蔣任飛，孔　蘭，王賢平，楊　磊

(1.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣州 510610；2.水利部珠江水利委員會(huì)水生態(tài)工程中心，廣州 510610；3.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，南京 210098)

城市水系是一個(gè)城市生態(tài)和文化的靈魂，在我國(guó)大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、全面推行河長(zhǎng)制等新形勢(shì)下，河湖水系連通已經(jīng)受到高度重視[1，2]，同時(shí)，有關(guān)水系連通方面的研究也越來(lái)越成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題[3-6]。本文通過(guò)深入分析?？谑胁煌甏牡匦螆D，通過(guò)AutoCAD軟件等計(jì)算分析了快速城市化背景下?？谑谐菂^(qū)不同時(shí)期的河網(wǎng)密度、水面率、支流發(fā)育系數(shù)等指標(biāo)，研究了水系演變特征及其對(duì)區(qū)域環(huán)境的影響，為水系連通研究提供一種新的技術(shù)方法，并對(duì)開(kāi)展新形勢(shì)下類似城市水系規(guī)劃及防洪排澇等提供參考。

1　水系演變特征研究方法

采用統(tǒng)一的水系參數(shù)結(jié)構(gòu)體系，來(lái)分析水系演變特征。研究選取的水系參數(shù)主要包括河網(wǎng)密度Dd、水面率WSR、支流發(fā)育系數(shù)K3個(gè)指標(biāo)。借助CAD等軟件，通過(guò)分析計(jì)算歷年的水系參數(shù)等，能量化分析水系演變。

河網(wǎng)密度Dd、水面率WSR是水系結(jié)構(gòu)參數(shù)中最常見(jiàn)的參數(shù)，反應(yīng)河道的數(shù)量特征，計(jì)算公式為公式(1)、(2)：

Dd=L/A

(1)

WSR=(Aw/A)×100%

(2)

式中：L為區(qū)域內(nèi)河道總長(zhǎng)度；A為區(qū)域面積；Aw為流域內(nèi)河流和湖泊的總面積。

支流發(fā)育系數(shù)K代表支流、干流的發(fā)育程度，反映河流水系的結(jié)構(gòu)特征，計(jì)算公式為公式(3)：

K=Lb/Lm

(3)

式中：Lb為支流的河流長(zhǎng)度；Lm為主干河流長(zhǎng)度。

2　?？谑兴笛葑兗霸蚍治?/h2>

作者收集了國(guó)家測(cè)繪局印發(fā)的?？谑?960年1∶25 000地形圖、1965年1∶10 000海口主城區(qū)部分地形圖、1978年1∶50 000地形圖，1986年1∶10 000主城區(qū)南渡江附近地形圖及2013年1∶10 000地形圖等資料。由于城市建設(shè)是水系變遷的主要原因，再加上間隔時(shí)間較長(zhǎng)和歷史資料的缺失等因素的限制，本次研究的主要研究范圍為?？谑兄鞒菂^(qū)。

利用AutoCAD軟件，分別對(duì)1960、1965、1978、1986年的紙質(zhì)地圖與2013年地形圖進(jìn)行配準(zhǔn)，對(duì)研究區(qū)主要水系(不含蝦塘、魚(yú)塘等)進(jìn)行數(shù)字化。通過(guò)比對(duì)不同年份之間數(shù)字化結(jié)果，剖析水系演變特征。在比對(duì)?？诘匦螆D的同時(shí)，還參考和分析了?？谑械胤街?、普查資料、歷史資料等。?？谑写砟攴莩菂^(qū)水系見(jiàn)圖1。

圖1　?？谑写砟攴莩菂^(qū)水系圖Fig.1 Representative city water system map of Haikou City

考慮代表年共有的地形圖范圍，并以2013年的面積作為基準(zhǔn)面積，計(jì)算該區(qū)域的面積以及各地形圖水系結(jié)構(gòu)參數(shù)。該范圍東起南渡江左岸，西到秀英溝，北到瓊州海峽，南到白水塘，面積246.8 km2左右。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、圖2。

2.1　河網(wǎng)密度演變分析

2.1.1河網(wǎng)密度演變特征

從上述表格中可以看出，?？谑性诤泳W(wǎng)密度上小于其他地區(qū)，與深圳地區(qū)接近。海口屬于北部濱海平原區(qū)，由于匯流區(qū)較小，加之歷史上人為開(kāi)鑿的因素，河流發(fā)育程度相比于長(zhǎng)三角地區(qū)，珠三角要低。20世紀(jì)80年代之前，已存在河道填埋的現(xiàn)象，如朝船溝等，但同時(shí)有部分地區(qū)進(jìn)行河道的整治，形成了固定的河道邊界，?？谑泻泳W(wǎng)密度基本保持不變。到2010年代，自然河流受到人類活動(dòng)的干擾逐漸加強(qiáng)，水系結(jié)構(gòu)發(fā)生變化?？傮w而言，城市化導(dǎo)致了不透水面積的增加，顯著影響了水系的數(shù)量，河網(wǎng)密度下降趨勢(shì)明顯。

2.1.2河網(wǎng)密度演變?cè)?/p>

(1)河道填埋、匯水范圍減少等因素導(dǎo)致河道消失。例如鴨尾溪河道被填埋、白水塘水面減少、板橋溪被填埋成為暗涵、海甸溪入?？诒惶盥竦?，河道長(zhǎng)度和數(shù)量減少。

(2)圍海造田增加了新生河道。例如龍昆溝1965年以前未形成固定的河道形態(tài)，河道斷面不規(guī)整，河道沒(méi)有入海；1978年龍昆溝入?？谑窃畲屦B(yǎng)殖場(chǎng)，隨著?？诔鞘蟹秶粩鄶U(kuò)大，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘薪ㄔO(shè)用地，龍昆溝隨之從自然河道形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鯄π问剑?986年龍昆溝基本上形成了現(xiàn)狀的形態(tài)。電力溝1986年前該區(qū)域?qū)儆诃傊莺{范圍，經(jīng)過(guò)不斷的填海之后形成了陸地，后期電力溝作為排海通道才逐漸形成。

(3)河道水庫(kù)新建等。根據(jù)水庫(kù)普查資料分析得出，1965年之前建成水庫(kù)有57座，包含羊山水庫(kù)、嶺北水庫(kù)、永莊水庫(kù)、沙坡水庫(kù)等，主要的城鄉(xiāng)生活、工礦企業(yè)供水水庫(kù)都已建成；1965-1978年建成水庫(kù)54座，包含鳳潭水庫(kù)、周仁水庫(kù)等。1978年-1986年建成水庫(kù)8座，1978-2011年建成水庫(kù)為10座。水庫(kù)的修建伴隨著部分河道的形成。

表1　海口市主城區(qū)與參考區(qū)域近50年水系變化表Tab.1 The water system changes of the main districts of Haikou City and the reference area nearly 50 years

圖2　海口市主城區(qū)水系結(jié)構(gòu)參數(shù)變化圖Fig.2 The water system structural parameters changes in the main districts of Haikou City

(4)河道規(guī)整，塑造河道。例如鴨尾溪多以自然河道形態(tài)為主，斷面寬度不固定；1960-1978年河道形態(tài)形成，河道水系發(fā)達(dá)，河道沿程斷面不規(guī)則，水面寬度較寬，入海通道分為兩支，一支經(jīng)過(guò)白沙門(mén)上、下村流入白沙門(mén)港，另一支在當(dāng)時(shí)的大英三、四隊(duì)處匯入海甸溪，最終入海；1986年鴨尾溪分為兩支，一支稱為白沙河，在白沙門(mén)上村河道截?cái)?，穿過(guò)公路涵管流入養(yǎng)殖的魚(yú)、蝦塘，白沙門(mén)下村與白沙門(mén)上村之間河道消失，另一支鴨尾溪(1978年)從人民橋截?cái)啵牒？谥寥嗣駱虻暮拥酪呀?jīng)消失；2013年維持1978年河道的走向及形態(tài)，建成通海的五四路明渠，作為海甸島排水的通道，但河道斷面趨于直立護(hù)岸形態(tài)。

2.2　水面率演變分析

2.2.1水面率演變特征

由于?？谒挡蝗缰槿?、長(zhǎng)三角水系發(fā)達(dá)，水面率相對(duì)而言較低，水面率隨著城市發(fā)展在逐漸減少。1980年之前河網(wǎng)密度基本不變，水面率減少主要體現(xiàn)在人為的侵占河道空間，導(dǎo)致河道寬度減少。2010年代，水面率降低主要體現(xiàn)在河道長(zhǎng)度和河道寬度兩個(gè)維度，一方面河道長(zhǎng)度在減少，一方面河道寬度在萎縮。

2.2.2水面率演變的原因

(1)河道裁彎取直，主要表現(xiàn)為自然形態(tài)的河道認(rèn)為改造成人工河道。如美舍河，美舍河在瓦灶村附近的支流逐漸消失，河道萎縮，被建設(shè)用地侵占，河岸由不規(guī)整經(jīng)過(guò)整治變?yōu)橐?guī)整，局部河道存在裁彎取直的現(xiàn)象；現(xiàn)狀情況下，河道進(jìn)一步順直，河道斷面趨于規(guī)則，上游地區(qū)河道斷面退化嚴(yán)重，從1986年的160 m到現(xiàn)狀的70 m。

(2)河道填埋、淤堵形成斷頭河，表現(xiàn)為河道長(zhǎng)度變短，河道斷面縮小，支流大量減少，甚至完全消失；河道破碎分割，截?cái)酁槿舾刹糠郑纬蓴囝^浜、獨(dú)立的水塘等。如板橋溪、龍昆溝等。

(3)河道綜合服務(wù)價(jià)值提升。隨著城市建設(shè)的需要，河道兼顧了排水、供水及景觀等眾多功能，局部河道斷面和長(zhǎng)度經(jīng)過(guò)規(guī)劃設(shè)計(jì)之后，有一定的拓寬和增加。部分河道由排洪功能變成排澇、排水功能；部分河道由生活供水、生產(chǎn)供水功能變成排水功能；部分河道新增加景觀和航運(yùn)功能；部分水庫(kù)由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供水變成房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)或景觀旅游水庫(kù)。例如鴨尾溪、美崖水庫(kù)等。

(4)河道湖泊匯流面積減少，水域面積萎縮。由于城市化進(jìn)程的加快，土地平整、用地分割、河道填埋、管網(wǎng)泵站建設(shè)等因素改變了自然的匯水格局，導(dǎo)致部分河道湖泊的匯水范圍有所減少，水面面積萎縮。例如白水塘等。

2.3　支流發(fā)育系數(shù)演變分析

?？谑兄Я靼l(fā)育系數(shù)由20世紀(jì)60年代的2.76下降到2010年代的1.13，下降趨勢(shì)明顯。支流大量消失，流域調(diào)蓄能力下降，帶來(lái)一系列洪澇問(wèn)題等。如隨著城市發(fā)展，西側(cè)白水塘逐漸消失，東側(cè)白水塘(現(xiàn)在的白水塘)水面面積大幅萎縮，周邊龍橋公社、玉符大隊(duì)農(nóng)場(chǎng)，昌榮村附近水面消失；板橋溪1965年河道形態(tài)呈“L”型，1978年板橋溪嶺下村段附近河道被填埋，河道形態(tài)呈“L”型；五源河1965年之前有一座沙漠水庫(kù)，1978年之后該水庫(kù)消失。

?？诔鞘兴的壳岸嘁灾鞲闪鳛橹鳌：？谒档闹Я靼l(fā)育較差，與珠三角、長(zhǎng)三角差距較大，一方面由于?？谄皆貐^(qū)面積較小，河道規(guī)模與珠三角、長(zhǎng)三角有差距；另一方面由于支流水系在發(fā)展中河道逐漸消失，導(dǎo)致支流發(fā)育系數(shù)較低。河流水系在不受人類活動(dòng)干擾下會(huì)自然地發(fā)育、演變，而城市建設(shè)侵占河道，末端河道遭到大量填埋，從而破壞原有的河流系統(tǒng)。

3　海口市水系演變對(duì)區(qū)域環(huán)境的影響

城市化建設(shè)等會(huì)造成水系面積與河道數(shù)量減少，一旦水系結(jié)構(gòu)的衰減超過(guò)一定閾值，城市河流生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力遭到破壞，將帶來(lái)災(zāi)難性后果。海口市水系演變對(duì)區(qū)域環(huán)境的影響主要包括：

(1)降低城市河網(wǎng)調(diào)蓄能力。水面積為河道常水位或者多年平均水位控制條件所計(jì)算的水體面積，水面積的多少一定程度上反映城市生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣，同時(shí)也體現(xiàn)城市防洪、排澇的綜合能力。?？谑兄行某菂^(qū)非主干中小河道顯著減少，河網(wǎng)水系結(jié)構(gòu)日趨簡(jiǎn)單。自然條件下形成的河道體系其自身調(diào)蓄功能良好，這種功能是與地質(zhì)地貌等性質(zhì)相適應(yīng)的。人類活動(dòng)將河道填埋或加以改道，必然會(huì)對(duì)天然的排水效果產(chǎn)生影響。水面率降低、河道間溝通減弱，會(huì)嚴(yán)重降低?？谑兄鞒菂^(qū)的調(diào)蓄能力，使?？谑蟹篮榕艥炒嬖谥薮蟮碾[患。

(2)減弱城市熱島效應(yīng)的能力差。河流水體具有高熱容性、流動(dòng)性以及河道風(fēng)的流暢性，對(duì)?？谑袩釐u效應(yīng)減弱具有顯著作用。作為海南省省會(huì)城市的?？谑校鞘袩釐u效比較嚴(yán)重?？焖俪鞘谢瘜?dǎo)致?？谑兴档奈s減少，從而使?？谑兄鞒菂^(qū)的城市熱島效應(yīng)難以通過(guò)水系得到緩解。收集了?？谑袦囟荣Y料，發(fā)現(xiàn)1971-2000年7、8月份平均最高氣溫分別為33.1、32.3 ℃，2011年7、8月份分別為36、35 ℃，2012年分別為35、33 ℃，2013年分別為34、34 ℃，2013年分別為34、36 ℃，2014年分別為35、36 ℃。從大趨勢(shì)看，?？谑谐鞘袣鉁赜性龈呲厔?shì)。雖然城市溫度的提升雖然作用因素眾多，但與城市水面率的減少也是密切相關(guān)的。

(3)城市水環(huán)境惡化。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，生活污水、工業(yè)污水和養(yǎng)殖廢水的不達(dá)標(biāo)排放造成水體污染嚴(yán)重，海口市大部分河流發(fā)黑發(fā)臭。近年來(lái)，?？谑泻拥榔毡橛操|(zhì)化和規(guī)整化，河道控制寬度減小，河道本身減少了以往賴以行洪和維持生態(tài)流量的灘涂和濕地，河道納污容量降低，水環(huán)境問(wèn)題進(jìn)一步加劇[7]。

(4)濱水公共開(kāi)敞空間萎縮。城市河道的消失伴隨著濱水空間的消失，城市居民數(shù)量正在逐漸擴(kuò)張的趨勢(shì)下，可以用來(lái)娛樂(lè)和休憩的濱水公共開(kāi)敞空間和斑塊日趨萎縮。同時(shí)隨著城市的發(fā)展，河道多為硬質(zhì)護(hù)岸和直立擋墻，可被利用建設(shè)親水空間的區(qū)域越來(lái)越少，導(dǎo)致河道的親水性正在逐漸的退化。

4　結(jié)論與建議

由于城市化等因素的影響，20世紀(jì)60年代以來(lái)，河網(wǎng)密度、水面率、支流發(fā)育系數(shù)3個(gè)指標(biāo)都有明顯的下降趨勢(shì)。影響河網(wǎng)密度演變的因素主要包括：①河道填埋、匯水范圍減少等因素導(dǎo)致河道消失；②圍海造田增加了新生河道；③河道水庫(kù)新建等；④河道規(guī)整，塑造河道。影響水面率演變的因素主要包括：①河道裁彎取直；②河道填埋、淤堵；③河道綜合服務(wù)價(jià)值提升；④河道湖泊匯流面積減少，水面面積萎縮。影響支流發(fā)育系數(shù)演變的因素主要是由于城市建設(shè)等人類活動(dòng)侵占河道，末端河道遭到大量填埋，從而破壞原有的河流水系，支流水系在發(fā)展中逐漸消失導(dǎo)致支流發(fā)育系數(shù)降低。?？谑兴笛葑儗?duì)區(qū)域環(huán)境的影響主要包括：①降低城市河網(wǎng)調(diào)蓄能力；②減弱城市熱島效應(yīng)的能力差；③城市水環(huán)境惡化；④濱水公共開(kāi)敞空間急劇萎縮。該地區(qū)河流水系與人類活動(dòng)的關(guān)系未達(dá)到“人水和諧”，且隨著城市化推進(jìn)，急需及時(shí)拯救和保護(hù)河道，避免河流系統(tǒng)更加簡(jiǎn)化，建議加強(qiáng)?？谑兴狄?guī)劃研究，建立合理的水系布局，增加水面率，加強(qiáng)水系的修復(fù)與保護(hù)，改善水環(huán)境等。

□

致謝：感謝《海口市水系規(guī)劃》項(xiàng)目組所有成員、感謝本文所參考資料的所有作者等給本研究的大力支持和幫助。

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