李信樵

(辽阳市水利事务服务中心，辽宁 辽阳 111000)

0 引 言

城市水系的连通性受经济社会快速发展的影响产生一定的改变，城市水系生态系统中水系连通性占据着重要地位[1]。目前，国内许多学者逐渐关注对河流水系连通性的相关研究，关于水系连通性的评价方法及研究成果也比较多，而考虑城市水系生态连通性的研究还鲜有报道。近年来，对城市水系连通性和河流生态保护的研究逐渐成为热点问题，对于生态保护规划和城市水系发展等具有重要意义[2-7]。鉴于此，本文以辽阳市为例，对城市水系生态格局利用水系生态连通评价指标相关方法进行定量的评价分析，结合评价结果和区域水系连通情况提出了有效的改善措施，可为城市水系生态规划提供重要的借鉴和参考依据。

1 水系生态连通指标计算

水系节点率、河面宽度比率、河频率、河网密度、网络连通度和网络环通度为水系生态连通性评价主要指标，采用如下计算公式确定河网密度，即：

(1)

式中：A、Li为计算面积与河流长度；n、Rd为河流数目及河网密度。

根据下式计算确定河频率、河面宽度比率，即：

(2)

(3)

式中：Rb为反映河流发育状况的河频率；AN为区域计算总面积；Wp为河流宽度比率。

采用下述公式计算确定水系网络连通度和城市水系网络环通度，计算式为：

(4)

(5)

式中：M、Mmax为城市连接的廊道数量和最大廊道数；α、γ为城市水系的环通度和水系网络连通度指数；V为水系节点数。

根据以下计算式确定水系节点率，其表达式为：

(6)

式中：β为反映水系连通强弱程度的水系节点指标。

2 实例分析

2.1 区域概况

辽阳市为沈阳经济区副中心城市，地处E122°35'-123°40'，N40°42'-41°36'之间，下辖5个区、1个县和1个县级市，总面积4744km2。该区域为湿润、半湿润季风气候，境内气候特征因地貌形态的差异各不相同，其中降水量最大的区域位于东部的低山丘陵区，气候特征为夏季多大雨、暴雨，冬季气温低且实践较长，年降水量为800-900mm；北部丘陵平原地带的降水量较少为500-700mm，西部沿河平原区降水量为600-800mm，气候特征为冬季气温低、夏季温度高。境内大小河流纵横交错，其中流程在10km以上的河流29条，5km以上的约86条，这些大小河流构成了浑河、太子河两大水系。近年来，随着工业化、城镇化的快速发展和人口规模的扩大，辽阳市池塘、湖泊、湿地等具有储存和滞洪作用逐渐消失，河道被大量占用并加速了雨水的汇流；区域降水频率和强度在环境破坏、热岛效应等因素作用下不断增强，而完善的排水设施和地表大面积硬化进一步加快了雨洪的汇流速度，大大提高河道的不可控制性和水流流量，河水侵蚀、冲刷河床和河岸的程度增大，城市洪涝灾害发生日趋频繁，因此有必要对辽阳市水系生态格局利用综合生态连通度评价指标进行定量的科学评价[8-11]。

根据水系分布状况和区域规划分为10个水利片区，统计整理各片区河流特征如表1所示。规划后，在一定程度上增加了各水利片区的水系连接点及河流连接廊道，河流水系连通性较规划前得到明显的改善，对该城市水系连通性利用水系连通度评价指标计算方法进行定量分析。

2.2 水系生态连通指标值

区域城市水系规划前后的连通指标利用水系生态连通评价指标计算方法进行分析，结果见表2。

表1 规划前、后各水利片区河流水系特征

表2 规划前、后水系连通性指标及结构

从表2可知，城市水系规划在很大程度上改善了生态连通性和水系结构指标，在一定程度上改善了河流密实度、水面率、水系面宽度，较水系规划前，河流密实度和水面率分别提升了约5%-6%、5%-15%，在改善河流水系连通性指标的同时也改善了水系结构指标。水系规划在一定程度上改善了节点连通度、节点率和水系网通度，较规划前节点率和水系网通度提升幅度约为6%-7%，同时河流水系连通度由于这两项指标的改善得到明显的提升，增大约15%左右。

2.3 水系生态指标关联性分析

对水系连通的各个指标相关性依据区域水系河流连通指标计算结果进行分析，计算结果见表3和表4。

表3 规划前水系连通指标相关性

表4 规划后水系连通指标相关性

根据表3-4可知，在水系规划前、后城市水系连通各指标的相关性保持较高的一致性。根据单因子相关性分析结果，相关性最佳的水系结构中的河频率与河网密度指标，相关度较高，区域水系连通性受水系网通度和节点率的影响最为显著，且二者的相关性比较高。所以，城市水系连通规划设计时应提高区域节点率和水系密度，注重改善河频率和河网密度，从而保证水系网通度的相关性和生态发育程度。

2.4 水系生态指标主成分分析

对水生态主要影响因子利用主成分分析法进行探讨，结果如表5、表6、表7。

表5 规划前水系连通指标总方差

表6 规划后水系连通指标总方差

表7 主成分矩阵评定结果

根据表5、表6可知，采用主成分分析法获取的水系连通各指标关联性，在规划前、后具有较高的一致性，主成分最高的指标为水面率、河频率和河网密度，区域水系数目随着城市化的持续推进表现出下降趋势，其中改善水系连通性能和调整河流水系数目为区域水系连通规划的主要目标。城市河流水系的连通性可通过第一主成分直观的反映，河流水系连通性评价可依据第二主成分进行分析。研究成果可为改善河流水质状况、生态景观以及河流水系连通性能，提高城市防洪减灾能力等提供重要的参考依据。

2.5 建议改善措施

1)生态护坡。自然护坡仍为当前城区河段水系的常用形式，该护坡类型使得河流水系具有一定的防洪风险且水土流失问题比较突出，为保障各水系的生态连通性有必要建立各水系生态廊道，采取科学有效的生态护坡措施。生态护坡是一种涉及生物科学、水力学、生态学及水土保持学等多门学科，通过将土地保护、景观设计、城镇发展、生态建设与河道治理有机结合，发挥植物、植物与工程相结合的自我修复功能，从而提升河道边坡的抗滑稳定、抗冲刷以及自修复能力，逐步实现人类活动、经济社会、自然生态、水资源与河道的和谐发展，减少河流洪患，有效开发水资源，改善小流域气候和生态环境的目标。

2)河道清淤。由于岸坡杂物堆积和河道内垃圾淤积，使得河流过流能力和水体自净功能大大降低，为保证河流畅通和扩大河道过流能力，有必要清理河道卡口杂物和河流内的杂物，由此增大不同水利片区之间的连通性。机械清淤可在一定程度上改善底泥和河流水体的理化性质，但该项措施的投资成本较高，一般适用于污染负荷高的小面积水域修复。在受污染程度较低、涉及范围较小的区域比较适用生物酶底泥修复技术，从而显著提升微生物在自然条件下降解有害有度污染物的能力。另外，底泥理化性质的可持续性在提高微生物活性后得到重要保障。

3)水闸调控。河道具有的流动性能够通过改变水动力因子修复河道生态系统，通过改变水体的物理性质和化学成分对水系统产生影响。为了充分发挥水系连通的重要枢纽功能注重区域内各水闸的优化调控性，尽量的有效控制关闭非重要性水闸，保持主要水闸长期处于开启状态。

3 结 论

根据分析结果，城市水系规划设计前应重点改善河流水系的生态玄幻能力，改善河流水系的连通性能和消失的生态恢复，城市生态绿色发展必须以水系生态连通性能为基本前提。

对城市水系生态连通性利用静态指标法进行定量分析，为进一步提高评价结果科学合理性未来还需要考虑输水能力、河流势能等动态指标综合评价。