流域水系结构与连通变化对洪涝与水环境影响研究

Aiming at the flood disasters and water environment deterioration caused by river-lake connectivity(RLC) blocked and the river system declined in Tai Lake basin, this project focuses on the impacts of the stream pattern and connectivity changes on water self-purification and river-lake storage-discharge capacity. Firstly, this research analyzes the evolvement of river system structure(RSS) and river-lake connectivity under intense human activities, especially the character and mechanism of those caused by human activities such as the development of urbanization and land use/land cover change in modern times. Secondly, this research prepares to explore the relationship between RSS/RLC change and water cycle components under the analysis of the impacts of RSS/RLC change in different sub-basin on hydrological process, and then reveal the influence mechanism of RSS/RLC change on the regional hydrological cycle through building the relation model between hydrological processes and river systems structure changes in basin. Thirdly, this research probes suitable evaluating indicator of RSS/RLC in Tai Lake basin under intense human activity, which also tries to simulate and analyze the impact of RSS/RLC change on the self-purification capacity of water body and the capacity of river-lake storage-discharge under building storage-discharge relational model in different sub-basin unit. Consequently, this research seeks the schemes and measures to improve RSS/RLC, which will provide support for the flood control and water environment protection in this basin.

针对当前河湖连通受阻、水系衰落引起的洪涝灾害频发与水环境恶化问题，以太湖流域为例，探讨水系结构与连通变化对水体自净与河湖蓄泄能力的影响。首先通过对剧烈人类活动作用下，流域水系结构与连通性演变状况的分析，重点揭示近代流域内城市化发展、土地利用/地表覆盖变化等人类活动对水系结构与河湖连通性影响的特点与机制。其次，通过对不同水利分区单元内水系结构演变对水文过程的影响分析，探讨河网结构和连通性变化与水循环分量之间的关系，并通过建立流域水文过程与河流水系结构变化之间的关系模型，揭示水系结构与河湖连通性演变对区域水文循环的影响机制。第三，探讨确立适合剧烈人类活动条件下太湖流域的水系结构模式与连通性评价指标，并通过各水系单元的蓄泄关系分析计算，定量评估水系结构与河湖连通变化对水体自净与河湖蓄泄能力的影响。在此基础上，寻求改善该地区水系结构与河湖连通的方案与措施，从而为该地区防洪减灾与水环境保护提供支持

针对当前城市化迅速发展背景下，河湖连通受阻、水系衰减引起的洪涝灾害频发与水环境恶化问题，借助RS与GIS空间分析技术，结合野外调查与实验观测方法，重点以太湖流域为例，探讨水系结构与连通变化对水体自净与河湖蓄泄能力的影响。首先，在分析太湖流域下垫面土地利用变化特征与趋势的基础上，基于研究区1960s、1980s和2010s的地形图提取了各时期水系结构要素特征，通过建立识别与定量描述剧烈人类活动影响下平原河网地区水系格局和连通变化的指标与方法，揭示了近50年以来典型流域水系格局与连通变化的特点与规律；其次，根据近50年来典型流域代表站点的年内最低水位、平均水位和最高水位等要素，采用水文变异指标和水位历时曲线、水文水动力模拟等方法，分析了水系结构与连通变化对流域水文过程以及水环境的影响； 再次，通过构建河网与湖泊的容蓄能力和可调蓄能力等指标，对比分析了不同水系结构与连通情况下调蓄能力的区域差异，探讨了水系结构与连通变化对流域调蓄能力及洪涝过程的影响。在此基础上，提出了区域河流保护、区域水系结构连通性改善的途径与对策。研究结果表明，在1960-2010期间太湖流域腹部地区，随着城市化的快速发展，河网密度减少了近20%，水面率下降了11%～31%，河网密度下降、水系结构退化。尤其是低等级河流衰减迅速，其中二、三级河流减少率达38%～88%，复杂网状结构河网向树枝状河网转化，水系结构整体向主干化、简单化方向发展，且衰减趋势随城市化进程有所加快。随着河流水系的衰减，地表水文情势受到不同程度的影响，水环境恶化，上世纪六十年代以来，河网测站年最高水位、最低水位分别以6~9cm/10a、8~9cm/10a的速率上涨；同时，河网与湖泊在1960s～1980s、1980s～2009期间的容蓄和可调蓄能力分别减少7.6%和12.6%。河网调蓄能力持续下降，洪涝灾害威胁加剧，防洪减灾情势严峻。本研究揭示了剧烈人类活动作用下，流域水系结构和连通性的演变特点及机制，将为平原水网地区的防洪减灾与水环境保护提供支持，具有较高的理论意义与应用价值。