前 沿 ２０１３．９中国水利 淮河流域水系连通状况评估 窦 明’。张远东 ，张亚洲 ，李桂秋’ （１．郑州大学水利与环境学院，４５０００１，郑州；２．；水利部水资源管理中心，１０００５３，北京； ３．河海大学水文水资源学院，２１００９８，南京） 摘 要：以淮河流域为研究对象，结合ＧＩＳ数据绘制出全流域廊道一节点示意图；结合景观生态学理论方法，提出 宏观尺度下水系连通性评价方法和评价标准．进而评价了全流域１３个水资源三级区的水系连通状况，并分析了 影响水系连通的主要因素．其研究结果对当地水环境保护工作的开展具有一定的指导意义。 关键词：景观生态学；淮河流域；水系连通 Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ Ｈｕａｉｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ／／Ｄｏｕ Ｍｉｎｇ，Ｚｈａｎｇ Ｙｕａｎｄｏｎｇ， Ｚｈａｎｇ Ｙａｚｈｏｕ，Ｌｉ Ｇｕｉｑｉｕ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｈｕａｉｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ ａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅ ｐａｓｓａｇｅ－ｎｏｄｅ ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｖｅｒ ｂａｓｉｎ ｉｓ ｄｒａｗｎ ｂｙ ｔｈｅ ＧＩＳ ｄａｔａ．Ａｐｐｌｉｅｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｃｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｓｃａｌｅ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ １ ３ ｔｈｉｒｄ—ｌｅｖｅｌ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｈｕａｉｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ ｉｓ ａｓｓｅｓｓｅｄ．ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｉｔ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．ｒｒｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｗｏｒｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｃｏｌｏｇｙ；Ｈｕａｉｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ；ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ 中图分类号：ＴＶ２１３．４＋ＴＶ８８２．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００一ｌ１２３（２０１３）０９—００２１—０３ 水系连通性是指在水文循环要 其连接部分的形状（如平均宽度、长 连续、地理位置上相互分离的斑块体 素内部和各要素之间．物质、能量和 度）、水深、流量和坡降等指标来表 的过程。景观破碎化与水系连通性有 生物体以水为媒介进行迁移和传递 征 中观尺度下的连通性．是指某一 很大的关系。当景观逐步破碎、相互 的能力 它从水系形态结构的角度出 特定区域内所有水体之间的连接能 分离后．河流水系的水文循环必然受 发．反映水生态系统之间水文要素连 力．与水体面积、形状、水体间相互距 到影响，导致部分循环阻断．水系连 接状况和内部物质能量交换能力的 离、流量、水位等因素有关。宏观尺度 通性下降。在景观破碎化理论中．描 大小 本文将应用景观生态学理论方 的连通性．是指流域范围或某一较大 述区域景观廊道连通状况的指标有 法．定量评价淮河流域的水系连通状 区域内河流水系的连接能力．此时可 指数、 指数和ｙ指数，本文将其用 况．其研究结果对当地水环境保护工 将河流的起源和交汇点视为节点． 来计算水系连通性 作的开展具有一定的指导意义 河流水系视为连接节点的廊道．由 ①水系环度ＯＬ：反映河网水系实 此构建一个“节点一廊道”网络系统． 际成环水平的指标 一、研究方法介绍 连通性则是表征该系统复杂程度和 ．Ｌ－Ｖ＋１ １．水系连通状况评价指标 连通状况的指标 由于本次研究对 通常．根据单点一区域一全局的 象是淮河流域．故采用宏观尺度的 式中： 为连接廊道数，Ｖ为节点数。 递变方式．可将水系连通性的研究对 研究方法 ②节点连接率／３：反映河网水系 象分成微观、中观和宏观三个尺度， 采用景观生态学中的景观破碎 中每个节点连接水系能力强弱的指标 每个尺度下的研究方法都不尽相 化理论来描述宏观尺度下河流水系 Ｌ ＝ 同。微观尺度下的连通性．是指两块 相互之间的连通程度 景观破碎化是 特定水体之间的连接能力．由反映 指景观由连续完整的整体趋向于不 ③水文连接度 ：反映河网水系 收稿日期：２０１２—１２—０２ 作者简介：窦明．教授，主要从事水资源与水环境研究。 基金项目：国家科技重大专项（２００９ＺＸ０７２１０一Ｏ０６ Ｊ，郑州市科技攻关计划项目（０９１０ＳＧＹＳ３３３８９—２）。 ２１— 前 沿 ＣＨＩＮＡ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ ２０１ ３．９ 中廊道之间相互连接能力强弱的指 标．由连接廊道数与最大可能连接廊 道数之比得到。河网现有的连接廊道 数 可直接数得．最大可能连接廊道 数 通过计算现存的节点数获得。 如果有３个节点．则最多只有３个连 接；若有４个节点．则将增加３个连 二、连通状况评价 淮河流域由淮河和沂沭泗两大 水系组成．在一级支流中流域面积较 大的有洪河、史河、淠河、颍河、涡河、 沂河、沐河等，还有洪泽湖、高邮湖、 南四湖、骆马湖等湖泊，同时流域内 还修建了许多人工运河．如京杭大运 河、人江水道、人海水道、苏北灌溉总 方面考虑了淮河流域自然发育而成 的天然河湖．另一方面考虑了人工修 建的各种运河水道 结合上面给出的 Ｏ／、 、Ｙ指数计算方法和评价标准，评 估淮河流域及各水资源三级区的水 系连通性 由表２可见．目前淮河流域共拥 有自然节点１ １３０个、人工节点９５ 个，自然廊道１ １４９个、人工廊道８４ 个 在１３个水资源三级区中，湖西区 接，总数为６。假设无新的交叉形成． 则每增加一个节点．最大可能的连接 数以３的倍数增加。由此， 指数为： ： ： 渠等．由此构建了极为复杂的“自 然一人工”交错河网水系 在进行水 系连通状况评估时．首先结合目前淮 河流域的水系分布状况绘制廊道一节 点示意图（如图１）。该图主要在淮委 水文局提供的淮河流域水系图、地理 墨 ３（Ｖ－２） 的人工运河数量最多．故而人为作用 对当地的水系连通性影响也最大．其 次是里下河区、中运河区、沂沭河区， ２．水系连通状况评价标准 为了更清晰地反映区域水系连 而王家坝以上北岸、王家坝以上南岸、 蚌洪区间南岸、日赣区４个三级区内 无人工水系连接工程。在淮河诸水系 中．东鱼河是湖西区和鲁西南地区最 大的人工运河．其境内面积在１ ０００ ｋｍ２以上的河流有东鱼河北支、南支 通状况，在参照《城市水系规划导则 （ＳＬ ４３１－－２００８）》等技术标准和国内 外具有一定代表性的城市现状值或 信息系统图件以及查阅相关文献进 行印证的基础上绘制而成 由图１进一步得到全流域及１３ 个水资源三级区的节点、 道指标数 规划值基础上．给出反映水系成环水 平、节点连接水平和廊道连通水平指 标的评价标准（如表１所示）。 值（如表２所示）。在资料统计时．一 以及胜利河：面积在３００～１ ０００ ｋｍ２的 有团结河、黄白河：面积在１００～３００ ｋｍ２的有新冲小河、贺李河、惠河、东 沟、翻身河、定陶新河、南渠河、白马 河、太行堤水库三干沟和五干沟等。 东鱼河的修建．不仅改善了鲁西南平 原地区的排水出路．减轻了洪涝灾 害．还改善了当地的水系连通情况。 表１ 水系连通状况评估标准 ＼考 ＼等级 优 （Ｏ．５，１） 良 （０．３，ｏ．５） 由 （ｏ，ｏ．３） 差 （一１，０） 水系环度 节点连接率Ｂ 水文连接度 （１＿ｏ７，１．１） （ｏ．３７，ｏ．５） （１．０５，１．０７） （Ｏ．３５，ｏ．３７） （１，１．０５） （Ｏ．３，ｏ．３５） （Ｏ，１） （０，ｏ．３） 图１ 淮河流域廊道一节点示意图 ●２２ 前 沿 ２０１３．９中国水利 表２淮河流域水系连通评价结果 节点数 水资源三级区 王家坝以上北岸 王家坝以上南岸 王蚌区间北岸 王蚌区间南岸 蚌洪区间北岸 蚌洪区间南岸 湖西区 廊道数￡ 最大可能连 水系环度 成环 水平 ０．０２６０ ０．０３５ ３ ０．Ｏ１２４ ０．０２７ ６ ０．０３３ ２ ０．０２９１ ０．０４００ 节点 连接 水系 连通 自然节点 人工节点 自然廊道 人工廊道 接廊道数 一 ４１ ４５ ｌ６Ｏ ８９ １０５ ５４ ４４ ４６ 连接率口 水平 连通度ｖ 水平 １．０２４４ １．０４４４ １．０ｌ８ ３ １．０４３ ０ １．０５５ ６ １．０３７ ０ １Ｊ０６６７ ４２ ４７ ４ ４ ３ １６４ ９４ １ｌ２ ５６ ５１ ４５ ｌ１７ １２９ ３ ３ ２ ４８６ ２７３ ３１８ １５６ ２６４ 由 良 由 由 良 由 良 由 由 由 由 良 由 良 ０．３５９０ ０．３６４ ３ ０．３４３ ６ ０．３５５ ３ ０．３５８ ５ ０．３５９０ ０．３６３ ６ 良 良 由 良 良 良 良 湖东区 中运河区 沂沭河区 日赣区 ３９ ４０ １６５ ｌ８ ２ １０ ８ ３０ ４５ １７２ １２ １ ９ ６ １ｌ７ １４４ ５１３ ４８ —０．１１６９ ０．０５２６ ０．０１７ ６ —０．１６１ ３ 差 优 由 差 ０．７５６１ １．０８００ １．０２８ ９ ０．６６６７ 差 优 由 差 ０．２６５ ０ ０．３７５ ０ ０．３４７ ０ ０．２５００ 差 优 由 差 高天区 里下河区 ３３ ２０２ ２ １６ ２３ ２１７ ２ ｌ３ ９９ ６４８ —０．１３８ ５ ０．０３０２ 差 良 ０，７１４ ３ １．０５５ ０ 差 良 ０．２５２ ５ ０．３５４９ 差 良 淮河流域 ｌ １３Ｏ ９５ １ １４９ ８４ ３ ３８４ ０．０ｏ８ ９ 由 １．０１６ ８ 由 ０．３３９ ５ 由 此外．淮河流域内已完成和正在进行 的水系连通工程有南水北调东线和 内河流相对较少．分布也更加分散 很 少出现多条河流同时相连的情况．故 而导致中运河区、里下河区的水系连 地区的水资源供需情势越来越严峻． 水系连通性也逐渐变差。 中线工程．引江济淮工程．淮河干流 上中游河道整治及堤防加固．怀洪新 通程度评价结果较好．而湖东区、日 赣区、高天区的评价结果较差 另外．淮河流域的水系连通性整 体呈现出“上游好于下游．南岸好于 三、结论 流域水系连通状况评估．是一个 涉及景观生态学、水文学、水资源学 河挖掘．人江水道巩固．分淮人沂续 建．洪泽湖大堤除险加固．沂沭泗河 的洪水东调南下．人海水道修建等 这些水利工程的修建显著改变了流 域内的水系连通状况 就水系连通评价结果来看．无论 是成环水平，还是节点连接水平、廊道 和环境科学等多学科的复杂问题 本 文以淮河流域为例．通过ＧＩＳ数据绘 制出淮河流域廊道一节点示意图．结 合景观生态学理论方法．提出宏观尺 度下水系连通性评价方法和评价标 准．进而评价了全流域ｌ３个水资源三 级区的水系连通状况．并分析了影响 水系连通性的主要因素．其研究成果 对于探索我国河湖水系连通战略实践 北岸，干流好于支流”的变化规律。以 水系连通度 指标为例，位于淮河中 上游的６个水资源三级区中等级为 “良”的有５个．位于下游的７个三级 区中等级为“良”以上的只有３个：在 淮河干流北岸的７个三级区中等级为 “良”以上的有４个．南岸的５个三级 区中等级为“良”的也有４个：位于淮 河支流的湖东区、沂沭河区、日赣区的 连通水平．淮河流域均处于中等水平． 这说明其整体连通状况一般．在洪水 防御、水量调配和水体自净方面的能 力较弱。在１３个水资源三级区中．中 运河区的三个指标评价等级均为 “优”，王家坝以上南岸、蚌洪区间北岸、 湖西区、里下河区中均有两个以上指 标评价等级为“良”，湖东区、日赣区、高 天区的三个指标评价等级均为“差” 从 图１可见，中运河区、里下河区、湖东 区、日赣区、高天区的面积均较小．但由 于中运河区的河流比较集中并且构成 了羽状水系．里下河区河流密度最高并 且构成了井状水网．而其他３个三级区 具有一定的指导意义。 参考文献： ■ 水系连通性等级均较低（湖西区除外． 其连通性好的原因前面已介绍） 造成 这种现象的主要原因是．随着近年来 ［１］窦明，崔国韬，左其亭，等．河湖水系 连通的特征分析叨．中国水利，２０１ １（１６）． ｆ２］赵贤豹．湿地生态系统水文连接度研 淮河流域水利工程建设的大力开展． 对主要干支流的疏导、拦蓄、调控作 用日益明显．显著改善了中上游地区 水系之间的连通状况．缓解了当地的 究 ．南京：南京水利科学研究院．２００８． 『３］邬建国．景观生态学——格局、过 程、尺度与等级［ ．北京：高等教育出 版社．２０００． 用水矛盾．但也导致河道下泄流量和 区间来水量呈减少趋势．从而使下游 责任编辑轩玮 ２３—