澧县河湖水系连通生态水利工程的评价

姜英豪，王赞成，李志威

（1. 湖南百舸水利建设股份有限公司，湖南 长沙 410007；2. 长沙理工大学水利工程学院，湖南 长沙 410114）

引 言

受自然地理环境和季风气候的影响，我国水资源时空分布严重不均，总体上与社会经济发展格局不匹配。国家“十三五”战略规划中明确提出，“科学论证、稳步推进一批重大引调水工程、河湖水系连通骨干工程和重点水源等工程建设，统筹加强中小型水利设施建设，加快构筑多水源互联互调、安全可靠的城乡区域用水保障网”。江河湖库水系连通已经成为提高水资源统筹调配能力、改善水生态环境状况和抗御自然灾害的重要途径，而水系格局与连通性是影响河网水系功能的重要因素。城市化进程中河网水系受到人类活动强烈干扰，如修建蓄、引、提工程，过度开发利用水资源，引发河道断流、湖泊干涸、湿地萎缩、地下水位下降等严重问题，从而导致水系结构与连通性发生重大变化，严重制约着区域社会经济的可持续发展，降低了水资源与水环境的承载能力。制定合理、有效的水系规划来指导区域水系的综合治理成为河湖生态修复的重要议题之一[1]。

目前，国内已有诸多学者针对河湖水系连通开展了一系列研究。研究成果逐渐从对概念、内涵、分类、案例分析等方面的探讨延伸到水文学、河流地貌学、景观生态学等领域对其进行量化分析，采用的方法包括景观生态学法[2]、图论法[3～4]、生物法[5]、水文-水力学模型法[6]等，其中景观生态学方法采用区域自然地理与景观格局的原理评价计算区域的水系连通度，对区内不同水体连通的紧迫性及重要性予以赋值，适用于评价生态连通性[7]，一些学者采用景观生态学方法来评价自然作用下或自然与人类复合作用下的水系格局及连通性[2,8]。

本文运用景观生态学的基本原理和方法建立水系格局与连通性评价指标体系，定量分析澧县原河湖连通工程规划的合理性，为改善河网水系连通性以及实施水系连通工程提供理论依据和技术支持。

1 澧县水系概况

澧县，隶属于湖南省常德市，因澧水贯穿全境而得名，位于长江中游，湖南省西北部，洞庭湖西岸，与长江直线距离80 km。

澧县水系丰富，境内有大小河流47 条，可分为澧水、四口两条水系。其中一级支流9 条，二级支流22 条，三级支流15条，四级支流1 条。澧水水系干流在澧县境内长32 km，流域面积781.75 km2，县境内有6 条支流，包括澹水、道水、涔水3 条一级支流。四口水系有界溪桥、顺林桥、危水河以及松滋所属的11条大小溪河，其中一级支流5 条，二、三级各3条，总流域面积570.8 km2。另主要有大坪排渠、乔涔排渠、杨泗河排渠、澧城排渠等主要灌排渠，共同构成了规划片区的水系网络。见图1。

现状水系统主要由坑塘、水渠和河流组成，但因没有整体连通，各水体交换、余缺互补功能受限，同时直接承纳城镇工业废水、生活污水，农业农村面源污染物也汇入其中，使水质普遍受到污染，城区内部水系统结构已被破坏，现状水污染状况较为严重。区域内河湖水网除澧水河流，包括滟洲水库的水质为Ⅱ～Ⅲ类外，其余水体水质都劣于Ⅳ类，其中栗河、襄阳河均为Ⅴ类。见表1、表2 和图2～图4。

图1 澧县主要水系分布图

表1 项目区水系现状基本情况表

表2 规划区人工渠道（主要干渠）基本情况表

2 研究数据与方法

2.1 水系数据获取

澧县河湖连通现状数据以2016 年澧县河湖水网连通生态水利工程情况为基础，工程规划数据来源于湖南省水利水电勘测设计研究总院编制的《澧县平原地区河湖水网连通生态水利规划》及《澧县河湖水网连通生态水利工程可行性研究报告》等相关文件。河湖水系连通性评价数据主要依据河网水系的连接节点数和廊道数等。基于澧县2016 年水系分布图，并结合Google Earth 对流域水系矢量化，绘制澧县水系有向图，得到水系的自然廊道、人工渠道以及自然节点、人工节点。采用AutoCAD 量算统计矢量化后的水系有向图的节点数和廊道数，通过网络计算和分析获取相应数据。

图2 栗河及襄阳河污染现状图

图3 现状沟渠

图4 现状坑塘

2.2 结构连通性评价方法

水系的网络连通性源于景观生态学中景观生态网络连接度的概念，根据计算原理对水系的连通性进行评价。目前，景观生态网络连接度的常用评价方法是多指标评价法，评价指标通常包括节点度数、廊道密度、水系环度α、节点连接率β、水文连通度γ 等指数。这种方法是依据网络中“点-边”的数量关系来评价连通性。本文选取水系环度α、节点连接率β、网络连通度γ 来评价河网地区水系连通性。其中：

α 指数，即水系环度，表示河网水系中现有节点形成的环路存在的程度，是河网水系实际成环水平的指标。计算公式为：

式中 L——连接廊道数；

N——节点个数；

α 指数在0～1 之间变化，0 表示水网中无环路，1表示具有最大环路。

β 指数，即节点连接率，表示河网水系中每个节点与其他节点连接难易程度的指标。计算公式为：

γ 指数，即网络连接度，表示河网水系中廊道间相互连接数与最大可能廊道连接数之比。计算公式为：

式中 L——连接线数；

N——节点个数；

Lmax——最大可能廊道连接数；

γ 指数在0～1 之间变化，0 表示各节点之间不连接，1 表示每个节点都与其他节点互相连接。指数越大，表示河网水文连通度越高。

根据对水系格局和连通性评价的内涵及方法的探讨，建立如下水系格局与连通性评价指标体系（表3）。从河频率和河网密度两个方面来评价水系格局，从水系环度、节点连接率和网络连接度三个方面来评价水系连通性，由此构成水系格局与连通度评价的“廊道-节点”网络系统。

表3 水系格局与连通性评价指标体系

3 研究结果

3.1 现状水系格局与连通性评价

图5 是澧县现状天然河道水系网络进行概化后的流向图。图5 中不同颜色河道表示不同骨干河道，所有河流的交汇点、分流点均视作节点，河道的流向用箭头表示。

澧县水系现有天然和人工廊道共计47 条，总长度约122.32 km。经现场调研，并结合图5 可以看出，虽然该区域现有人工廊道较多，河频率和河网密度在人工廊道的影响下有很大提高，但水系网络疏密不均，现有渠系与澧水之间、澧县境内水系与松滋河之间联系少，河湖、湖湖之间连通性有待提高。由于“松澧分洪”、多安桥堵口等水利工程的建设，使得澧县老城区栗河和襄阳河均已变成内河，并未连通，但图中将此两条河均视为连通状，另外，包括观音港在内的多条渠道，因长年未进行清淤整治，存在堵塞、崩坡、淤积等严重问题，导致断流而成为了哑河。

图5 澧县主要水系有向图

经计算，澧县水系河频率为0.037 9 条/km2，现有河道河网密度为0.098 7 km/km2（表4）。表明该区域河网密度较小，河流长度发育程度一般、单位面积河流数量相对较少。水系连通性方面，澧县现有水系网络的α、β、γ 值分别为0.327、3.133、0.559（表4），表明水系网络成环水平较低，节点间连接性一般，网络连接度较好，通过人工渠道，水系网络有较好的连接途径，但目前松澧地区的成环水平及节点连接率相对其他区域仍偏低，水系连通度差，因此仍有很大改善空间。

表4 澧县现有水系格局与连通性情况

3.2 规划工程对水系格局及连通性的影响

为创造良好的生态环境，提高澧县水资源、水环境承载能力，改善人居生活水平，由湖南省水利水电勘测设计研究总院编制了《澧县平原地区河湖水网连通生态水利规划》，对澧县平原地区进行了相应的水系连通规划，具体区域是澧水张公庙以下左岸及松滋河系澧县所辖堤垸保护区，西起张公庙、大坪、大堰垱、王家厂，东至澧县西州官垸（松滋中支以西），北缘涔河北岸的中武、雷公塔、梦溪、如东，南至澧水北岸及澧南垸。包括淞澧大垸澧县部分及九垸、官垸等堤垸。规划重点范围为澧津、澧阳平原部分和澧松大垸。通过新建渠道闸坝、引水分流、清淤截污，将各堤垸的灌排合一渠道改造分离，加强河湖、湖湖之间的联系等措施，形成一个纵横连通、高低水分离的生态水网体系（图6）。

图6 澧县规划水系连通有向图

由图6 可以看出，规划项目区主要为艳州水库引水片区和松澧松涔连通片区。滟洲水库处通过新修引水渠在马堰与大坪排水渠相连，大坪排水渠在十回港进入澹水河。为提高枯水期澹水水位，以满足西水东调实现涔东地区的自流灌溉和饮水要求，在澹水中段建彭家坝闸，将澹水分为两段，西段为低水区，分别由朱家岗和彭家坝进入黄沙湾流出，东段为高水区，继续向东经中渡口与涔水、北民湖、宋鲁湖相连，并在涔水梅家港灌溉闸与排水闸之间建一座橡胶坝，与小渡口闸联合运用抬高枯水期涔水下游段水位，再经伍公咀、梅家港闸进入伍官渠、伍集渠、梅青渠、梅新渠，并与杨家湖、水沐堰、马公湖、观音港哑河，以及松滋西支连通。

在新规划下，澧县境内水系格局变化明显，节点数增加至46 个，廊道数增加至75 条，加强了原有廊道之间的联系，河频率和河网密度均有很大提高。经计算，规划区水系河频率为0.060 5 条/km2，规划河道河网密度为0.135 8km/km2，河频率及河网密度分别提高59.6%，37.6%，可见规划后的松澧地区水系格局变化较大（表5）。水系连通性方面，规划水系网络的α、β、γ 值分别为0.345，3.261，0.568（表5），表明水系网络成环水平、节点连接率、网络连通度均得到改善，整体的水系连通性处于较高水平，可见规划方案较为合理。

表5 澧县水系“廊道-节点”规划前后情况对比

4 结 论

1）澧县水系格局及连通性存在空间不均衡的特点

虽然澧阳、澧津区域有较多人工渠道改善了现有水系的连通性，但澧县城区内部水系统结构已被破坏，且现状水污染状况较为严重。城区仍有内河存在淤塞、污染、无法置换水源等问题亟需解决，尤其是栗河与襄阳河因建闸堵口，加之长年生活污水的大量排入，局部水域已变腐发臭，严重危害到了城区人居环境及供水安全。另外，松澧地区水系格局及连通性较差，河湖、湖湖之间联系较少，松滋河以西观音港等渠道因年久失修，淤塞、断流，变成了哑河，导致松滋河连通澧县的水系、水渠更是寥若晨星。

2）规划条件下，澧县区域水系格局及连通性等指标均有所提高

松澧地区在规划方案下河频率、河网密度、成环水平、节点连接率及网络连通度等均有所提高，5 个指标分别较规划前提高59.6%、37.6 %、5.5%、3.8%、1.6%，说明该规划方案使澧县水系格局与连通性得到了有效优化和改善，经此研究方法得出的结论为河湖连通工程的实施提供了一定的技术支持和理论依据。