地理学报  2015 , 70 (5): 819-827 https://doi.org/10.11821/dlxb201505012

Orginal Article

近50年长三角地区水系时空变化及其驱动机制

韩龙飞1, 许有鹏1, 杨柳1, 邓晓军1, 胡春生12, 徐光来12

1. 南京大学地理与海洋科学学院,南京 210023
2. 安徽师范大学国土资源与旅游学院,芜湖 241000

Temporal and spatial change of stream structure in Yangtze River Delta and its driving forces during 1960s-2010s

HAN Longfei1, XU Youpeng1, YANG Liu1, DENG Xiaojun1, HU Chunsheng12, XU Guanglai12

1. School of Geographic and Oceanographic Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China
2. College of Territorial Resources and Tourism, Anhui Normal University, Wuhu 241000, Anhui, China

通讯作者:  许有鹏(1956-), 男, 教授, 主要研究方向为流域水文水资源评价与防洪减灾。E-mail: xuyp305@163.com

收稿日期: 2015-02-11

修回日期:  2015-04-12

网络出版日期:  2015-05-20

版权声明:  2015 《地理学报》编辑部 本文是开放获取期刊文献,在以下情况下可以自由使用:学术研究、学术交流、科研教学等,但不允许用于商业目的.

基金资助:  国家自然科学基金项目(41371046)水利部公益性行业科研专项经费项目(201201072, 201301075)江苏省自然科学基金(BK20131276)

作者简介:

作者简介:韩龙飞(1988-), 男, 河北磁县人, 博士生, 主要研究方向为水文学与水资源。E-mail: hanlf.nju@gmail.com

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摘要

基于1960s、1980s以及2010s三期1:5万地形图中水系数据,选取河网密度(Dd)、水面率(WSR)、干流面积长度比(R)、支流发育系数(K)和盒维数(D),探讨了长江三角洲地区水系近50年的时空格局及变化特征,并分析了城市化对水系结构的影响。结果表明:① 近50年来,长三角水系河网密度、水面率数量特征呈下降趋势,其中武澄锡虞、杭嘉湖和鄞东南地区河网密度减少近20%;结构特征发生变化,秦淮河流域干流面积长度比增加显著,杭嘉湖地区支流发育系数衰减达46.8%;河网复杂度衰退,武澄锡虞和杭嘉湖地区的盒维数衰减分别达7.8%和6.5%。② 城市化影响水系的空间分布,高度城市化地区河网密度、水面率、支流发育系数以及盒维数最低。③ 城市化深刻改变着水系的演化过程。1960s-2010s期间,高度城市化地区的河网密度、水面率衰减剧烈达27.2%和19.3%,河网主干化趋势加剧,河网复杂度下降4.91%。1980s-2010s期间,低度城市化地区支流衰减达53.3%,河网密度大幅下降14.6%。④ 城镇用地的扩张、水利工程的修建和农田水利活动是改变长三角水系的主要方式。

关键词: 水系结构 ; 时空变化 ; 城市化 ; 长三角地区

Abstract

Spatial and temporal variations of river systems in the Yangtze River Delta (YRD) during the 1960s-2010s were investigated based on streams derived from the topographic map in the 1960s, 1980s and 2010s. A list of indices, drainage density (Dd), water surface ratio (WSR), the ratio of area to length of main river (R), evolution coefficient of branch river (K) and box dimension (D), were classified into three types (quantitative, structural, and complex indices) and used to quantify the variation of stream structure. Results showed that: (1) quantitative indices (Dd, WSR) presented a decreasing trend in the past 50 years, and Dd in Wuchengxiyu, Hangjiahu and Yindongnan decreased by about 20%. Structurally, the Qinhuai river basin was characterized by a significantly upward R, and K value in Hangjiahu went down dramatically by 46.8% during the 1960s-2010s. A decreasing tendency in D was found to dominate the YRD, and decreasing magnitude in Wuchengxiyu and Hangjiahu peaked for 7.8%, and 6.5%, respectively in the YRD. (2) Urbanization affected the spatial pattern of river system, and areas with a high level of urbanization exhibited least Dd (2.18 km/km2), WSR (6.52%), K (2.64) and D (1.42), compared with moderate and low levels of urbanization. (3) Urbanization also affected the evolution of stream system. In the past 50 years, areas with high level of urbanization showed a compelling decreasing tendency in quantitative (27.2% and 19.3%) and complex indices (4.9%) and trend of enlargement of main rivers (4.5% and 7.9% in periods of the 1960s-1980s and 1980s-2010s). (4) Expanding of urban land, construction of hydraulic engineering and irrigation and water conservancy activities were the main means.

Keywords: stream structure ; spatial and temporal change ; urbanization ; Yangtze River Delta

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韩龙飞, 许有鹏, 杨柳, 邓晓军, 胡春生, 徐光来. 近50年长三角地区水系时空变化及其驱动机制[J]. , 2015, 70(5): 819-827 https://doi.org/10.11821/dlxb201505012

HAN Longfei, XU Youpeng, YANG Liu, DENG Xiaojun, HU Chunsheng, XU Guanglai. Temporal and spatial change of stream structure in Yangtze River Delta and its driving forces during 1960s-2010s[J]. 地理学报, 2015, 70(5): 819-827 https://doi.org/10.11821/dlxb201505012

1 引言

河流系统是自然界最重要的生态系统之一[1],是水资源形成与演化的主要载体,是人类社会发展的重要支撑[2]。中国东部河网水系演化受自然因素与人类活动共同影响,但近50年该区河网水系受人类活动干扰强烈。以城市化为代表的高强度、大范围、长历时的人类活动深刻改变着河网水系的数量和结构特征,河流的调蓄、纳污功能随之也发生改变,致使洪涝灾害与水环境问题日益突出,严重制约着人类社会的可持续发展[3]

早在1865年,Marsh[4]就发现人类活动引起河流发育的变化。1945年,Horton[5]提出了河流级序分级系统以及自然河流的河数定律和河长定律。此后,河流分级系统经Strahler[6]修正后广泛应用于河流结构研究。城市化对水系的影响研究始于1960s,早期研究得出城市化使河道扩大、断面面积增加[7-8]以及河网密度增加[9]。Vanacke(2005)对安第斯山脉的河流研究发现,土地利用变化造成河道变窄超过45%,河床加深超过1 m[10]。而城市化对河流水系最直接、最剧烈的影响表现在对末级河道的填埋。国外最近研究表明,美国Baltimore City 66%的河流被填埋[11],Rock Creek 流域河网密度因城市化下降了58%[12]。支流可以增加流域蓄水能力,并且滞留沉积物以及污染物,保持干流水质[13]。支流的大量消失,不仅加大了下游的洪水风险,而且很大程度上影响了河流生态系统。

中国从80年代开始进入快速城市化阶段,因此有关城市化对河流的影响研究相对较晚。已有研究集中在长三角[14-19]、珠三角[20-21]城市化程度较高地区。韩昌来(1997)研究得出,环太湖河道已由20世纪初300余条减少至1993年的125条[23]。陈德超(2002)对上海近50年城市化进程中的河网水系演化研究发现,河流数量大为减少,影响河道自然排水功能[19]。杨凯(2004)发现城市化是改变感潮河网地区水系结构的重要因素[18]。周洪建等(2006)对永定河京津段的研究表明,近40年该地区河道长度减少20.5%,河道数量减少36.4%,水系结构简单化[22]。近年来,中国城市化进一步推进,城市建设“与水争地”的矛盾日益突出,伴随而来一系列的洪涝和水环境问题,城市化对河流水系的影响日益引起政府、学者和公众的广泛关注。

长江三角洲地区是中国城市化程度最高、人口最为稠密的地区。近30年,剧烈的人类活动严重破坏该地区的河流系统,导致河网密度下降、水面率衰减。尽管相关研究已取得一定的成果,但研究区通常以一个城市(上海)为对象[16-19],目前缺少对整个长三角地区水系演变的对比分析研究。因此,本文选取武澄锡虞、阳澄淀泖、杭嘉湖、秦淮河和甬曹浦5个水利分区的平原水网为对象,结合已有的上海地区的研究,以1960s、1980s和2010s三期水系数据为基础,采用统一的水系结构指标体系,分析长三角地区近50年水系的时空变化特征,并通过分析不同城市化地区的水系变化特点,探讨城市化对水系演变的影响规律及机制。

2 研究区概况

长江三角洲地理位置在29°12'N~33°19'N,118°19'E~122°19'E之间,面积约9.54×104 km2。长三角大部分属于典型亚热带季风气候,区域内气候温和湿润,受梅雨和台风暴雨影响较大,降雨较多,年平均降雨量在1000 mm以上。区域地形以平原和丘陵为主,地势低平,易发生洪涝,85.3%的区域高程在200 m以下,西南以及南部地区以山地为主,最高海拔达1635 m。长三角地区河川纵横,湖荡棋布,水系众多。该区近30年快速城市化过程深刻改变这一地区的河流水系结构(图1)。而其中苏、锡、常市,杭州、嘉兴、湖州市,以及南京、宁波等地为长三角经济最为发达的地区,水系衰减严重,因此本文选取武澄锡虞(Ⅰ区)、阳澄淀泖(Ⅱ区)、杭嘉湖(Ⅲ区)、秦淮河流域(Ⅳ区)中下游、甬曹浦(Ⅴ区)的鄞东南地区五个水利分区为典型区(图1),分析长三角平原水网地区水系近50年的时空变化。长三角地区按照流域河道水系、地形高差及洪涝特点,共划分出17个水利分区,其中Ⅰ区和Ⅱ区以望虞河为界,Ⅱ区与Ⅲ区以太浦河为界,Ⅲ区与Ⅴ区以钱塘江为界。Ⅰ区河网密度最高,Ⅱ区水面率最大,Ⅲ区河网密度和水面率介于Ⅰ、Ⅱ区之间,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ区属于太湖下游典型平原水网地区,而Ⅳ区和Ⅴ区为典型低山丘陵区。

图1   长江三角洲示意图

Fig. 1   Location of the Yangtze River Delta (YRD)

3 数据与方法

3.1 数据资料和处理

本研究水系数据主要来源于不同时期的地形图,其中武澄锡虞区、阳澄淀泖区、杭嘉湖区和秦淮河流域数据源于1:50000纸质地形图(1960s、1980s)以及1:50000数字线划图(DLG)和遥感影像(2010s),甬曹浦的鄞东南区数据源自1990、2003和2010年的1:10000电子地形图。本文采用河流宽度对平原水网区水系进行分级[14-15, 24],即河流宽度大于20 m为主干河流,同时也是1级河道,主要起区域行洪排涝作用;河流宽度小于20 m的河流为支流,其中宽度10~20 m为2级河道,0~10 m为3级河道。支流在流域防洪中,主要起调蓄作用。

对武澄锡虞、阳澄淀泖、杭嘉湖、秦淮河流域纸质地形图进行扫描,利用ArcGIS进行配准,根据上述水系分级方法,对研究区湖泊和各级水系进行数字化。其中,1级河道和湖泊为面状要素,2、3级河道为线状要素。对数字化后的水系进行拼接、裁剪和拓扑检验,得到这四个流域1960s、1980s水系。电子地形图借助GIS工具整理得到各级水系结构数据。借助ArcGIS的空间分析功能求得各水系结构参数。此外,对研究区2010年TM遥感影像进行预处理、解译,提取城镇用地面积。

3.2 水系结构参数

本研究采用统一的水系结构参数体系,包括河网密度(Dd)、水面率(WSR)、支流发育系数(K)、干流面积长度比(R)、盒维数(D)5个指标,用以分析水系结构变化。

河网密度(Dd)、水面率(WSR)是水系结构参数中最常见的参数,反映河流水系的数量特征。

Dd=L/A(1)

WSR=(Aw/A)×100%(2)

式中:L为流域内河流总长度;A为流域面积;Aw为流域内河流和湖泊的总面积。

支流发育系数(K)、干流面积长度比(R)用来分别代表支流、干流的发育程度,反映河流水系的结构特征。

KLb/Lm(3)

R=Am/Lm(4)

式中:Lb为支流的河流长度;Lm为主干河流长度;Am为主干河流面积。

盒维数(D)用以描述平原河网结构的自相似性,反映河网的复杂性。

D=-limr0lgN(r)lgr(5)

用边长r的网格覆盖河网,统计有河流网格数,记为N(r)。变换盒子尺寸,得到一系列 r-N(r),本研究中网格的边长r取100、150、200……1000 m。

4 结果与讨论

4.1 水系组成特点

由3期水系数据得到长三角地区水系组成情况(图2)。主干河道数量与长度所占比例小,支流河道比例大,尤其3级河道数量与长度所占比例最大,以太湖腹部区的武澄锡虞、阳澄淀泖区(Ⅰ、Ⅱ区)最为显著。而杭嘉湖区、秦淮河流域各级河道的数量、长度所占比例相差不大,支流发育不及太湖腹部地区。鄞东南区1、3级河道的长度与数目所占比例不一致,1级河道的平均长度(4.63 km)远大于3级(0.24 km),支流呈现破碎化特点。

图2   长三角典型区不同等级河道数量、长度所占比重

Fig. 2   Percentage of different orders in stream number and length in YRD

4.2 水系结构变化

4.2.1 水系数量特征 太湖腹部地区的武澄锡虞、阳澄淀泖,以及杭嘉湖区河网密度(Dd)最大,60年代三区Dd均在3.5 km/km2以上,上海地区Dd 2000年也达3.5 km/km2表1)。鄞东南地区次之,秦淮河流域最小,2010s Dd仅1.1 km/km2。这跟不同地区的地形特征有关,武澄锡虞、阳澄淀泖、杭嘉湖、上海地区位于太湖流域下游,典型平原区,加之历史上人为开凿的因素,河流发育程度高,而秦淮河流域地处丘陵盆地。相比于长三角地区,珠三角河网密度要低很多(表1),这由基础数据的精度差异造成。珠三角的水系主要从1:10万地形图中提取,而本文水系以1:5万地形图为基础。1960s-2010s,长三角Dd值整体呈下降趋势,其中武澄锡虞、杭嘉湖、鄞东南减少显著,三区均降低近20%。而阳澄淀泖、秦淮河流域近50年减少幅度较小,分别为3.8%、9.1%。

阳澄淀泖区的水面率(WSR)最高,60年代达到18.9%(表1)。杭嘉湖次之,因其北部与阳澄淀泖区毗邻,WSR在8.6%~10.6%。上海地区2000年为5.62%。武澄锡虞区与秦淮河流域WSR较小,在5.0%~7.5%之间。除秦淮河流域外,其他区WSR均下降显著,且下降趋势加剧。鄞东南流域近20年减少达29.5%,武澄锡虞(Ⅰ区)、阳澄淀泖(Ⅱ区)、杭嘉湖(Ⅲ区)近50年分别减少23.5%、19.4%、17.5%(表1)。其中1960s-1980s,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区WSR降低幅度分别为8.3%、7.4%、7.1%;1980s-2010s,分别减少16.5%、13.0%、11.3%(表1),减少趋势加剧。而秦淮河流域水面率在过去50年呈增加趋势,1980s-2010s增加尤为显著,达34.2%,这与80年代后池塘的大量增加密切相关[15]

4.2.2 水系结构特征 长三角各水利分区的主干河流面积长度比(R)相差不大(表1)。主干河流是城市规划主要保护对象,随着城市的发展,流域防洪形势严峻,修建新的排洪干道与拓宽原有主干河道成为有效缓解洪涝措施。其中秦淮河流域主干河道拓宽最为明显,1980s-2010s,R值由40.0剧增至73.2(表1),这与该地区城市化过程大型主干河道新建、拓宽有关。如70年代新修成的秦淮新河,平均宽度达112 m,是秦淮河流域一条重要的行洪河道。其他水利分区1960s-1980s变化不大,其中武澄锡虞、阳澄淀泖、鄞东南区略有减少,杭嘉湖地区稍有增加。

表1   长三角水利分区近50年水系变化

Tab. 1   Change of streams structure in different regions of YRD in the past 50 years

指标时期本文研究区其他地区
武澄锡虞阳澄淀泖杭嘉湖秦淮河流域鄞东南*上海地区*[17, 18]珠三角深圳地区*[21]
面积 (km2)3841.04914.07621.0497.1476.14962.51991.8
河网密度 (Dd)1960 s3.803.543.751.253.403.450.86
1980 s3.273.873.241.583.060.84
2010 s2.933.412.931.142.750.65
水面率 (WSR)1960 s6.1018.8610.635.538.185.62-
1980 s5.5917.479.885.606.54-
2010 s4.6615.208.767.525.77-
支流发育系数 (K)1960 s4.932.543.652.523.393.394.42
1980 s4.003.072.832.742.963.04
2010 s3.832.561.944.372.533.50
干流面积长度比 (R)1960 s41.5343.7545.5444.1137.40--
1980 s42.8348.2247.0339.9634.10-
2010 s38.8542.9445.6673.2335.60-
盒维数 (D)1960 s1.711.681.691.321.621.40-
1980 s1.651.711.641.321.58-
2010 s1.581.651.581.271.54-

注:*鄞东南区3期分别为1990、2003和2010年,上海地区仅一期(2000年),深圳地区为1980、1985、2005年;上海地区与珠三角地区支流发育系数值根据文献原有数据计算而得;上海地区水面率的计算不包括湖泊面积,其盒维值由Horton河系定律求得。

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各区支流发育差异显著。河网密集的武澄锡虞区支流发育系数(K)最高(表1),3期平均值为4.3,而湖荡众多的阳澄淀泖区与河网稀疏的秦淮河流域较低。上海地区K值达3.39,珠三角地区1980-2005年平均K值为3.65。近50年,武澄锡虞、杭嘉湖和鄞东南地区的支流发育呈衰减趋势,以杭嘉湖最为突出,该区1960s-2010s K值衰减达46.8%(表1),水系结构的稳定程度堪忧。秦淮河K值近50年增长了73.0%(表1),与该区主干河道长度严重减少有关。60年代,秦淮河地区主干河道长度占总长度28.4%,2010s下降至18.6%,干、支流长度近50年均减少,而干流的衰减幅度远大于支流,致使该流域K值剧增。阳澄淀泖区K值近50年变化不大。

4.2.3 水系复杂性 长三角地区的盒维数(D)与河网密度呈正相关,且空间差异性显著。太湖下游地区(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区、上海地区)河网密度最大,D值最高,秦淮河流域最低。过去50年,各区D值均呈下降趋势,1960s、1980s在1.32~1.71之间,2010s在1.27~1.65之间(表1)。其中河网密集的武澄锡虞、杭嘉湖区下降最为显著,分别达7.8%、6.5%;而湖泊密集的阳澄淀泖区下降仅2.0%。

4.3 城市化对水系结构的影响

自然河流由于受到人类活动的干扰,水系结构发生改变。长三角地区是中国经济最为发达的地区,该区近50年水系变化主要由人类活动所致。为此,本文选取典型行政区按城市化水平划分为高度城市化地区、中度城市化地区和低度城市化区三类(表2),用以分析和讨论城市化对水系结构的影响。

表2   长三角不同城市化水平地区

Tab. 2   Administrative divisions with different levels of urbanization in YRD

行政分区城市化水平*
高度城市化地区常州市市辖区58.15%
苏州市市辖区57.76%
无锡市市辖区49.94%
杭州市市辖区46.79%
中度城市化地区昆山市39.68%
张家港市38.38%
太仓市35.62%
常熟市34.64%
吴县市31.93%
吴江市30.18%
低度城市化地区海宁市29.82%
海盐县22.20%
青浦县22.05%

注:*采用土地城市化指标,即用区域城镇面积与总面积的比值来反映该地城市化水平。

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4.3.1 城市化对数量特征的影响 城市化导致不透水面积增加,显著影响水系数量。上海高度城市化地区水面率最小[17],在美国Baltimore City地区[11],城市地区河网密度下降66%,郊区仅18%。而深圳地区河网密度变化与城市化率空间尺度上不显著,时间尺度上显著[20]。长三角地区高度城市化地区河网密度(Dd)最低(表3),三期平均Dd为2.18 km/km2,中度、低度城市化地区Dd较高,分别为3.83、3.63 km/km2。1960s-1980s期间,除了中度城市化地区,其他两个地区Dd都呈下降趋势。中度城市化地区Dd增加6.28%,经实地调查,这与该地区这一时期的农田水利活动有关。基于农田灌溉的需要,80年代昆山、太仓、常熟、吴县、吴江开挖大量干、支渠,Dd分别增加4.6%、13.1%、11.5%、12.1%、8.0%。1980s-2010s期间,三区Dd均在下降,其中高度城市化区下降幅度最大,达23.1%,中度、低度城市化分别下降10.0%、14.6%,与Baltimore City地区[11]研究结果类似。

表3   不同城市化水平地区水系参数

Tab. 3   Characteristics of stream structure in administrative divisions with different levels of urbanization in YRD

水系参数时期高度城市化地区中度城市化地区低度城市化地区
河网密度(Dd1960s2.453.804.47
1980s2.324.043.46
2010s1.783.642.96
水面率(WSR1960s6.8814.6917.23
1980s7.1413.5116.25
2010s5.5511.8515.30
支流发育系数(K1960s2.934.909.12
1980s2.904.656.19
2010s2.104.572.89
干流面积长度比(R1960s40.9141.3941.08
1980s42.7645.7244.39
2010s46.1442.3740.68
盒维数(D1960s1.451.671.69
1980s1.431.691.61
2010s1.381.661.61

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水面率(WSR)也有类似的分布特征。高度城市化地区水面率最低,三期平均仅6.5%;其次为中度城市化地区,13.35%;低度城市化地区水面率最高,平均WSR达16.26%,这与上海地区研究结果一致。1960s-2000s期间,高度、中度城市化地区WSR减少剧烈,减少幅度均接近20%;低度城市化地区这一期间减少11.20%。

4.3.2 城市化对结构、复杂性的影响 城市化作用下末端河流被填埋和主干河道的疏浚深刻改变着水系的结构特征[14]。由表3得,长三角地区高度城市化地区支流发育系数(K)最低,三期平均只有2.64;低度城市化地区K值最大,K值平均达6.07;中度城市化地区K值介于其间,达4.71。过去50年,高度、低度城市化地区支流衰减剧烈,衰减幅度分别为28.45%、68.34%,而中度城市化地区衰减相对较少。并且,高度、低度城市化地区近50年K值衰减呈加剧趋势,1960s-1980s,两区下降幅度分别为1.27%、32.15%;1980s-2010s,两区衰减幅度分别为27.53%、53.33%。尤其对于低度城市化地区的支流河道,随着城市化推进,支流严重衰减,到2010s K值仅2.89,略高于高度城市化地区。

城市化对主干河流的影响在高度城市化地区最为显著。高度城市化地区干流面积长度比(R)最大,3期平均R值为43.27,其次为中度城市化地区(43.16),低度城市化地区R值最低。高度城市化区河道主干化趋势加剧:1960s-1980s,高度城市化地区R值由40.91增加到42.76,增加了4.53%;1980s-2010s,增加幅度达7.89%。中度、低度城市化地区这一趋势并不明显,1960s-2010s,两区R值的变化不大,变化率分别为2.36%、-0.97%。

河流数量特征、结构特征受城市化影响显著,相应地,河流的复杂性也发生变化。高度城市化地区盒维数(D)值最低,3期平均D值为1.42,而中度、低度城市化地区分别为1.67、1.64。1960-1980s,三区的D值均呈下降趋势,高度城市化地区下降幅度最大,达4.91%;其次为低度城市化地区(4.73%);中度城市化地区D值下降轻微(0.42%)。随着城市化的发展,河网水系格局由复杂趋向简单。在人类活动剧烈地区,水系复杂度简化程度更为严重。

4.4 城市化影响下的河流演化

河流水系在不受人类活动干扰下会自然地发育、演变,而城市建设侵占河道,末端河道遭到大量填埋,从而破坏原有的河流系统。支流大量消失,流域调蓄能力下降,带来一系列洪涝问题。为解决这一问题,人类拓宽、疏浚主干河道,以期加大下游的泄洪能力。因此,河流系统与人类活动相互反馈、制约。随着城市化的发展,河流水系不断变化并制约城市化的进程,两者相互适应,并最终达到平衡。这与Chin[25]的河流形态适应城市化发展的结论相一致。人类活动干扰下的河流结构趋于简化。这种平衡是从流域的防洪角度考虑,而简化后的水系对河流生态系统带来深刻的影响,例如河流生物多样性、河流水质等,这些影响通常被忽视。一旦水系结构衰减超过一定阈值,河流生态系统自我调节能力遭到破坏,可能带来灾难性后果。

过去50年,长三角水系结构数量特征、结构特征、网络复杂性都存在不同程度的衰减,水面率等部分指标衰减加剧,因此,该地区河流系统与人类活动的关系远没达到平衡阶段。且随着城市化进一步推进,河流系统会更加简化。

5 结论

对长江三角洲五个水利分区及不同程度城市化地区水系变化分析,得到如下结论:

(1)长三角地区支流发育程度高,河网组成以支流为主。由于近30年人类活动的强烈干扰,杭嘉湖区支流衰减剧烈,水系结构稳定度问题凸显。

(2)数量特征上,长三角地区河网密度整体呈下降趋势,武澄锡虞、杭嘉湖、鄞东南减少显著,均减少近20%;长三角水面率减少趋势在加剧。结构特征上,而秦淮河地区干流面积长度比变化剧烈,1960s-2010s由44.1增至73.2;杭嘉湖支流发育系数过去50年衰减最为显著,达46.8%。复杂特征上,各流域盒维值近50年均呈下降趋势。

(3)长三角城市化对水系的影响体现在两个方面。① 城市化影响水系的空间分布。与中、低度城市化区相比,高度城市化地区河网密度、水面率、支流发育系数以及复杂性最低,干流面积长度比最高。这表明,城市化使得河流水系衰减,水面率下降,支流退化,河网复杂度下降;且城市化越高的地区,这些现象越严重。② 城市化深刻改变了水系的演化过程。高度城市化地区基于防洪需要对主干河道拓宽、疏浚,该区在1960s-2010s期间河道主干化趋势加剧;中度城市化地区1980s之前的农田水利活动使得该区河网密度在1960s-1980s期间呈增加趋势;低度城市化地区1980s之后城市化进程加快,支流遭到大量填埋,河网密度、支流衰减系数1980s-2010s衰减严重。

The authors have declared that no competing interests exist.


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