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城市化是人类社会进步与经济发展的必然趋势,也正在成为一个国家走向现代化的重要标志。城市化的发展直接或间接地改变着城市水环境,主要表现在对城市区域水环境的污染与破坏方面,其中人类活动对河流的影响尤为严重。河道的裁弯取直、硬化、渠化等工程措施改变了天然河流的自然形态;城市不透水表面的扩展侵占了河流系统的活动空间;城市化、工业化发展产生的大量废弃物,不仅污染河流水环境,而且破坏了城市水生态系统平衡,并导致了城市河流“水多”、“水少”和“水脏”等一系列的环境问题,给城市的防洪排涝、枯水期生态用水和水环境质量改善等均造成很大压力。
浙东沿海鄞东南平原区,自古以来就形成了南北、东西交叉密布的河网水系,该地区人口稠密,经济发展迅速,城镇化水平相对较高。本文选取鄞东南平原这一典型的城镇化地区作为研究对象,以GIS技术作支撑,以地形图和航空遥感图为主要信息源,采用河网水系分级量算统计和图形叠加分析等方法,分析了城镇化过程中河网水系形态结构的变化,探讨了城镇化发展与河网演化之间的联系,并定量化预测了目前城镇化速度下的河网结构变化趋势;在此基础上,研究了河网结构变化对河道洪水位的影响,并提出了城镇化发展过程中河流的适度开发利用与保护措施。
本文通过鄞东南平原区城镇化的快速发展对河网水系形态与结构的影响分析,得到以下结论:(1)低等级河流,尤其是村镇级小河道受城镇化的影响最显著,河流长度和面积不断缩小;而等级较高的河流,主要是河道被占用后发生的面积变化,表明在城镇化过程中,人类对不同等级河道的开发利用方式不同,而河流长度和面积的不同步变化导致了河网结构的变化。(2)河网水面率的变化具有明显的时间和空间分异特征,并随城镇化的发展呈持续减小的趋势;而河网密度与城镇用地面积之间存在明显的负相关关系,相关系数为—0.91;并且河网复杂度的高值区基本上也是河网密度和河网水面率的高值区,分别出现在城镇化水平较低的1978年和边缘区。(3)鄞东南平原区城镇化的发展总体上削弱了河网的发育能力,河网结构正趋向于主干化和单一化,河网发育的时间、空间特征与城镇化水平的时空分布分别具有相当的一致性,城镇化水平愈高,河网结构变化则越快。
在本文上述研究的基础上,探讨了河网水面率以及河网密度的变化对鄞东南平原区河道平均最高洪水位的影响,研究发现以村镇级支流小河道为主的非主干河道具有较强的蓄洪排涝功能,主要体现在以下两方面:(1)当非主干河道河网水面率减小到5.0%左右时,其相应的平均最高洪水位曲线变化迅速,洪水位直线上升,也就是说,非主干河道河网水面率5.0%,是鄞东南平原区河网发挥防洪排涝功能并保持河网水系结构的限值。(2)当非主干河道河网密度约降为2.75时,河网的平均最高洪水位将迅速升高,洪水威胁增大,防洪风险显著提高。考虑到河网水系的蓄水排涝功能,本研究区非主干河道河网密度应保持在2.75以上。此外,鄞东南平原河网地区水质变化存在着显著的时间和空间分异特征,随着该区城镇化的快速发展,河网水质及水环境功能有逐渐恶化和削弱的趋势。