孙 健

(沈阳市苏家屯区财政事务服务中心， 辽宁 沈阳 110101)

城市水系环度是水系连通性能评估的重要指标，也是城市水系健康发展的重要基础[1]。水系环度主要是表示各水系连通的节点率，通过节点率的分析表征其水系环度值[2]。水系环度主要通过水系形态指标进行分析和确定[3]。水系形态指标主要包括河流长度、水域面积、水系密度、水面比例、节点连接率、水系连通度等指标，早期由于这些形态指标获取难度较大，因此对于水系环度的分析研究还较少，近些年来，随着遥感和地理信息技术的快速发展，为河流形态指标的提取提供了一种重要的及时手段，在许多地区河流形态指标提取中得到应用[6- 12]。通过河流形态指标的提取，结合水系环度的计算方法[13]，可以实现城市水系环度的定量计算。为此本文以辽河铁岭段为研究实例，多个研究成果表明[14- 15]，辽河铁岭段水系环度发生一定程度的变化，需要对其水系环度进行分析，从而为水系连通规划提供重要的支撑。因此本文基于水系环度计算方法，结合河流水系形态指标提取值，对辽河铁岭段水系环度进行定量评估，研究成果对于城市水系连通规划具有重要的参考价值。

1 河流形态指标提取方法

为对水系环度进行分析，首先需要对水系形态进行分析，形态指标结构体系见表1。本文采用遥感影像对各形态指标进行提取：

NDWI=(Green-NIR)/(Green+NIR)

(1)

式中，NDWI—水体差异化指数；Green—遥感影像的的第二个波段；NIR—遥感影像的的第五个波段。水系密度提取方程为：

(2)

式中，Ri—水系密度；Li—第i段河段的长度，km；M—河流条数；Ar—水系连通面积，km2。水面比例提取方程为：

(3)

式中，rp—提取的水面比例，%；Aw—水域面积，km2。水系环度提取方程为：

(4)

式中，a—提取的水系系环度；n—水系数目；v—水系连通节点数。节点连接比例提取方程为：

(5)

在水系连通节点连接率基础上，对连通度进行计算：

(6)

式中，r—连通度。本文结合双变量方法对各指标相关性进行计算：

(7)

yt=β0+β1xt1+β2xt2+…+βkxtk+ut

(8)

式中，yt—水系连通阈值；xt1，xt2…xtk—形态指标；u—随机误差；k—指标个数。

表1 河流水系形态指标体系

2 辽河铁岭段水系环度计算

2.1 区域概况

以辽河铁岭段为研究实例，铁岭市位于辽宁省东北部，地处东经123°27′～125°06′，北纬41°59′～43°29′流经铁岭市10km2以上河流共计301条，其中，流域面积在5000km2以上的河流3条，1000～5000km2河流6条，100～1000km2河流38条，50～100km2河流20条，10～50km2河流234条；主要河流有辽河、清河、招苏台河、寇河、二道河等。

2.2 数据来源

铁岭市城市化发展水平从其对水系功能影响上主要体现在土地利用方式及功能的变化，阜新市土地利用变化数据主要来源于统计年鉴数据，河流形态指标提取主要基于MODIS遥感影像数据，通过遥感影像处理后，对各形态指标进行提取分析。

2.3 水系形态指标双侧检验

结合铁岭市城市化发展土地类型变化比例数据，采用双变量分析方法对铁岭市不同水系形态指标进行检验，检验结果见表2。

从水系各形态指标的双变量检验结果可看出，水系形态指标的双变量检验结果差异程度较大，不同河流水系形态指标和城市功能指标的检验值不同，对于河流长度而言，和城市绿地功能的双变量检验结果较好，但均未达到95%的双侧检验水平。水域面积与其他用地的双变量显著相关水平达到95%的显著水平，这主要是因为水域面积受到其他用地比如建筑用地功能影响程度较大。水系密度表示为水系发展程度，可以看出水系密度和其他用地的双变量检验也达到95%的显著相关，这主要是因为水域面积和水系密度具有较好的相关度，因此两个指标的双变量检验较为相似。节点连接率与城市绿地的双边量检验结果较好，水系连通度由于和节点连接率具有较好的相关性，因此两个形态指标的双变量检验结果也较为接近。

表2 铁岭市水系形态指标双变量检验结果

2.4 水系形态指标相关性分析

结合铁岭新市水系连通8个主要功能的数据，对水系形态指标进行双变量相关统计分析，统计分析结果见表3。

表3 铁岭市水系形态指标的双变量相关统计结果

从辽河铁岭段各水系形态指标与城市功能指标相关性分析结果可看出，各形态指标与城市水质达标率、城镇供水比例、湿地变化率、生物多样性指数、水库调节力、亲水舒适度、河段断流比均具有较好的双变量相关性，对于水质达标率指标而言，水系密度与该指标的双变量相关系数最大，水系密度越高，水质达标率程度越好，其次是水系环度，水系环度是连通重要评估指标，水系环度越大，表明连通功能越强，而水系连通的好坏直接影响城市水质的达标率。从城镇供水比与其他形态指标的相关统计结果可看出，城镇供水比与河流长度的双变量相关统计结果最大，河流长度越大，可以提供城镇供水的水量越高，也相应的提高城镇供水比例，此外水系密度与城镇供水比也具有较好的双变量相关性，水系密度越大，城镇供水比例也越高。生物多样指数是河流水生态环境重要评估参数，从相关性分析结果可看出，节点连接率与生物多样性指数的相关系数达到0.766，表明节点连接率越高，生物多样性指数越大。水库调节能力对水系形态指标影响要高于其他指标，从指标相关性分析结果可看出，水库调节能力与形态指标呈现负相关，水库调节能力越高，河流水系形态指标越低。从亲水舒适度指标分析可看出，亲水舒适度和河流长度的相关性最大，河流长度越大，亲水舒适度越高。河流断流比对于河流健康十分重要，河流断流比和水系形态指标呈现较为显著的负相关，河流断流比越大，水系形态指标越低。

2.5 铁岭市水系形态指标阈值分析

铁岭市水系连通形态指标阈值确定首先结合区域水资源公报和统计年鉴的历史数据。同时结合水资源规划以及城市总体发展规划数据，采用差值方法对城市化水平下的水功能需求目标进行确定。最后结合构建的定量方程对满足水功能需求目标进行反推，从而得到水系连通形态指标的阈值范围。结合区域水系规划数据对阈值范围进行验证，若结果合理则规划值和理论值具有一定的吻合度。具体计算步骤为结合功能指标和形态指标的相关分析结果，建立功能指标和形态指标的多元回归方程，结合SPSS软件对回归方程进行检验，再确定方程的常数和系数项，通过以上步骤确定整个多元回归方程组，见表4。

表4 铁岭市水系形态指标的多元回归方程

结合铁岭市城市水系规划数据，建立各水系形态指标与水系功能指标的多元回归方程，各指标阈值区间分别为节点连接率阈值在[1.82，2.52]之间，水系连通度阈值在[0.73，0.94]之间，水系密度的阈值为[0.56，0.28]，水系环度阈值为[0.42，0.59]。为对各水系连通指标范围进行合理性分析，结合水系规划数据，2025年铁岭市规划的水系连通节点率目标值为11.94，水系连通度为0.81，水系密度将达到0.62，可见水系形态各指标阈值范围符合铁岭市城市水系规划。

3 结语

(1)节点连接率与城市用地的双边量检验结果较好，水系连通度由于和节点连接率具有较好的相关性，因此两个形态指标的双变量检验结果也较为接近。

(2)河流断流比对于河流健康十分重要，河流断流比和水系形态指标呈现较为显著的负相关，河流断流比越大，水系形态指标越低。

(3)铁岭市水系形态指标阈值区间分别为节点连接率阈值在[1.82，2.52]之间，水系连通度阈值在[0.73，0.94]之间，水系密度的阈值为[0.56，0.28]，水系环度阈值为[0.42，0.59]。