CN111340649B - 一种水系结构连通性的量测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水系结构连通性的量测方法，选取自然指标和功能指标对水系连通方案进行量测，并构建水系结构及连通性综合量测指标H，分析水系连通前后的河网结构和连通性；河道的自然指标分为结构性和连通性两方面，结构性侧重于河网整体的密度、形态，连通性注重河道内水体的连续性与流动性。本发明能够为量测实施水系连通工程后水系的连通性优化程度及工程的合理性提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种水系结构连通性的量测方法，属于河道整治、水环境治理和水生态修复领域。
背景技术
河湖水系是水资源的载体，对保障水生态、水安全起到重要作用。近年来，随着城镇化水平的提高，一些城市中的河道受到人类影响，横断面形状单一化、护坡类型由自然护坡变为硬质护坡、河道走向裁弯取直，河道原本的生态特性均发生了明显变化，使得城市河网水系结构单一化和主干化的趋势日益明显。由此引发了洪水宣泄不畅、生态环境恶化等问题日益严重。
城市水生态建设、水环境改善、水安全保障对河湖水系的连通性提出了极大的需求。
因此，构建适当的自然和社会指标对河网结构和连通性进行量测，对于建设山丘型城市水系的水生态、水安全文明具有重要意义。
水系连通是解决河流生态保护与修复问题的重要途经，河网水系的畅通能够提升河网水系应对环境变化和极端天气的能力，提高水资源的配置效率，保障流域防洪抗旱、供水及水生态安全等。
对于水系连通的量测分析，学者也进行了深入的研究。赵进勇[49]等将图论中连通度的概念应用于河道-滩区系统连通性量测，定量分析了河道-滩区系统连通程度。如徐慧等人发表的太湖河湖水系连通需求评价初探文中，在太仓市水系规划前后水系连通度的对比分析中，应用河流廊道理论和景观生态学方法以评价城市水系规划的效果；还有学者利用CURM2D水文模型，以流域湿度分布作为评价指标来评价水系的景观水文连通性；文献“基于改进图论与水文模拟方法的河网水系连通性评价模型”建立了基于改进图论与水文模拟方法的河网水系连通性评价模型用于对水系的连通性进行测评。
国内对于水系连通量测的研究尚处于起步阶段，从前人研究成果来看，研究多集中在河湖水系连通的概念、理论体系及连通度等方面，未能从生态流量保障程度、防洪效果等实际功能层面进行分析。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种水系结构连通性的量测方法，本发明认为河湖水系不仅是需要考虑自然特性，在人类影响下，更需要注重水生态功能及行洪排涝等功能，以保证人与自然和谐相处。因此，本发明从自然指标和功能指标两个方面综合量测水系连通效果，并构建河网结构及连通性综合量测指标H，用以综合量测水系结构和连通性。为量测实施水系连通工程后水系的连通性优化程度及工程的合理性提供技术支持。
技术方案：一种水系结构连通性的量测方法，选取自然指标和功能指标对水系连通方案进行量测，并构建水系结构及连通性综合量测指标H，分析水系连通前后的河网结构和连通性；河道的自然指标分为结构性和连通性两方面，结构性侧重于河网整体的密度、形态，连通性注重河道内水体的连续性与流动性。
所述自然指标包括：河网密度、水面率、河网复杂度、纵向连通度、横向连通度5项指标。
所述功能指标包括生态流量保障率和防洪效果2项指标。
(1)河网密度Rd
Rd＝L/S (1)
式中，L表示流域内河流总长度，S表示流域总面积。河网密度反映一个地区的河网占土地总面积的比值。
(2)水面率
水面率指河道多年平均水位下河道水体所占有的实际水面积与区域面积之比，用河流总面积/区域总面积得到。
(3)河网复杂度
CR＝Na*(L/Lm) (2)
式中：Na为河流等级数；L和Lm分别是河流总长和一级河流的河长。
(4)纵向连通性
W＝N/L (3)
式中：N指河流的断点等障碍物数量，L指连续河流的有效长度。
(5)横向连通性
C＝N1/N2 (4)
式中：N1为不同河流的连接点个数，N2为总的河道数量。
生态流量保障率指的是水系连通前后，基于水系连通和水量调度，各条河道能达到指定生态流量的数量占河道总数量的比值。生态流量保障程度越高，说明水系连通效果越好，河道的生态功能越有保障；反之则说明河道生态流量保障程度低，河网生态性差，水系连通性差。
式中：Ri表示每条河段的生态流量保障程度；θi表示各条河道的等级系数，表明河道的社会属性，按照河道的优先性确定。
(2)防洪效果
防洪效果是指水系连通前后，在相应设计洪水作用下，以无溃堤风险的河段长度占河段总长度的比值。比值越大，说明可能溃堤的河段越短，防洪效果越好；比值越小，说明可能溃堤的河段越长，防洪效果越差。
式中：Pi表示每条河段的防洪效果；θi表示各条河道的等级系数，表明河道的社会属性，按照河道的优先性确定。
综合河道的自然量测指标和功能指标，提出一个新的量测参数H用以衡量水系连通的结构及功能。
式中：βi表示所选取的各项量测指标的计算结果；其中，量测指标包括自然指标和功能指标。δi表示各项量测指标的系数，反映了量测指标的重要程度，与水系连通量测的目标需求相关，系数越大，表明该指标越重要；±表示该量测指标与H正负相关关系，+表示该量测指标与H呈正相关，-即为负相关。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明实施例提供的一种水系结构连通性的量测方法，选取自然指标和功能指标对水系连通方案进行量测，并构建水系结构及连通性综合量测指标H，分析水系连通前后的河网结构和连通性；河道的自然指标分为结构性和连通性两方面，结构性侧重于河网整体的密度、形态，连通性注重河道内水体的连续性与流动性。
下面对相关指标做详细说明：
1)自然指标
河道的自然量测指标分为结构性和连通性两方面，结构性侧重于河网整体的密度、形态等，连通性注重河道内水体的连续性与流动性。基于此，选取河网密度、水面率、河网复杂度、纵向连通度、横向连通度5项指标作为量测水系结构和连通性的标准，见表1。
表1量测指标的含义
(1)河网密度Rd
Rd＝L/S (1)
式中，L表示流域内河流总长度，S表示流域总面积。河网密度反映一个地区的河网占土地总面积的比值，河网密度越大，说明该地水系越发达。
(2)水面率
水面率指河道多年平均水位下河道水体所占有的实际水面积与区域面积之比，可用河流总面积/区域总面积得到。
(3)河网复杂度
CR＝Na*(L/Lm) (2)
式中：Na为河流等级数；L和Lm分别是河流总长和主干(一级河流的河长)。
(4)纵向连通性
W＝N/L (3)
式中：N指河流的断点(或节点)等障碍物数量(如闸、坝等)，L指连续河流的有效长度，纵向河流连通性系数越大，河流连通性越差。
(5)横向连通性
C＝N1/N2 (4)
式中：N1为不同河流的连接点个数，N2为总的河道数量。横向连通性系数越大，说明河流横向连通性越好，相互之间连通性高。
2)功能指标
除了传统的自然指标，另选取生态流量保障程度、防洪效果作为社会指标，来衡量水系连通的对人类生产生活的功能保障性。
(1)生态流量保障率
生态流量保障率指的是水系连通前后，基于水系连通和水量调度，各条河道能达到指定生态流量的数量占河道总数量的比值。生态流量保障程度越高，说明水系连通效果越好，河道的生态功能越有保障；反之则说明河道生态流量保障程度低，河网生态性差，水系连通性差。
式中：Ri表示每条河段的生态流量保障程度；θi表示各条河道的等级系数，表明河道的社会属性，按照河道的优先性确定。
(2)防洪效果
防洪效果是指水系连通前后，在相应设计洪水作用下，以无溃堤风险的河段长度占河段总长度的比值。比值越大，说明可能溃堤的河段越短，防洪效果越好；比值越小，说明可能溃堤的河段越长，防洪效果越差。
式中：Pi表示每条河段的防洪效果；θi表示各条河道的等级系数，表明河道的社会属性，按照河道的优先性确定。
3)河网结构及连通性综合量测指标
综合河道的自然量测指标和功能指标，提出一个新的量测参数H用以衡量水系连通的结构及功能。
式中：βi表示所选取的各项量测指标的计算结果；其中，量测指标包括自然指标和功能指标。δi表示各项量测指标的系数，反映了量测指标的重要程度，与水系连通量测的目标需求相关，系数越大，表明该指标越重要；±表示该量测指标与H正负相关关系，+表示该量测指标与H呈正相关，-即为负相关。
下面以沂源县为研究区，对本发明的水系结构连通性的量测方法进行说明。
本次研究范围为山东省淄博市沂源县城区，总面积98.62km2，建设用地面积34.83km2。境内河流纵横，多具有典型的山区河流特征，河流以侵蚀作用为主。沂源县为鲁南地区重要河流——沂河的发源地。境内河流主要是沂河，发源于大张庄镇东南部的松山和徐家庄乡南部的黑山等地，在本县全长84.6km，流域面积1451.00km2。
沂源县境内沟壑纵横，河流发育，有大小河流1530条，呈树枝状，是沂河、大汶河、弥河的发源地，县域内包沂河、弥河、新汶河3条水系，含分属淮河流域沂沭泗水系、黄河流域大汶河水系、淮河流域山东半岛诸河水系。
东南为沂河水系，缠绕干流有22条主要支流；西南为新汶河水系；东北为弥河水系，支流2条。
沂源县骨干河道共16条，包括沂河及沂河的14条主要支流(红水河、水北河、石桥河、饮马河、儒林河、螳螂河、徐家庄河、南岩河、大张庄河、高村河、白马河、杨家庄河、韩庄河、马庄河)和弥河的主要支流(三岔河)。
研究区内现状水系由一条干流(沂河)，三条一级支流(螳螂河、儒林河、饮马河)、8条沟渠和5座水库。除水库外，现状河流总长度145.8km。现状水体总面积6.58km2，其中，河流2.17km2，沟渠0.33km2。
①沂河
沂河全长574km，流域面积1.73万km2。其中山东省内河长288km，流域面积1.08万km2，流域年平均降雨量820mm。在沂源县境内、田庄水库下游，沂河总长度约53.5km，水体总面积约6.5km2。沂河城区段的防洪标准为50年一遇。
②螳螂河
螳螂河流域总面积187km2，干流长度27km。螳螂河流域多年平均径流深293.1mm，多年平均径流量5479万m3。螳螂河横穿沂源县城，在县城内干流长度6.5km，河道平均宽度100m，平均比降3.4‰。螳螂河城区段的防洪标准为50年一遇。
③儒林河
儒林河流域面积较大，支流众多。河道流域面积59.7km2，干流长度12.98km，河道平均比降6.8‰，洪峰流量为668.7m3/s。儒林河下游为沂源县经济技术开发区，河道防洪任务重大。根据国家防洪标准，该段河道防洪标准为50年一遇。根据该河段现状比降、两岸实际、河道宽度等条件，河道宽度应不小于65m，河床深度应不低于2.5m。儒林河城区段的防洪标准为50年一遇。
④饮马河
饮马河流域面积46km2，干流河长12.3km。饮马河城区段的防洪标准为50年一遇。
4)水系连通前后结构及连通性量测
(1)自然指标量测
水系连通前后的自然指标量测结果分别见表2、3。
表2水系连通前量测结果
表3水系连通后量测结果
在进行水系连通以后，河网密度、水面率、河网复杂度、横向连通性4项指标都有提升，说明在水系连通之后，规划区内的水网更加丰富、水面所占比率提升，同时河网从简单变得复杂，横向连通性提高，不同河道之间互相连通，有利于河网整体的稳定和平衡，有利于对生态流量和河流生态健康的保障。同时，河网的纵向连通度降低，表明河网在纵向上连通性变好，水流受到阻碍减少。
(2)功能指标量测
①生态流量保障率
水系连通前，根据历史流量资料，利用近十年月流量最小值与适宜生态流量值比较，求出近十年生态流量保障程度。水系连通后，根据生态流量的需求，设计调水方案，确保调入各条河道的水量满足适宜生态流量的需求，生态流量保障度为100％。
表4水系连通前河网生态流量保障程度分析
| 河道 | 总月份 | 达到适宜生态流量的月份 | 生态流量保障程度 |
| 沂河 | 120 | 90 | 75.0％ |
| 螳螂河 | 120 | 58 | 48.3％ |
| 儒林河 | 120 | 49 | 40.8％ |
| 饮马河 | 120 | 53 | 44.2％ |
由生态流量保障程度得知，在水系连通前后各条河道的生态流量保障程度见表5。
表5水系连通前后生态流量保证率量测结果
②防洪效果
根据水文计算原理及方法，设计暴雨历时应不小于流域汇流时间。流域汇流时间主要取决于流域特性，包括汇水面积、流域形状、地面坡度、土地利用性质、河道特性、河网密度、河湖调蓄容积等。根据流域地形地貌特性和水文水力分析，取1、3日为沂源县设计暴雨频率计算的控制时段。采用1979年～2016年连续38年实测暴雨资料推求沂源县最大1日、3日10年一遇、20年一遇以及50年一遇设计雨量；流域内设计暴雨时程分配采用《山东省水文图集》中的泰沂山南两小时雨型。
沂源县设计暴雨计算所选用的雨量站包括：田庄水库、东里店水文站，徐家庄、草埠、包家庄、大张庄、朱家庄、芦芽店、悦庄、石桥、燕崖、焦家上庄雨量站共计12个站点，资料系列长度为1979-2016年。采用适线法进行频率计算，得到不同时段的面雨量分布参数，及10年、20年和50年一遇设计面雨量，结果见表6至7，其中，Cs偏态系数，Cv是变差系数。
表6沂源县面雨量频率分布参数
| 参数 | 1日 | 3日 |
| 均值 | 82.8 | 111.4 |
| Cv | 0.36 | 0.31 |
| Cs/Cv | 3.3 | 3.3 |
表7沂源县设计面雨量(单位：mm)
流域内设计暴雨时程分配采用《山东省水文图集》中的泰沂山南两小时雨型，逐日面降雨量过程见表8。
表8沂源县设计面暴雨日程分配计算(单位：mm)
根据现状条件下的水利工程布设及城市发展状况，按洪水归槽计算，采用水文水力模型计算得出不同水平年全县骨干河道设计洪峰流量，计算结果见表9。
表9骨干河道不同重现期出口断面洪峰流量
MIKE11水动力模块可以很好的用于模拟河道的洪水演进情况，模型基于圣维南方程组，利用Abbott-lonescu六点隐格式法进行离散以模拟洪水在河道内沿河流的行进过程。其洪水演进计算是通过改变过程中的流量过程(河道上游端点边界为流量过程)以推算河道下游流量的过程，洪水演进通常是通过水库等控制性建筑物改变入流的过程。MIKE11水动力计算是通过流量、水位节点的交叉计算对河道内情况进行模拟，可将其方程进行简化：
动量守恒方程
式中：A为河道横断面面积，m2；Q为河道横断面流量，m3/s；g为重力加速度；C为谢才系数，s/m1/3；q为侧向流量，m3/s；α为动量修正系数，Sf为摩阻比降，
各河道及河道之间均满足水量平衡方程，即：
式中：
为第n+1个时段m节点的其他入河流量；
为第n+1个时段j节点的入河流量；M为模拟的河道节点数；L(m)为m节点连接的河道数；△V为节点的蓄水量。
根据河道现状水系条件，结合河道实测断面资料构建MIKE11一维城市水文水力模型，将洪水计算结果作为模型模拟的计算边界条件，加以率定验证以增加模型模拟结果的准确度，提高计算结果精度。
沂河上游边界采用徐家庄河、南岩河、大张庄河、高村河作为田庄水库入库洪水经过调洪演算后推求得出。沂河下游边界条件采用汛期常水位。
沂河干流概化河道总长59.64km，流域集水面积1463.6km2，沂河干流距下游河口里程59.6～40.2km处为中心城区河段，设计防洪标准为抵御五十年一遇洪水，水系连通前后的计算结果见表10、表11。
表10水系连通前沂河中心城区段五十年一遇洪峰流量及水位
| 断面序号 | 距下游河口里程(km) | 流量(m<sup>3</sup>/s) | 水位(m) |
| 1 | 59.6 | 824 | 292.4 |
| 2 | 53.1 | 1240 | 273.5 |
| 3 | 48.6 | 1985 | 263.6 |
| 4 | 44.9 | 2357 | 255.8 |
| 5 | 40.2 | 2678 | 249.5 |
表11水系连通后沂河中心城区段五十年一遇洪峰流量及水位
| 断面序号 | 距下游河口里程(km) | 流量(m<sup>3</sup>/s) | 水位(m) |
| 1 | 59.6 | 824 | 292.4 |
| 2 | 53.1 | 1237 | 273.4 |
| 3 | 48.6 | 1945 | 263.2 |
| 4 | 44.9 | 2305 | 255.5 |
| 5 | 40.2 | 2613 | 249.1 |
根据模型计算结果，在50年一遇设计洪水作用下，水系连通前，沂河城区段西上高庄、盛家庄、埠下多处存在淹没风险。在沂河水系连通后，由于上游新建河道分流了螳螂河、儒林河、饮马河上游洪水，减轻了沂河城区段的行洪压力，所以在沂河的螳螂河入河口之后段，即沂河距下游河口里程52.9～40.2km段内，洪峰流量明显降低，最高水位降低。对于沂河的螳螂河入河口之前段，由于下游水位的降低，也使得上游段洪水风险得到缓解，整体风险得到了控制。
螳螂河概化河道总长27km，流域集水面积159.3km2，其中螳螂河距下游河口里程13～0km处为中心城区河段，设计防洪标准为五十年一遇，水系连通前后的计算结果见表12、表13。
表12水系连通前螳螂河城区段五十年一遇洪峰流量及水位
| 断面序号 | 距下游河口里程(km) | 流量(m<sup>3</sup>/s) | 水位(m) |
| 1 | 13 | 309 | 298.5 |
| 2 | 11 | 396 | 288.4 |
| 3 | 9 | 498 | 284.2 |
| 4 | 7 | 583 | 273.8 |
| 5 | 6.6 | 622 | 272.6 |
| 6 | 5 | 672 | 272.2 |
| 7 | 2.5 | 740 | 271.5 |
| 8 | 0 | 808 | 270.9 |
表13水系连通后螳螂河城区段五十年一遇洪峰流量及水位
根据模型计算结果，在50年一遇设计洪水作用下，水系连通前，螳螂河城区段城西南麻二村处存在着一定的淹没风险，水系连通后，由于上游新建河道分流了螳螂河上游洪水，所以在新建河道与螳螂河交汇口之后段，即距下游河口里程9～0km段内，洪峰流量有所降低，最高水位降低，溃堤风险减小。
儒林河概化河道总长8.28km，流域集水面积50.3km2，儒林河距下游河口里程8.3～0km处为中心城区河段，设计防洪标准为抵御五十年一遇洪水，水系连通前后的计算结果见表14，表15。
表14水系连通前儒林河中心城区段五十年一遇洪峰流量及水位
| 断面序号 | 距下游河口里程(km) | 流量(m<sup>3</sup>/s) | 水位(m) |
| 1 | 8.3 | 48 | 285.7 |
| 2 | 6.3 | 75 | 273.4 |
| 3 | 4.3 | 149 | 268.5 |
| 4 | 2.2 | 228 | 264.9 |
| 5 | 0 | 310 | 262.8 |
表15水系连通后儒林河中心城区段五十年一遇洪峰流量及水位
| 断面序号 | 距下游河口里程(km) | 流量(m<sup>3</sup>/s) | 水位(m) |
| 1 | 8.3 | 48 | 285.7 |
| 2 | 6.3 | 63 | 273.2 |
| 3 | 4.3 | 137 | 268.3 |
| 4 | 2.2 | 216 | 264.7 |
| 5 | 0 | 298 | 262.6 |
根据模型计算结果，在50年一遇设计洪水作用下，水系连通前，儒林河城区段东儒林、南石臼段存在淹没风险，水系连通后，由于上游新建河道分流了儒林河上游洪水，所以在新建河道与儒林河交汇口之后段，即距下游河口里程6.3～0km段内，洪峰流量有所降低，最高水位降低，溃堤风险减小。
饮马河概化河道总长7.49km，流域集水面积41.2km2，饮马河距下游河口里程7.5～0km处为中心城区河段，设计防洪标准为抵御五十年一遇洪水，水系连通前后的计算结果见表16、表17。
表16水系连通前饮马河中心城区段五十年一遇洪峰流量及水位
| 断面序号 | 距下游河口里程(km) | 流量(m<sup>3</sup>/s) | 水位(m) |
| 1 | 7.5 | 54 | 282.4 |
| 2 | 5.5 | 89 | 276.8 |
| 3 | 3.1 | 149 | 271.6 |
| 4 | 1.4 | 207 | 264.1 |
| 5 | 0 | 254 | 258.5 |
表17水系连通后饮马河中心城区段五十年一遇洪峰流量及水位
| 断面序号 | 距下游河口里程(km) | 流量(m<sup>3</sup>/s) | 水位(m) |
| 1 | 7.5 | 54 | 282.4 |
| 2 | 5.5 | 76 | 276.5 |
| 3 | 3.1 | 136 | 271.3 |
| 4 | 1.4 | 194 | 263.8 |
| 5 | 0 | 241 | 258.2 |
根据模型计算结果，在50年一遇设计洪水作用下，水系连通前，饮马河南张良、中张良、北张良段均存在淹没风险。水系连通后，由于上游新建河道分流了饮马河上游洪水，所以在新建河道与饮马河交汇口之后段，即距下游河口里程5.5～0km段内，洪峰流量有所降低，最高水位降低，溃堤风险减小。
石桥河不属于城区范围内，但是由于新开的河道将城区范围内的几条河道与石桥河连通，故需要对其进行防洪校核。
石桥河干流概化河道总长12.9km，流域集水面积97.6km2，其中干流从上游错石水库坝下(距下游河口里程12.9km)至下游汇入沂河干流河口处(里程0km)。在面临五十年一遇洪水时，水系连通前后的计算结果见表18、表19。
表18水系连通前石桥河五十年一遇洪峰流量及水位
表19水系连通后石桥河五十年一遇洪峰流量及水位
| 断面序号 | 距下游河口里程(km) | 流量(m<sup>3</sup>/s) | 水位(m) |
| 1 | 12.9 | 0 | 271.0 |
| 2 | 10.9 | 60 | 278.4 |
| 3 | 8.9 | 187 | 273.5 |
| 4 | 6.9 | 247 | 269.4 |
| 5 | 4.9 | 305 | 260.2 |
| 6 | 2.1 | 391 | 249.1 |
| 7 | 0 | 354 | 246.1 |
石桥河流经村庄，现状防洪标准为十年一遇，在水系连通后，需进行河道的拓宽及河岸加固，以保障两岸的生产生活安全。
在水系连通前，通过模型模拟计算，统计有淹没风险的河段，结果见表20。
表20水系连通前防洪保障效果
水系连通后，由于新开河道分流了螳螂河、儒林河、饮马河的上游洪水，沂河城区中上游段也因此减轻了防洪压力，再通过河道清淤、河岸加高加固、生态保障措施的施行，确保沂源县城区河段均可满足五十年一遇防洪要求。
由防洪效果评估得知，在水系连通前后各条河道的生态流量保障程度见表21。
表21水系连通前后防洪效果量测结果
5)河网结构及连通性综合量测
(1)指标系数
在本次研究中，针对于沂源县城区水系生态流量难以保障的主要问题，将生态流量保障程度作为重要量测指标，系数定为0.3；其次，防洪安全问题作为关系到人民生命财产安全的重要指标，也需要给予足够的重视，系数定为0.2；各项自然指标从不同角度反映水系的结构和连通性，系数均为0.1。
(2)计算结果
表22综合指标H量测结果
水系连通后，H值从0.72提升到0.96，说明从自然指标和功能指标两个方面综合分析，水系连通后的结构和功能性得到提升，取得预期成效，能够在是基于应用中对沂源县城的水系水生态、水安全起到积极的保障作用。
本发明选取自然指标(河网密度、水面率、河网复杂度、纵向连通度、横向连通度5项指标)和功能指标(生态流量保障率、防洪效果)对水系连通方案进行量测，并构建水系结构及连通性综合量测指标H，分析水系连通前后的河网结构和连通性。本发明构建了综合两种功能的量测指标，对构建满足生态防洪的水系连通格局具有重要指标意义。
Claims (6)
1.一种水系结构连通性的量测方法，其特征在于：选取自然指标和功能指标对水系连通方案进行量测，并构建水系结构及连通性综合量测指标H，分析水系连通前后的河网结构和连通性；河道的自然指标分为结构性和连通性两方面，结构性侧重于河网整体的密度、形态，连通性注重河道内水体的连续性与流动性；
所述自然指标包括河网密度、水面率、河网复杂度、纵向连通度和横向连通度5项指标；所述功能指标包括生态流量保障率和防洪效果2项指标；
生态流量保障率指的是水系连通前后，基于水系连通和水量调度，各条河道能达到指定生态流量的数量占河道总数量的比值；
式中：Ri表示每条河段的生态流量保障程度；θi表示各条河道的等级系数，表明河道的社会属性，按照河道的优先性确定；
防洪效果是指水系连通前后，在相应设计洪水作用下，以无溃堤风险的河段长度占河段总长度的比值；
式中：Pi表示每条河段的防洪效果；
综合河道的自然量测指标和功能指标，提出一个新的量测参数H用以衡量水系连通的结构及功能；
式中：βi表示所选取的各项量测指标的计算结果；其中，量测指标包括自然指标和功能指标；δi表示各项量测指标的系数，反映了量测指标的重要程度，与水系连通量测的目标需求相关；±表示该量测指标与H正负相关关系，+表示该量测指标与H呈正相关，-即为负相关。
2.根据权利要求1所述的水系结构连通性的量测方法，其特征在于：河网密度Rd反映一个地区的河网占土地总面积的比值，
Rd＝L/S (1)
式中，L表示流域内河流总长度，S表示流域总面积。
3.根据权利要求1所述的水系结构连通性的量测方法，其特征在于：水面率指河道多年平均水位下河道水体所占有的实际水面积与区域面积之比，用河流总面积/区域总面积得到。
4.根据权利要求1所述的水系结构连通性的量测方法，其特征在于：河网复杂度
CR＝Na*(L/Lm) (2)
式中：Na为河流等级数；L和Lm分别是流域内河流总长度和一级河流的河长。
5.根据权利要求1所述的水系结构连通性的量测方法，其特征在于：纵向连通性
W＝N/L1 (3)
式中：N指河流的障碍物数量，L1指连续河流的有效长度。
6.根据权利要求1所述的水系结构连通性的量测方法，其特征在于：横向连通性
C＝N1/N2 (4)
式中：N1为不同河流的连接点个数，N2为总的河道数量。
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| CN106884405A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-06-23 | 中国水利水电科学研究院 | 一种无资料地区溃堤型山洪灾害分析评价方法 |
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