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基于连通性指数(IC)的近30年鄱阳湖流域水系结构与水文连通演变评估

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湖泊科学 2023年第5期35卷 1796-1807页

作者：曾冰茹李云良谭志强中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008 中国科学院大学北京100049

由于气候变化和人类活动等多重影响,流域河湖水系格局与连通程度发生了显著变化,进而引发洪涝灾害等一系列水资源问题。本文以鄱阳湖流域为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)提取1989—2020年5期水系数据,采用图论方法构建水系评价体... 详细信息

由于气候变化和人类活动等多重影响,流域河湖水系格局与连通程度发生了显著变化,进而引发洪涝灾害等一系列水资源问题。本文以鄱阳湖流域为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)提取1989—2020年5期水系数据,采用图论方法构建水系评价体系,定量分析该地区近30年来水系格局和结构连通性的时空演变特征,并结合该时期地形、土地利用和归一化植被指数(NDVI)等数据,利用连通性指数(index of connectivity,IC)评估功能连通性的动态变化,进而探讨水文连通与径流量和输沙量的联系。结果表明,近30年来鄱阳湖流域水系结构趋于复杂化,主要体现在流域北部。除干流外,其他等级河流的数量和长度均有所增加,其中Ⅲ级河流最为明显。河网密度、水面率、河网复杂度和发育系数均呈增加趋势,2000年后的变化率约为2000年前的两倍。水系连通环度、节点连接率和水系连通度总体增加,结构连通性呈好转趋势且变化幅度较小。功能连通分析表明,近30年来大部分流域IC减少,流域下游靠近主河道的平坦地区IC较高,上游远离河道的植被密集区域IC较低。此外,IC与年径流量和输沙量表现为显著的正相关性(相关系数分别为0.6和0.7)。总体而言,随着鄱阳湖流域水利工程建设的增加以及土地利用的变化,水系结构变化显著,结构连通性呈增长趋势,而表示径流泥沙的功能连通性在2000年后逐渐减小。本文基于流域结构和功能连通的视角,开展连通性评价指标的时空变化研究,可显著提升对新时期鄱阳湖流域水系连通演变及水土资源保护的理解与认识。

关键词：水系结构 IC指数水文连通鄱阳湖流域径流泥沙

内蒙古高原东部内流河水系结构与流域特征的关系

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北京大学学报（自然科学版） 2021年第4期57卷 699-706页

作者：刘丹露王易初北京大学环境工程系水沙科学教育部重点实验室北京100871

基于30 m水平分辨率的数字高程模型,提取内蒙古高原东部的内流河水系,结合流域气候与下垫面要素,研究水系结构与流域特征的关系。结果表明,流域气候(降水和潜在蒸发)与水系结构关系密切,表现为分支比、侧枝比和河网密度随降水量的增加... 详细信息

基于30 m水平分辨率的数字高程模型,提取内蒙古高原东部的内流河水系,结合流域气候与下垫面要素,研究水系结构与流域特征的关系。结果表明,流域气候(降水和潜在蒸发)与水系结构关系密切,表现为分支比、侧枝比和河网密度随降水量的增加而增大,随潜在蒸发量的增加而减小。另一方面,流域下垫面条件(坡度和草原覆盖率)对内流河水系结构影响较大,表现为水系结构总体上受地形控制,但旱生或半旱生的地表草本植物不利于水系发育。

关键词：内流河水系结构流域因子内蒙古高原

太湖平原武澄锡虞区水系结构及水文连通性变化分析

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长江流域资源与环境 2021年第5期30卷 1069-1075页

作者：刘海针许有鹏林芷欣张兴奇南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023

河网水系在太湖平原地区水源供给、洪涝排泄、水质净化过程中发挥着重要作用,但近几十年来该地区城镇化迅速,土地利用改变、水资源过度开发等人类活动导致河网水系衰减,水文连通受阻,并引发一系列洪涝与水环境问题。为此,以太湖平原武... 详细信息

河网水系在太湖平原地区水源供给、洪涝排泄、水质净化过程中发挥着重要作用,但近几十年来该地区城镇化迅速,土地利用改变、水资源过度开发等人类活动导致河网水系衰减,水文连通受阻,并引发一系列洪涝与水环境问题。为此,以太湖平原武澄锡虞区为例,构建水系结构与连通性评价指标,分析该地区1960s~2010s水系结构和水文连通性变化特征。研究表明该地区:(1) 1960s~2010s水系不断衰减,武澄锡虞区河网密度、水面率、河网发育系数分别降低了22.94%、25.09%和22.35%,河网复杂度急剧下降,其中武澄锡区河网衰减程度大于澄锡虞区。(2)水文连通性存在先下降后上升发展趋势,1960~1980年,该地区的平均水文连通性为0.89,1980~2000年平均水文连通性降至0.82,2000~2016年平均水文连通性恢复到0.91。(3)城镇化发展导致水系结构大幅度衰减,水系结构主干化以及水利工程建设使得水文连通性下降,而疏浚、拓宽河道在一定程度上可提高区域水文连通性。本研究将为平原区水系利用与保护提供一定的支持与参考。

关键词：城镇化水系结构水文连通武澄锡虞区

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感潮河网地区水系结构特征及城市化响应

地理学报 2004年第4期59卷 557-564页

作者：杨凯袁雯赵军许世远华东师范大学资源与环境科学学院教育部地理信息科学重点实验室上海200062

根据20世纪80年代初以及90年代末上海水资源普查的数据,尝试以水利片作为河网地区流域水系结构的基本单元, 类似Strahler水系分级,采用上海水资源管理信息系统中的河道分级体系作为水系分级方案,探讨了感潮河网地区的水系结构特征及城... 详细信息

根据20世纪80年代初以及90年代末上海水资源普查的数据,尝试以水利片作为河网地区流域水系结构的基本单元, 类似Strahler水系分级,采用上海水资源管理信息系统中的河道分级体系作为水系分级方案,探讨了感潮河网地区的水系结构特征及城市化响应。研究表明:(1) 非高度城市化地区河网水系总体上具有Horton表现,反映在非高度城市化地区不同水利片的河道数目及河道平均长度随河道级别呈几何级数变化,不同等级水系的发育具有自相似特征。(2) 城市化是改变感潮河网地区水系结构的重要因素,在高度城市化的城区水利片,不同等级河网水系发育的自相似性特征已受到破坏,其影响集中表现为对河网水系分枝比和水面率的削弱,即高度城市化地区河网水系结构趋于简单,非主干河道减少,河网水面率与城市化水平成反比,反映出城市化过程中未能充分与河网结构保护相协调。(3) 河网水系的结构与功能参数之间具有显著的相关水平,说明河网地区水系形态结构与功能密切相关。由于城市化进程表现为对水面率以及分枝比的削弱,指示水面率和分枝比等指标具有表征城市化对水系结构影响的意义,在河网水系保护和结构恢复过程中应高度重视水面率、分枝比以及河网结构自然度等指标。

关键词：水系结构感潮河网地区 Horton定律城市化河网结构

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香溪河岩溶流域水系结构与洪峰特征关系

中国岩溶 2021年第3期40卷 430-438页

作者：范威陈植华牛俊强李伟王亮黄荷湖北省地质环境总站湖北武汉430034 资源与生态环境地质湖北省重点实验室湖北武汉430034 中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074

为研究香溪河岩溶流域地表水系结构特征与洪峰流量衰减过程规律,采用统计方法分析典型子流域的水系结构特征,采用流量衰减方程分析其典型退水过程。地表水流量衰减过程存在若干个亚动态,将各个亚动态的水量分配比例作为描述洪峰特征的... 详细信息

为研究香溪河岩溶流域地表水系结构特征与洪峰流量衰减过程规律,采用统计方法分析典型子流域的水系结构特征,采用流量衰减方程分析其典型退水过程。地表水流量衰减过程存在若干个亚动态,将各个亚动态的水量分配比例作为描述洪峰特征的特征值,将水系数目比例、水系长度比例作为描述水系结构的特征值,把两者作相关分析。结果表明:岩溶区水系长度比例与水量比例在第一和第三亚动态具有较高的相关性,相关性判定系数高达0.84,使用水系长度比例更能反映水系结构的特征。

关键词：岩溶流域水系结构流量衰减方程洪峰特征

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水利工程对长江荆南三口水系结构变化的影响

地理科学 2019年第6期39卷 1025-1035页

作者：李景保何蒙于丹丹杨波湖南师范大学资源与环境科学学院湖南长沙410081 湖北省武汉市水务防汛信息中心湖北武汉430014

利用1954、1975、1990、2008和2016年5期长江荆南三口水系图进行解译,并运用灰色关联度模型定量评价区内外水利工程对水系结构变化的影响。结果表明:①近60多年来,荆南三口在水系结构一般特征上,河流数量由264条缩减为132条,河流长度由2... 详细信息

利用1954、1975、1990、2008和2016年5期长江荆南三口水系图进行解译,并运用灰色关联度模型定量评价区内外水利工程对水系结构变化的影响。结果表明:①近60多年来,荆南三口在水系结构一般特征上,河流数量由264条缩减为132条,河流长度由2183.6km缩短为1560.6km,河频率与水面率分别由0.084条/km2、17.45%减小为0.042条/km2、14.33%;在水系结构发育特征上,河网密度、面积长度比和河网发育系数由1954年的0.687km/km^2、3.96km/km^2、6.902,依次减小为2016年的0.475km/km^2、3.17km/km^2、4.165;从分形特征上看,三口水系4个河区的分维数都在1.5~2.0之间波动,但均呈下降趋势。这表明随着水利工程的不断建设,荆南三口水系自然发育过程受到严重干扰;②水系结构特征变化受水库总库容影响最大,内部水利工程次之,外部水利工程影响最小,各项指标的灰色关联度均大于0.5。其中,区外水利工程与河频率、水面率、河网密度、河网发育系数、分形维数的灰色关联度分别为0.5718、0.5922、0.5858、0.5771、0.6340;区内水利工程数量与各项指标的灰色关联度分别为0.6325、0.6527、0.6465、0.6306、0.6937;水库总库容与各项指标的灰色关联度依次为0.7070、0.7294、0.7226、0.7127和0.7284。③水利工程对水系结构的影响在不同时段呈现出不同的状态,在不同时期水利工程相继运行的叠加影响下,水系受到水利工程影响逐渐增大,水系结构逐步呈现简化趋势。

关键词：水利工程水系结构荆南三口长江

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东江上游地貌特征与水系结构关系分析

资源科学 2013年第3期35卷 496-504页

作者：张健枫伍永秋潘美慧江源康慕谊北京师范大学防沙治沙教育部工程研究中心北京100875 北京师范大学减灾与应急管理研究院北京100875 北京师范大学资源学院北京100875

流域地貌和水系结构对流域的水生态功能起支撑作用。本文运用地理信息系统方法,将东江流域15m空间分辨率DEM与1:100万地貌图和1:25万水系图等相结合,分析了东江流域上游地貌特征,提取了东江上游水系结构特征与流域面积-高程积分值,探讨... 详细信息

流域地貌和水系结构对流域的水生态功能起支撑作用。本文运用地理信息系统方法,将东江流域15m空间分辨率DEM与1:100万地貌图和1:25万水系图等相结合,分析了东江流域上游地貌特征,提取了东江上游水系结构特征与流域面积-高程积分值,探讨了地貌特征与水系结构对生态系统的影响。结果显示,东江上游的地貌以200～500m高程、坡度水系划分为10级结构,河网总数目33.81万条,总长度8.12万km,沟谷密度5.29km/km2,河网频度22条/km2,平均分支比为3.86;东江上游面积-高程积分值为0.23,整体地貌发育阶段处于晚年期。东江上游流域整体水土流失为轻度,但局部为中度到重度。在地势比降平坦,人口密集的新丰江水库、浰江、船塘河三个流域,河网密度和频度相对较小,水生态与水环境相对脆弱。

关键词：东江上游地貌特征水系结构水生态

长江荆南三口水系调蓄能力演变及其与水系结构的关联性

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水资源保护 2019年第5期35卷 19-26页

作者：李景保于丹丹杨波代稳李欢湖南师范大学资源与环境科学学院

基于1955年、1978年、1990年、2008年、2016年5个时期的河网单位面积槽蓄容量和单位面积可调蓄容量、河网槽蓄容量和可调蓄容量4个指标参数,对比分析了三口地区水系调蓄能力时空变化,运用相关分析法剖析了水系结构与调蓄能力的关系.结... 详细信息

基于1955年、1978年、1990年、2008年、2016年5个时期的河网单位面积槽蓄容量和单位面积可调蓄容量、河网槽蓄容量和可调蓄容量4个指标参数,对比分析了三口地区水系调蓄能力时空变化,运用相关分析法剖析了水系结构与调蓄能力的关系.结果表明:①河网槽蓄容量由1955年的9548.52万m3减至2016年的7049.01万m3,减少了26.17%;河网可调蓄容量由1955年的4696.39万m3逐渐减至2016年的2461.13万m3,共减少47.59%.②河网单位面积槽蓄容量和河网单位面积可调蓄容量具有明显的等级差异,单位面积可调蓄容量以低等级河流(1、2、3级)减少幅度最大,而4级和5级河流的调蓄能力各指标参数减少值相对较低.③在5个时期中各水系区河网槽蓄能力和可调蓄能力均呈不断下降的态势,其中以藕池河水系区衰退程度最大,河网单位面积槽蓄能力和单位面积可调蓄能力最弱的是虎渡河水系区.④水系调蓄能力与河网结构特征、河流水文连通、水系连通度、水系连通性均在0.01水平上,呈显著正相关.

关键词：水系结构水系连通调蓄能力荆南三口水系

水系结构的分形和分维——Horton水系定律的模型重建及其参数分析

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地球科学进展 2001年第2期16卷 178-183页

作者：陈彦光刘继生北京大学城市与环境学系北京100871 东北师范大学地理系吉林长春130024

基于标准分形水系等级序列的镜象对称性 ,重建水系构成定律 :从 Horton第一、第二定律出发 ,导出关于河流长度与位序关系的三参数 Zipf模型 ;从 Horton第二、第三定律出发 ,导出广义的 Hack定律 ;从 Horton第一、第三定律出发 ,导出关... 详细信息

基于标准分形水系等级序列的镜象对称性 ,重建水系构成定律 :从 Horton第一、第二定律出发 ,导出关于河流长度与位序关系的三参数 Zipf模型 ;从 Horton第二、第三定律出发 ,导出广义的 Hack定律 ;从 Horton第一、第三定律出发 ,导出关于河流长度—流域面积关系的异速生长方程。根据上述数学变换结果建立了水系分维方程式 ,澄清了不同空间、不同类别的各种维数之间的数理关系。

关键词：分形对称性 Horton定律 Hack定律水系结构