同影响,在水系数量持续减少情况下,整个河网连通度呈现先减少后增加的趋势,说明了骨干河道工程对水系空间结构特征的优化,可缓解水系减弱对河网连通的负面效应;3建立的河网连通度方法合理反映了水系数量和结构变化下的河网连通度演变规律,以及水系变化下区域排涝能力的空间差异特征,具有操作性强特点。     

城镇化对太湖平原河网的影响——以太湖流域武澄锡虞区为例

为探讨近年来城镇化快速发展等对太湖流域腹部地区平原河网水系的影响，选取城镇化快速发展且城镇化程度很高的武澄锡虞区为例开展了研究。以1960年代、1980年代和2003年水系为基础，依据河道宽度对水系分级，并从河流地貌学角度定量分析了河网密度、水面率、河网复杂度、河网结构稳定度、分维数等结构特征及长时间序列的水位变化。结果表明：研究区水系要素基本上都在减小；不同等级的河流长度和河湖面积除一级河流面积增加外，均呈减少趋势。河网密度、水面率、分维数均变小，河网复杂度、河网结构稳定度下降，河网演化趋于主干化、单一化，河湖连通性下降。城镇化前后变化显著，且1980年代以来变化加快。同时城镇化背景下的水系衰减对河网蓄泄功能也产生了较大影响，使得年平均水位和汛期水位呈现上升趋势，导致洪灾风险增大。故在城镇化过程中应遵循河网演变规律，促进水系的保护     

中国河湖水系连通与区域生态环境影响

新时期针对我国人均水资源少且时空分布不均等问题,提出了河湖水系连通重大治水方略。本文具体分析连通性带来的环境影响与生态影响。环境影响主要从水系连通性与水文因子、水质及河流形态的关系出发,通过不同角度的分析,确定连通性带来的环境影响。生态影响主要分析了水系连通性与水系生境、生态群落及生态景观的变化关系,根据它们间的相互作用,研究分析水系连通性对生态的影响。根据连通性与生态环境的影响关系,最终确定健康河湖水系连通理论评价的构建指标。     

基于改进熵权物元模型的河网尺度物理生境评价——以太湖流域为例

平原河网地区社会经济快速发展过程中，河网水系受人类活动干扰强烈，生境退化现象突出。以太湖流域为研究区域，选取盒维数（D）、区域河流坡降（P）、河网复杂度（CR）、河网实际结合度（γ）、区域河网加权曲度（SR）、骨干河网密度（R）等6个物理生境指标，基于改进熵权物元模型，构建了河网尺度的物理生境评价体系。研究结果显示，太湖流域物理生境质量多处于“较好”~“差”等级；生境因子的质量：盒维数（D） >河网复杂度（CR） >区域河网加权曲度（SR）>河网实际结合度（γ）=骨干河网密度（R） >区域河流坡降（P）；太湖流域物理生境空间分异现象明显，西部丘陵地区物理生境质量优于城镇化程度高的东部平原地区。河网尺度的物理生境评价体系较为直观的反映了流域物理生境现状，有效的完善了平原河网地区生境评价结果。     

基于多尺度指标的平原区河流连通及城镇化响应研究

针对我国目前对平原区河流连通综合评价指标和实例研究的不足,本文从形态、结构、功能三个方面,分目标层、准则层和指标层三个层面,定义了河流连通指数RCI,并以上海浦东片部分选区为例,结合Arc GIS软件及Ward开发的欧式平方距离聚类分析法,分析河流连通总体特征及差异,讨论城镇化影响下的河流连通空间分异特征及分区方案。结果表明:区域RCI整体为一般连通,形态连通基本为较差或不连通,结构连通50%以上为非常连通,功能连通50%以上为一般连通或较连通,各个指标层得分存在明显差异;聚类为四个集群,依据河流连通性和城镇化特征将区域划分为:形态提升区、功能恢复区、形态恢复区、连通提升区。     

河口三角洲地表水文连通性研究进展

三角洲通常位于河流与湖泊、海洋等大型地表水体的过渡带，分布全球约8%人口。受地势低缓、流域来沙减少和海平面上升等多因素作用，三角洲系统被认为是诸多地表类型中高度敏感和脆弱的地带。近年来，地表水文连通性成为三角洲水文水动力领域新的热点问题。通过国内外相关文献调研，系统阐述了水文连通性概念、三角洲地表水文连通性组成以及三角洲形态和水文连通性的联系。研究表明:三角洲地表水文连通性可分为结构连通性、功能连通性和过程连通性；基于图论方法的结构连通性仅表征河网在三角洲水文连通性的作用，而功能连通性和过程连通性反映水文水动力要素的空间分布及其与气象等环境要素的耦合关系，但亟需有效的野外观测和调查数据；三角洲形态与水文连通性存在一定联系，部分形态指标可用于刻画三角洲地表水文连通程度。因三角洲具有高度时空异质性和复杂地形地貌等特点，从学科发展趋势和应用需求的角度出发，未来应综合采用野外观测、数理统计和数值模拟等多学科交叉的研究策略，为三角洲湿地生态系统应对当前快速变化环境等重大问题提供科学依据。     

芭蕉湖-南湖连通工程的连通性评价

江湖水系连通是改善水环境、修复水生态和提高人居环境的重要措施,但有关城市内湖水系连通工程的动态连通性定量评价不够完善。基于岳阳城区芭蕉湖-南湖连通工程方案,从长江引水至芭蕉湖通过王家河流域新开挖河道自流至南湖,以改善王家河和南湖水质状况与修复水生态功能。采用MIKE21水动力模型分别模拟汛期和非汛期时6、12和24 m~3/s的流量条件下,南湖出口最低控制水位为25.86 m和26.06 m的12种工况,分析不同引水条件下两湖的连通性,并提出一个定量评价指标。结果表明:引水初期流量取24 m~3/s和控制南湖出口最低水位为25.86 m时,汛期和非汛期连通性均达最佳状态,此时换水周期分别缩短至5.59、5.17 d。从连通性指数的变化来看,"引江济湖"和"两湖连通"增强了水系连通性,可提高水体自循环能力。     

建坝对下游河道水文情势影响RVA评价方法的改进

研究水库下游河道中水文情势的变化是研究水利工程对河流生态系统胁迫的一种新途径。RVA（Range of Variability Approach）方法基于32个参数从水流的等级、频率、历时、发生时间、变化率5个方面的水文特征对建坝后河道水流情势的变化进行定量分析，并给出各个参数确定的满足河道生态要求的流量特征变化范围。将该方法运用于位于浙江省飞云江上的珊溪水库，以其下游的峃口水文站为观测点，分析了该站52a的日流量资料，计算出了河道水流参数满足生态系统要求的可控制范围。并在原RVA评价各参数水文变化度的基础上进行了改进，利用改进的方法对32个参数的变化情况以及整个河流水流情势的变化情况进行了评价。通过与原方法的比较，结果表明改进后的RVA方法更为客观。根据计算结果，建坝后该河流的整体水流情势变化度为中度，流量的频率和历时指标变化最大，低流量事件的持续时间减少，出现次数增多，严重影响了河流的生态功能     

基于河流连通性的河流健康评价

河流生态系统是生物圈物质循环的重要通道,河流健康则是全面审视河流生态系统的崭新概念。本文从河流健康概念出发通过对国内外河流健康评价进展的综合分析研究提出了包括水文特性、水质特性、河流地貌特性、生物以及河流连通性这5个具有一定代表性的指标来进行河流健康评价,探索性把河流连通性作为评价指标加入了这一评价标准。     

太湖流域城市化发展下水系结构与河网连通变化分析——以苏州市中心区为例

太湖流域是我国城市化高度发达地区，城市化的发展有力地促进了区域经济的增长，但同时对原有河流水系造成了较大冲击，从而对生态环境造成了很大影响。苏州市是太湖流域城市化发展最为典型的城市之一，近几十年来城市化的快速发展导致区域河网萎缩，水系连通受阻。为此运用图论和GIS的方法探讨了水系结构与河流连通变化。研究表明：（1）近50 a来，苏州市中心区河流总长减少了约84 km，河网密度下降了约197%；（2）研究区二、三级河流持续减少，一级河流不断增加，呈明显的主干化趋势；（3）河流结点数和河链数均呈下降趋势，且1980s到2009年的变化幅度要比1960s到1980s的变化幅度大；（4）水系连通度由1960s的4215下降到1980s的4017，到2009年下降为3361，呈明显的减小趋势     

基于GeoProcessing方法的岷江上游流域数字水系建模

GeoProcessing不仅提供空间数据分析的简单功能,而且支持建立非常复杂的地理处理模型来完成定制的地理处理任务和执行批处理操作.通过GeoProcessing地理处理新方法建立流域数字水系模型,是流域水文构成模拟计算、流域水土流失分析等的重要基础.为水文过程模拟分析提供有力支持.以岷江上游流域为研究区,首先使用GeoProcessing建模方法生成岷江上游流域30 m×30 m DEM并对其进行洼地的确定、填充和平地的抬升等预处理,采用D8法计算水流方向和汇流面积,在此基础上实现流域分水岭、河网水系和子流域等参数提取,并建立岷江上游流域数字水系模型.通过模型计算,较精确地确定了岷江上游的流域边界,其提取结果与传统的手工数字化成果吻合程度高,且细节部分更加突出;与传统的分步式操作相比,提高了水系河网提取的阈值试验条件设置次数,可批量处理,自动化程度高,人为干扰小,结果更加可信.当取汇水累计量≥600栅格单元(面积约为0.05 km2)且综合长度≤500 m的水系时得到的结果与手工数字化地形图水系吻合较好.     

长江干流典型区域河流生境健康评价

河流生境是河流生态系统中的重要组成部分，是维持河流健康的重要因素。河流生境健康的准确评估可以为河流生态系统的保护与修复提供重要依据。针对长江干流生境特点，从河流物理生境形态、河流岸边带生境和水环境特征3个方面选取了10个指标，构建了长江干流生境评价的指标体系。基于该评价体系，在2017年8~9月对长江干流的金沙江下游、三峡库区、长江中下游3个典型区域的127个调查断面进行河流生境综合评估。结果表明：金沙江下游、三峡库区、长江中下游河流生境综合指数（RHI）分值的分别为133.9、124.6、130.8，总体评价等级均为“良”。水流情势、受人类活动干扰是金沙江下游生境变化的主要驱动因子，河岸渠化硬化、河岸植被覆盖、河岸植被带宽则是三峡库区和长江中下游生境变化的主要驱动因子。建议长江上游区域强化水生生物重要栖息地完整性保护，中下游区域加强岸边带、洲滩的生态修复，恢复江湖连通性，构建长江流域生态廊道和生物多样性保护网络。     

城市化背景下建成区扩展及其对河网变化的影响——以苏州市为例

根据苏州快速城市化与水网密布的典型地域特征,利用不同空间分辨率卫星遥感信息,通过标准化处理流程,获取2002～2018年期间多期苏州建成区与水网专题信息,采用垂直类比的定量化方法,在区域和地理空间格网单元的层面,对城市建设用地与河网水系进行空间叠加分析.探讨城市化进程中建成区建设用地与河网水系分布的格局,以及河网的密度、河链数、节点数、连接率和分形维数等特征参数动态变化与相互影响关系.结果 表明:(1)苏州城市空间扩展特征已经从区域中心建成区放射型蔓延向多中心建成区放射型+网络化的蔓延方式改变.(2)苏州河网水系伴随建设用地扩展,密度持续降低,建成区以外的农田植被区河网水系分布格局未发生根本性改变.河网连接率未发生变化,连通性维持稳定,分形维数稍有降低,河网结构复杂性略有下降.(3)河网变化受建成区扩展影响显著.前期各建成区格网单元内水网密度降低空间分布较为均匀,后期主要集中于建成区增量所占比例较低的网格单元即主要发生在建成区边缘扩展区域.本文的方法可为遥感信息在城市生态系统的空间规划决策和遥感尺度效应研究提供科学依据.     

基于最小累积阻力模型的江南水乡河网分区保护研究

河网水系是江南水乡重要的自然与历史文化遗产。但近年来,随着城市化进程的快速发展,人类活动对河网的干扰日趋严重,村镇小水体出现大面积填埋,部分地区河网结构趋于简单,非主干河道不断减少。以上海市青浦区为研究区域,采用最小累积阻力模型对河网水系分区保护问题进行探讨,以期为江南水乡风貌保护提供参考。结果显示：（1）河网水系在江南水乡具有明显的廊道效应;（2）青浦区可划分为河网特殊保育区、河网重点保护区、河网风貌保留区、河网生态建设区和河网景观恢复区5个区域,并由此提出具有针对性的水系分区保护方案;（3）最小累积阻力模型在江南水乡河网水系保护方面具有较好的适用性     

城市化进程对长江下游平原河网水系格局演变的影响

以长江下游典型平原河网地区苏州市为例,基于1970s、1990s、2010s的遥感影像以及1960s、1980s、2010s水系数据,构建水系结构参数指标,重点探讨不同城市扩张方式对不同等级水系的干扰程度,以揭示城市空间扩展与水系结构演变的关系。结果表明:(1)城市扩展具有阶段性、趋向性,且受到自然环境和社会经济的影响与制约。(2)河网水系的改造和演化在不同城市化进程下表现出区域差异:近年来快速城市化区域的河网密度、水面率等水系结构指标变幅较大;80年代城市化区域变幅次之;进入高度城市化阶段的老城区,变化最小且稍有增加,其中近50年来河网密度在上述3个区域总体变幅为-21.06%、-16.23%以及1.88%。(3)河流结构发育受城市化进程显著影响,自然状态下河流长度与面积之比较大,河流结构更为稳定,而进入城市化阶段后,河流结构稳定性随之降低。该研究为城市化地区河流水系保护、城市规划及防洪减灾提供参考与理论支撑。     

葛洲坝对长江径流过程的影响

水流是河流生境的主要决定因素之一，影响生物群落的组成和多样性。河流径流过程及特征可以通过水文参数值及其统计特征来反映，包括水文值的大小、发生时间、持续时间、发生频率和变化特征等。水利工程会改变河流天然径流过程。采用IHA法对葛洲坝的河流径流过程影响进行了评价，结果显示总体上葛洲坝水利枢纽对河流天然径流的改变不大，但其一定的削峰坦化作用可能是上涨率和下降率等参数值在建坝后发生一定变化的原因。