综合生态连通度对城市水系生态格局评价探析

2019-08-08李长存

水利技术监督 2019年4期

李长存

(沈阳市辽中区水利建筑工程公司，辽宁沈阳 110200)

当前，随着社会经济的迅速发展，城市水系的连通性受到不同程度的影响，城市水系的连通性是水系生态的重要组成部分。对于河流水系连通性的研究逐步得到国内许多学者的关注，对于河流水系的连通性评价成果及方法较多[1- 6]，但是这些成果对于城市水系生态连通性评价的成果还较少。对城市水系连通性进行有效评价，是对城市水系进行生态保护规划的重要支撑。本文结合水系生态连通评价指标的相关计算方法[7- 10]，以辽宁地区某平原城市为研究实例，应用水系生态连通评价指标对平原城市水系的生态格局进行定量评价，结合评价结果提出相应的改善措施，研究成果对于城市水系的生态规划具有重要的参考和借鉴价值。

1 水系生态连通指标

水系生态连通指标包括河网密度、河频率、河面宽度比率、网络环通度、水系节点率以及网络连通度共6个指标，其中河网密度的计算公式为：

(1)

河频率的计算公式为：

(2)

式中，Rb—河频率，即为河流的发育状况。

河面宽度比率的计算公式为：

(3)

式中，Wp—河流宽度比率；AN—计算区域的总面积km2。

城市水系的网络环通度采用以下公式进行计算：

(4)

式中，α—城市水系的环通度；M—城市连接的廊道数量，条；V—水系节点个数。

水系节点率采用以下计算公式进行分析：

(5)

式中，β—水系节点率，是反映水系连通强弱的重要指标。

水系网络连通度的分析公式为：

(6)

式中，γ—水系网络连通度评价指数；Mmax—最大的廊道数量。

2 实例应用

2.1 项目概况

以辽宁某城市为研究区域，区域主要的城市水系分布位置如图1所示，区域总的面积为97.58km2，区域内主要分为10个水利片区，各片区水系规划前后的河流特征见表1。规划后，河流水系的连通性得到一定程度的改善，各水利片区河流连接廊道以及水系连接点得到一定程度的增加，为分析规划前后区域水系连通性的改善度，结合水系连通度的评价指标，对该城市水系的连通性进行定量评价。

表1 区域水利规划前后河流水系特征对比结果

注：GHQ表示规划前；GHH表示规划后；XZ表示相差比例。

图1 区域水利片区分布图

2.2 规划前后水系生态连通指标计算结果

结合水系生态连通评价指标对区域城市水系规划前后的连通指标进行了计算分析，见表2—3。

从表2和表3中可以看出，在城市水系规划后，各水系结构和生态连通性指标得到明显的改善，水系宽度、水面率以及河流密度均得到一定程度的改善，其中水面率相比于规划前，提高5%～15%，河流密度提高约为5%～6%之间，在水系结构指标改善的同时，河流水系的连通性指标也得到一定程度的改善。从水系网通度、节点率以及节点的连通度均得到一定程度的改善，水系网通度相比于规划前平均提高近6%，节点率均值平均提高7%，这两个指标的改善，也使得区域城市河流水系的连通度均值提高15%。

表2 区域规划前水系连通结构及连通性指标

表3 区域规划后水系连通结构及连通性指标

2.3 规划前后水系生态指标相关性分析结果

在区域城市水系河流连通指标计算的基础上，对水系连通的各个指标的相关性进行分析，见表4—5。

表4 水系连通各指标相关性分析结果(规划前)

表5 水系连通各指标相关性分析结果(规划后)

从表4和表5中可看出，城市水系连通各指标在水系规划前后的相关性较为一致，从相关性分析结果可看出，水系结构指标中河网密度与河频率具有最佳的相关性，两个指标的关联度较高，而节点率与水系网通度相关性最佳，且对区域水系的连通性影响最为显著，因此在城市水系连通规划设计时，应注重河网密度与河频率的改善度，提高水系密度的同时保障水系生态发育的程度，提高区域节点率来保障水系网通度的相关性。

2.4 规划前后水系生态指标主成分分析结果

结合主成分分析方法对各影响的主成分进行分析，分析结果见表6—8。

表6 水系连通指标解释总方差(规划前)

表7 水系连通指标解释总方差(规划后)

表8 各主成分矩阵评定计算结果

从表6和表7中可看出，规划前后，城市水系连通的各个指标具有较为一致的主成分分析结果，河网密度、河频率以及水面率的主成分最高，随着城市化的不断发展，区域水系数目呈现一定的下降变化趋势，区域水系连通规划的目的在于调整河流水系的数目，改善水系连通的性能。第一大主成分可以更为直观的反映区域城市河流水系的连通性能，而第二大主成分是对城市河流水系连通性能进行有效的评价。分析的成果可以为城市河流水系连通性能的改善，提高区域防洪减灾的能力，对河流生态景观以及水质状况进行改善提供重要的参考价值。