（环境科学专业论文）上海浦东新区快速城市化进程中河网变迁特征及水系保护研究.pdf

u n i v e r s i t yc o d e ：10 2 6 9 e n r o l l m e n tn u m b e r ：510 7 0 8 0 2 0 38 ea s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y s t u d yo nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fr i v e rn e t w o r kc h a n g e s a n di t sp r o t e c t i o nu n d e r r a p i du r b a n i z a t i o n i np u d o n gn e wa r e a b y b a iy i q i n at h e s i ss u b m i t t e di nc o n f o r m i t yw i t ht h er e q u i r e m e n t s f o r t h ed e g r e eo fm a s t e ro fs c i e n c e d e p a r t m e n to fe n v r i o n m e n t a ls c i e n c e e a s tc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y m a y ，2 0 1 0 一一 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文上海市浦东新区快速城市化进程中 河网变迁特征及水系保护研究，是在华东师范大学攻读硕士学位期间，在导师的 指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包 含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者盘名：i 重型器日期：力声年月，日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 上海浦东新区快速城市化进程中河网变迁特征及水系保护研究系本人在华东师 范大学攻读学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文，本论文的研究成果归华东师范 大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管部门 和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子版；允许学位 论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博 士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用 影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文事， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( 、2 不保密，适用上述授权。 导师签名兰龟绍煮乒 本人签名鱼美鍪 列。年舌月1 日 k ， _ ， j 自竖茎硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 教授级 黄沈发上海市环境科学研究院主席 高级工程师 吴健平教授华东师范大学委员 阮仁良高级工程师上海市水务局委员 林逢春副教授华东师范大学委员 张勇副教授华东师范大学委员 摘要 摘要 平原河网地区城市化进程中河流水系结构破坏及河道功能退化状况比较突 出，城市化地区河网水系变化及其结构和功能保护研究是河网水系保护和管理的 研究热点。水系结构和水域景观的环境意义及其与区域景观特征内在联系的研究 对于城市水系保护及景观建设具有重要的理论和现实意义。论文尝试从河流地貌 学、景观生态学、环境管理学等多学科综合研究角度，以浦东新区为案例区域， 对区域城市化发展历程及水环境质量演化特征进行回顾基础上，对快速城市化过 程中河网水系变化的时空特征进行了较为系统的论述和分析，并从陆域景观和区 域景观格局的不同尺度，探讨河网水系变化可能的景观效应。最终提出不同城市 化发展阶段的河网水系的适应性管理对策，论文主要工作和研究结论可归纳为以 下几个方面： ( 1 ) 选用水面率( w p ) 、河网密度( 弛) 、河频率( r f ) 、平均分枝比) 、河网 复杂度( r c ) 和支流发展系数( r z ) 六大指标6 大河网水系形态结构表征指标，研究 多指标、多尺度、多时相下浦东新区近4 0 a 河网水系变化特征，并对各个城市化 发展阶段的河网形态结构进行了对比分析，研究结论表明：浦东新区河网水 系城市化进程中河网水系总体呈逐年缩减趋势，经历了主干河道改造与支流缓慢 缩减( 1 9 6 5 1 9 8 9 ) ，支流急剧缩减( 1 9 8 9 2 0 0 0 ) ，支流缓慢缩减( 2 0 0 0 - - 一2 0 0 6 ) z 个阶 段，河网水系经历了干支流密布的网状水系到少数主干河道支撑，支流显著缩减 的变化趋势。区域河网水系结构变化具有典型的时空特征：时间尺度上，河 网指标值逐年减少，河网形态和结构发育异常；空间尺度上，高度城市化区域河 网结构自然状态受损，城市化辐射边缘区域河网仍保持近自然网状特征。城 市化建设活动是河网快速缩减的直接原因。工业小区建设、道路修建、市政工程 建设、居住区扩建等城市建设活动是河网缩减的主要驱动因素，居住用地建设、 道路广场修建则是城市边缘区河网缩减的直接原因。 ( 2 ) 采用相关分析、水质评价、景观指数法，分析城市化进程中河网水系 结构和河网水质的变化，对水域景观、陆域景观及区域景观格局可能产生的影响 作出探讨，研究结果表明：城市化进程中河网水质受到显著影响，较高等级 河道水质优于较低等级河道水质；城市化边缘区水质优于城市化影响区域；城 市进程中水域景观面积和水域斑块数量、水域斑块的优势度相对减小，河网连通 性受阻；陆域景观以工业用地、道路交通和居住用地等城市用地景观增加为特征。 河网水系变化会对区域景观斑块类型的分布及斑块形状复杂性产生影响，各 类斑块空间上趋向混杂与均衡化分布。 摘要 ( 3 ) 对浦东新区河网水系变化的关键问题识别基础上，尝试提出不同尺度、 不同城市化发展阶段的河网水系保护的控制性指标，初步提出浦东新区河网保护 与水系景观规划建设的适应性管理对策和建议，研究结论为：对于高度城市 化区域和城市郊区，提出了水面率( w p ) 、河网密度( 啪、支流发展系数( 啪不同的 指标控制要求。建议顺应城市化发展的阶段性特征，将指标控制与其他环境 保护系统规划和管理相结合，对宏观、中观和微观尺度上对控制指标和管理对策 进行适时控制与调整，并建议对中度城市化区域和城市化边缘区的河网变化指标 进行跟踪评估。建议在农村区域逐步实施退涵还桥，沟通水系，调活水体， 恢复和维持河流的自然风貌；对于高度城市化区域，可基于河流沿岸绿色廊道地 域性特征，加强水系的自然和人文景观塑造，以期充分发挥河网水系的生态和环 境功能。 关键词：河网变迁；城市化；水系保护；控制指标；浦东新区 a b s t r a c t a b s t r a c t n l e p r o b l e m so fr i v e rn e t w o r k sd a m a g ea n di t sf u n c t i o nd e g r a d a t i o nu n d e rr a p i d u r b a n i z a t i o nh a v eb e c o m ee v e rm o r ep r o m i n e n ti np l a i nf i v e rn e t w o r kr e g i o n s t u d y o nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fr i v e rn e t w o r kc h a n g e sa n dp r o t e c t i o nm e a s u r e sf o rr i v e r n e t w o r k ss t r u c t u r ea n di t sf u n c t i o nh a v eb e c o m et h er e s e a r c hf o c u si n 也ef i e l do f r i v e rs y s t e mc o n s e r v a t i o na n dm a n a g e m e n t m o r e o v e r , s t u d yo nt h ee n v i r o n m e n t s i g n i f i c a n c eo ff i v e rn e t w o r k ，t h el a n d s c a p ef e a t u r e so fr i v e rs y s t e ma n di t si n t r i n s i c r e l a t i o n s h i p w i t ht h er e g i o n a l l a n d s c a p ep a t t e mh a v ei m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n d p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et ot h eu r b a nl a n d s c a p ep l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o n f r o ma n i n t e g r a t e dp e r s p e c t i v eo fg e o m o r p h o l o g yo f r i v e r s ，l a n d s c a p ee c o l o g ya n d e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t , b a s e do nt h e r e v i e wo f d e v e l o p i n g o f r e g i o n a l u r b a n i z a t i o na n dw a t e rq u a l i t ye v o l u t i o n , t h es p a t i a la n dt e m p o r a lc h a r a c t e r i s t i c so f r i v e rn e t w o r kc h a n g e su n d e r r a p i du r b a n i z a t i o nw e r ee x p o s i t e da n da n a l y z e d s y s t e m a t i c a l l y , t a k i n gp u d o n gn e wa r e ai ns h a n g h a ia sa l le m p i r i c a ls t u d ya r e ai nt h i s p a p e r a n dt h e n , t h ee f f e c t sr i v e rn e t w o r kc h a n g e sm a yp r o d u c eo nt h el a n d s c a p e p a t t e r nd u r i n gl o n gt i m es c a l ew e r ed i s c u s s e df r o md i f f e r e n ts p a t i a ls c a l e s ，w h i c h w e r er i p a r i a nt e r r e s t r i a ll a n d s c a p ea n dw h o l er e g i o nl a n d s c a p er e s p e c t i v e l y f i n a l l y , a d a p t i v em a n a g e m e n ts t r a t e g i e sf o rr i v e rn e t w o r k sp r o t e c t i o ni nd i f f e r e n ts t a g e so f u r b a n i z a t i o nw e r ep u tf o r w a r di nt h e s i sf r o mt h ef o l l o w i n gm a i nh e a d i n g s ( 1 ) s i xi n d i c a t o r si n c l u d i n gs u r f a c ew a t e rr a t i o ( w p ) ，雠d e n s i t yo fr i v e r s ( r d ) ， d i s t r i b u t i o n f r e q u e n c yo fr i v e r ( r e ) a n dt h ei n t e g r i t ya n dc o m p l e x i t yo fr i v e r n e t w o r k ( p c ) ，a v e r a g eb r a n c h i n gr a t i oo fr i v e r s ( r b ) ，d e v e l o p i n gc o e f f i c i e n to fb r a n c h r i v e r s ( r z ) w e r es e l e c t e dt oq u a n t i t i v e l yd e s c r i b et h ec h a r a c t e r i s t i c so fr i v e rn e t w o r k s c h a n g e s i n p u d o n gn e wa r e af o rn e a l y4 0y e a r s ，b a s e do na ni n t e g r a t e d m u l t i - i n d i c a t o r s ，m u l t i s c a l ea n dm u l t i t e m p o r a lm e t h o d s m o r e v e r , t h ed i f f e r e n c eo f r i v e rn e t w o r k sm o r p h o l o g ya n ds t r u c t u r ei nd i f f e r e n tu r b a n i z a t i o nl e v e lw e r el u t h e r a n a l y s e da n dc o m p a r e d r e s e a r c hf i n d i n g ss h o w e dt h a t ：r i v e rn e t w o r k sh a s e x p e r i e n c e dt h r e ec h a n g i n gp h a s e s ：t r u n kr i v e r sm a n m a d em o d i f y i n ga n db r a n c h r i v e r sd e c l i n g ( 19 6 5 19 8 9 ) ，s h a r pr e d u c i n go ft r i b u t a r y ( 1 9 8 9 - 2 0 0 0 ) a n ds l o w i n g d o w no ft r i b u t a r i e s d e c l i n e ( 2 0 0 0 - - 2 0 0 6 ) ，c h a r a c t e r i z e db yt h ed i s a p p e a r a n c eo f b r a n c hr i v e r si ns u b u r br e g i o n r i v e rn e t w o r k se x p e r i e n c e dt h ec h a n g e sf r o ma n a t u r a l r i v e rn e t w o r k sc r i s s c r o s s i n gw i t hh i g h l yd e n s em a i n s t r e a ma n dt r i b u t a r i e s i n t oa s i m p l i f i e dr i v e rn e t w o r k sc h a r a c t e r i z e db yo n l ym a i n s t r e a ma n dh i g h l yr e d u c e d c l a b s t r a c t 一_ 一 b r a n c hr i v e r r i v e rn e t w o r k sh a v eb e e nc h a n g i n gw i t h at y p i c a ls p a t i a la n d t e m p o r a lf e a t u r e s ： o nt h et i m es c a l e ，t h ev a l u eo fr i v e rn e t w o r k si n d i c a t o r st e n d e dt o r e d u c ey e a rb yy e a r ，s h o w i n gt h a tt h ec h a n g e so fr i v e rm o r p h o l o g ya n ds t r u c t u r e d i d n ，tc o m p l yw i t ht h el a wo fn a t u r e ；o nt h es p a t i a ls c a l e ，f i v e rn e t w o r k sc h a n g e s s h o w e das p a t i a ld i f f e r e n c e ，t h eo r i g i n a lr i v e rn e t w o r k sh a v eb e e nd a m a g e di nh i g h l y u r b a n i z e dr e g i o na n dr a m i a nan e a l yn a t u r a lm o r p h o l o g ya n ds t r u c t u r eo nt h ef r i n g e s o fu r b a n i z a t i o nr e g i o n c i t yc o n s t r u c t i o na c t i v i t i e sw e r et h ed i r e c t i v ec a u s e so f r i v e rr a p i dr e d u c t i o nt e n d e n c y , t h eb u i l d i n go fi n d u s t r i a lz o n e ，r o a da n dm u n i c i p a l w o r k s ，a n dc o n s t r u c t i o no fr e s i d e n t i a ld i s t r i c ta n do t h e rc o n s t r u c t i o na c t i v i t yw e r e t h e m a i nd r i v e r so ff i v e rn e t w o r k sr e d u c t i o n ，a n dr o a db u i l d i n ga n dr e s i d e n t i a ld i s t r i c t e x d a n s i o nm a yb et h ed i r e c tc a u s e so fr i v e rn e t w o r k sr e d u c t i o no nt h ef r i n g e o f u r b a n i z a t i o nr e g i o n ( 2 ) i n t e g r a t e d m e t h o d s i n c l u d i n g c o r r e l a t i o na n a l y s i s ，w a t e rq u a l i t y a s s e s s m e n t ，a n dl a n d s c a p ei n d e xw e r eu s e di nt h i sp a p e r , t oa n a l y s i st h ec h a n g e so f w a t e rq u a l i t ya n df i v e rs y s t e ms t r u c t u r e ，a n df u r t h e rd i s c u s st h ei m p a c tr i v e rn e t w o r k c h a n g e sm a yp r o d u c e o nt h ew a t e rl a n d s c a p e ，t e r r e s t r i a ll a n d s c a p ea n dr e g i o n a l l a n d s c a p eu n d e rr a p i du r b a n i z a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：w a t e rq u a l i t yw a s s i g n i f i c a n t l ya f f e c t e du n d e rt h er a p i dp r o c e s so fu r b a n i z a t i o n , f i v e rw a t e rq u a l i t yi n t h eh i g h e rg r a d ew a sg e n e r a l l yb e t t e rt h a nar i v e ri nl o w e rg r a d e ；w a t e rq u a l i t yi n f r i n g e a r e a so fu r b a n i z a t i o nw a sg e n e r a l l yb e t t e rt h a nt h eu r b a n i z i n gr e g i o n ； t e r r e s t r i a ll a n d s c a p ec h a n g e sc h a r a c t e r i z e db yt h ei n c r e a s eo fi n d u s t r i a ll a n d , r o a d t r a f f i cl a n da n dr e s i d e n t i a ll a n d s c a p e t h ea r e a , n u m b e ra n dh a v er e d u c e d a p p a r e n t l y , a s ar e 吼此d o m i n a n c eo fw a t e rp a t c hi nt h er e g i o nl a n d s c a p ea l s o d e c r e a s e d ，t h ec o n n e c t i v i t yo fr i v e rn e t w o r ka l s og o td i s r u p t e d r i v e rn e t w o r k s c h a n g ei m p a c t e dt h ed i s t r i b u t i o na n dc o m p l e x i t y o fo t h e rl a n d s c a p ep a t t e r n , a n de v e r y p a t c h es h o w e dat e n d e n c yo fe q u a l i z i n ga n dm i x i n g w i t ho t h e rp a t c h e s ( 3 ) b a s e do nt h ei d e n t i f i c a t i o no fk e yi s s u e so nt h ec h a n g e so f f i v e rn e t w o r k s i np u d o n gn e wa r e a , c o n t r o l l i n gi n d i c a t o r s w e r ep u tf o r w o r dt op r o t e c tn v e r n e t w o r k sf r o md i f f e r e n ts p a t i a ls c a l e sa n dt i m es t a g e s ，a n da na t t e m p ts t u d yo nt h e a d a p t i v em a n a g e m e n tc o u n t e r m e a s u r e st ot h er i v e rs y s t e mw a sp r o p o s e di np u d o n g n e wa r e a , t h er e s u l t sc o n c l u d e dt h a t ：d i f f e r e n tc o n t r o l l i n gr e q u r i r e m e n t sf o r i n d i c a t o r s i n c l u d i n gs u r f a c ew a t e rr a t i o ( w p ) ，也ed e n s i t yo fr i v e r s ( r a ) ，d e v e l o p i n g c o e f f i c i e n to fb r a n c hr i v e r s ( r z ) w e r ep r o p o s e di nt h eh i g h l yu r b a n i z e dr e g i o na n d s u b u r b a nr e g i o n t a k i n gt h ed e v e l o p m e n tc h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n tu r b a n i z a t i o n d l a b s t r a c t s t a g e a saf a c t o r f o rc o n s i d e r a t i o n , c o m b i n gc o n t r o l l i n gi n d i c a t o r sw i t ho t h e r e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ns y s t e mp l a n n i n ga n dm a n a g e m e n t ，f r o mt h em a c r o ，m e s o a n dm i c r os c a l er e s p e c t i v e l y , t h ep r o p o s a l st oc o n t r o la n da d j u s tt h ec o n t r o l l i n g i n d i c a t o r sa n dm a n a g e m e n tc o u n t e r m e a s u r e sa tt h er i g h tt i m ew a sb r o u g h tf o r w a r d f i n a l l yi nt h i sp a p e r , a n d a nt r a c k i n ge v a l u a t i o no nt h ef i v e rn e t w o r k sc h a n g e si n h a l f - u r b a n i z e dr e g i o na n df i - i n g e a r e a so fu r b a ni n d i c a t o r sw a sp r o p o s e d i tw a s p r o p o s e dt h a ts o m ec o u n t e r m e s u r e ss h o u l db et a k e nt op r e s e r v ea n dr e s t o r en a t u r a l l a n d s c a p ei ns u r b u r b a nr e g i o nb ye x c h a n g et h ec u l v e r tw i t hb r i d g ea n di m p r o v et h e c o n n e c t i t v i t yo fr i v e rs y s t e ma n df l u i d i t yo fw a t e rb o d y ；a n df o rt h e p r o t e c t i o no fr i v e r s y s t e mi nh i g h l yu r b a n i z e dr e g i o n ，i tw a ss u g g e s t e dt h a tt h eb u i l d i n go fh u m a n c u l t u r a ll a n d s c a p ea n dn a t u r a ll a n d s c a p ef u n c t i o ns h o u l db ee n h a n c e d ，b a s e do n r e g i o n a lc h a r a c t e r i s t i c so fg r e e nc o r r i d o ro fr i p a r i a nz o n e ，e x p e c t i n gt og i v ef u l lp l a y t ot h ee n v i r o n m e n t a la n de c o l o g i c a lf u n c t i o n k e y w o r d s ：r i v e rn e t w o r kc h a n g e ；u r b a n i z a t i o n ；w a t e rs y s t e mp r o t e c t i o n ； c o n t r o l l i n gi n d i c a t o r s ；p u d o n gn e w a r e a e 目录 目录 摘要i 第1 章绪论1 1 1 研究背景与意义：一1 1 1 1 研究背景1 1 1 2 选题意义2 1 2 国内外研究进展。j ：3 1 2 1 水系形态结构特征的研究。3 1 2 2 河网水系变化的响应研究4 1 2 3 景观效应研究5 1 3 我国河网水系变化研究的主要理论和关键问题。7 1 3 1 河网水系演变主要研究方法与理论7 1 3 2 河网水系变化的效应与响应。8 1 3 3 城市区域河网水系保护一8 1 3 4 长江三角洲地区河网水系研究框架与关键问题9 1 4 论文主要工作和技术路线1 3 1 4 1 论文主要工作1 3 1 4 2 论文技术路线1 5 1 4 3 论文目标和拟解决的关键问题1 5 第2 章 数据来源与研究方法1 7 2 1 数据来源1 7 2 1 1 土地利用与河网水系遥感解译数据1 7 2 1 2 水环境质量及景观效应研究相关数据1 7 2 1 3 社会经济及其他资料2 0 2 2 研究方法2 1 2 2 1 河网水系变化研究方法2 1 2 2 2 河网变化的效应与响应研究方法2 2 2 2 3 野外实地调查方法2 5 第3 章研究区域概况及城市化历程回顾2 6 3 1 研究区域概况2 6 3 1 1 研究区域选择2 6 3 1 2 自然地理概况2 6 3 1 3 社会经济概况2 7 3 2 河网水系现状分布特征2 9 3 2 1 - 河网水系的等级差异分布2 9 3 2 2 区域河网的主干河流分布3 0 3 3 城市化进程中的水环境质量演化3 3 目录 3 3 1 水环境质量动态变化3 3 3 - 3 2 水环境质量空间差异分布3 7 3 3 3 城市化水平与水质变化相关性分析4 0 3 4 研究区域发展趋势分析。4 2 3 4 1 土地利用格局发展趋势分析4 2 3 4 2 河网水系变化趋势分析。_ 4 3 3 5 本章小结与讨论4 4 第4 章浦东新区快速城市化进程中河网水系变迁特征4 5 4 1 河网水系的数量变化特征4 5 4 1 1 变化趋势上的一致性：总体呈逐年减少特征4 5 4 1 2 时间上的阶段性：对应于不同城市化发展阶段4 6 4 1 3 河道等级上的区别性：主要表现为中小河道消失4 7 4 1 4 结果与讨论4 8 4 2 河网水系结构的时空变化特征4 9 4 2 1 时间演变特征4 9 4 2 2 空间分异特征5 1 4 2 3 城市化水平不同区域的河网水系变化特征5 3 4 3河网水系变化的驱动因素5 6 4 3 1 河流水域转移矩阵分析。5 6 4 3 2 河网变化和各类型土地利用的相关性分析5 7 4 3 3 河网水系变化与城市化水平关系探讨5 9 4 3 4 驱动因素分析6 1 4 4 郊区河网水系变化特征6 3 4 4 1 河网水系现状分布特征6 3 4 4 2 河网变化结果分析6 4 4 4 3 问题与讨论6 7 4 5 本章小结与讨论6 8 4 5 1 本章小结6 8 4 5 2 讨论。6 9 第5 章城市化与河网水系变化对区域景观的影响7 0 5 1 城市化进程中区域景观变化分析7 0 5 1 1 主干河道陆域景观动态变化7 0 5 1 2 水域景观格局动态变化特征7 2 5 1 3 区域景观格局变化特征7 2 5 2 城市化与河网水系变化的景观效应探讨7 4 5 2 1 陆域景观效应7 4 5 2 2 区域景观格局效应一7 5 5 2 3 调查区域景观对比7 6 5 3 本章小结与讨论：一：。7 8 目录 第6 章河网水系保护及适应性管理对策7 9 6 1 城市化进程中浦东新区河网水系变化问题识别7 9 6 2城市化地区河网水系的适应性管理对策8 0 6 3 河网水系保护与景观建设对策8 2 6 3 1 不同城市化发展阶段的河网保护对策与建议- 8 2 6 3 2 浦东新区河网水系保护及景观建设对策8 5 第7 章研究结论与不足8 8 7 1主要结论8 8 7 2论文不足9 0 附：河网水系变化的案例调查以浦东新区郊区河网水系为例9 2 一调查目的与调查原则9 2 二 调研方法与思路9 2 三 具体调查内容9 3 参考文南定9 6 致谢。1 0 0 目录 表名目录 表1 1 长三角部分区域城市化过程中河网水面率和水系结构变化1 1 表1 2 长江三角洲地区现有的河网管理措施1 3 表2 1 上海市浦东新区土地利用类型分类1 8 表2 - 2 上海市浦东新区景观类型分类1 8 表2 3 浦东新区水质监测断面分布及河流水质超标状况( 2 0 0 7 年) 1 9 表2 -