城市化对上海河网结构和功能的发育影响[精选].doc

城市化对上海河网结构和功能的发育影响 袁雯，杨凯,徐启新 (华东师范大学资源与环境学院，上海200062) 摘要:城市化对河网水系的演变产生了深刻的影响，也使城市化地区水系的界定变得模糊。基于水利片这一城市集排水的基本单元，借鉴上海水务部门河流等级管理系统，探讨了上海河网的结构特征以及城市化对河网发育的影响。研究表明，上海河网发育基本符合水系发育的一般规律;城市化已经成为改变城市地区河网结构发育趋势的主导因素，其影响集中地表现为河网长度发育能力的弱化、河网结构简单化和河道形态的人工化;河网结构与水网功能之间有着密切的关联;水面率、河面率、平均分枝比、平均长度比、单位面积槽蓄容量和单位面积可调蓄容量是上海城市河网结构和功能的主要表征指标。 关键词:河网结构;河网功能;河网发育;城市化;上海 文献标识码:A 1研究背景 我国已经经历了连续20多年的快速城市化进程。与1980年相比较，城市化水平由18%写上升到了36%。据预测，今后20年我国城市化速度为每年0.8%-2.0%，这意味着我国每年将有90-200万km2的土地经历城市化改造。同时，在持续20多年快速的经济发展和社会进步后，我国一些大城市如上海开始进人“城市更新”这一上世纪90年代中期在欧洲得到蓬勃发展的城市建设新阶段。其中一项标志就是广州、成都、北京和上海等城市陆续开始规 划和实施水网重建和河流功能重构[1,2]。对水网结构和功能的研究，顺应这一趋势而得以从过去主要关注自然状态的流域、结构与功能研究分离的阶段转向更综合、更注重为城市更新提供决策依据。 有关水网结构的研究成果，影响较大的是由美国河流地貌家学Horton和他的学生开展的研究。Horton定律揭示了流域水网结构普遍存在的经验型数量关系，即河流级序与河流数量呈对数负相关关系，与河流长度呈对数正相关关系[3]。在此基础上，各国科学家开展了诸多研究[4~15]。对城市化地区水网结构和城市化对水网演变的影响，已有的研究初步显示出城市化的深刻影响。如Allan等对美国Oregon的Willamette river的研究表明，1854-1967年.流域主支流长度比由1:9下降为1 : 2.7。韩昌来等对太湖流域水系结构进行的研究，得出与 20世纪初比较，环太湖河道已由300余条减少至1993年的125条[16]。陈德超等对上海城市化进程中的河网水系演化研究，在揭示上海河网因城市化锐减的同时，还提出河流自然排水功能下降、径流系数增加不利于排水的结论[17]。 上海地处长江三角洲冲积平原，为典型的平原感潮河网地区。据调查，2000年全市共有河道23787条，平均每平方千米有河道3. 75条，河网密度3.41 km/km2，河面率8. 41%，两涨两落的日潮汐周期、使本区绝大部分河流呈往复流态[18]。坦荡的地形地貌、复杂的水文情势和高强度的人为干涉.使得上海区域水系边界难以界定。通过近50年来数次水利工程建设，迄今上海已经形成了集航运、防洪、灌溉、纳污等于一体的水利片系统[18](图1)，并 形成城市水资源、水环境、水安全的研究和管理平台。由于水利片作为集排水子系统相对独立，具备水系的类似功能，本文尝试以水利片为基本单元，分析城市河网结构特征和城市化对河网发育的影响，为我国城市化过程中河流资源保护以及城市生物多样性恢复提供依据。 2上海河网结构和功能表征及其发育特征 2.1河网结构和功能表征指数 表征流域水网结构和功能的基本指标的意义和计算公式如下: 水面率PW指河道多年平均水位下的水面积，是自然地理学的基本概念;河面率PR是河道两岸堤防之间最高水位下的总面积，是土地利用和排涝控制的常用指标;河网密度DR是单位面积河流总长度，表示河流的长度发育;平均分枝比MR,平均长度比MR:和水系分维D是从流域地貌学角度分析河网结构的通用指标。单位面积槽蓄容量RCS和单位面积可调蓄容量ARCS反映河网蓄水防洪能力。 MRb=∑Rbx(Nx+1+Nx)/((Nx+1+Nx) MRL= ∑Rlx(Lx+1+Lx)/((Lx+1+Lx) D=LogMRb/LogMRL 其中，Nx, Nx+1，为第x级和高一级河道数量；Lx, Lx+1,为第x级和高一级河道总长度；Rbx为第x级和高一级河道之间的分枝比，Rbx= Nx/ Nx+1; Rlx为第x级和高一级河道之间的长度比Rlx= Lx/ Lx+1。 本文设计提出了河网复杂度CR、河网自然度NR和河网结构稳定度SR指标，描述城市化对平原河网发育的影响。其中河网复杂度被用于描述河网数量和长度的发育程度，其数值越大，说明该区域河网的构成层次越丰富，支撑主干河道的支流水系越发达。该指数是对分枝比和长度比的综合