海口市水系演变特征及其对区域环境的影响

蒋任飞，孔　兰，王贤平，杨　磊

(1.中水珠江规划勘测设计有限公司，广州 510610；2.水利部珠江水利委员会水生态工程中心，广州 510610；3.河海大学水文水资源学院，南京 210098)

城市水系是一个城市生态和文化的灵魂，在我国大力推进生态文明建设、全面推行河长制等新形势下，河湖水系连通已经受到高度重视[1，2]，同时，有关水系连通方面的研究也越来越成为国内外学者关注的热点问题[3-6]。本文通过深入分析海口市不同年代的地形图，通过AutoCAD软件等计算分析了快速城市化背景下海口市城区不同时期的河网密度、水面率、支流发育系数等指标，研究了水系演变特征及其对区域环境的影响，为水系连通研究提供一种新的技术方法，并对开展新形势下类似城市水系规划及防洪排涝等提供参考。

1　水系演变特征研究方法

采用统一的水系参数结构体系，来分析水系演变特征。研究选取的水系参数主要包括河网密度Dd、水面率WSR、支流发育系数K3个指标。借助CAD等软件，通过分析计算历年的水系参数等，能量化分析水系演变。

河网密度Dd、水面率WSR是水系结构参数中最常见的参数，反应河道的数量特征，计算公式为公式(1)、(2)：

Dd=L/A

(1)

WSR=(Aw/A)×100%

(2)

式中：L为区域内河道总长度；A为区域面积；Aw为流域内河流和湖泊的总面积。

支流发育系数K代表支流、干流的发育程度，反映河流水系的结构特征，计算公式为公式(3)：

K=Lb/Lm

(3)

式中：Lb为支流的河流长度；Lm为主干河流长度。

2　海口市水系演变及原因分析

作者收集了国家测绘局印发的海口市1960年1∶25 000地形图、1965年1∶10 000海口主城区部分地形图、1978年1∶50 000地形图，1986年1∶10 000主城区南渡江附近地形图及2013年1∶10 000地形图等资料。由于城市建设是水系变迁的主要原因，再加上间隔时间较长和历史资料的缺失等因素的限制，本次研究的主要研究范围为海口市主城区。

利用AutoCAD软件，分别对1960、1965、1978、1986年的纸质地图与2013年地形图进行配准，对研究区主要水系(不含虾塘、鱼塘等)进行数字化。通过比对不同年份之间数字化结果，剖析水系演变特征。在比对海口地形图的同时，还参考和分析了海口市地方志、普查资料、历史资料等。海口市代表年份城区水系见图1。

图1　海口市代表年份城区水系图Fig.1 Representative city water system map of Haikou City

考虑代表年共有的地形图范围，并以2013年的面积作为基准面积，计算该区域的面积以及各地形图水系结构参数。该范围东起南渡江左岸，西到秀英沟，北到琼州海峡，南到白水塘，面积246.8 km2左右。计算结果见表1、图2。

2.1　河网密度演变分析

2.1.1河网密度演变特征

从上述表格中可以看出，海口市在河网密度上小于其他地区，与深圳地区接近。海口属于北部滨海平原区，由于汇流区较小，加之历史上人为开凿的因素，河流发育程度相比于长三角地区，珠三角要低。20世纪80年代之前，已存在河道填埋的现象，如朝船沟等，但同时有部分地区进行河道的整治，形成了固定的河道边界，海口市河网密度基本保持不变。到2010年代，自然河流受到人类活动的干扰逐渐加强，水系结构发生变化。总体而言，城市化导致了不透水面积的增加，显著影响了水系的数量，河网密度下降趋势明显。

2.1.2河网密度演变原因

(1)河道填埋、汇水范围减少等因素导致河道消失。例如鸭尾溪河道被填埋、白水塘水面减少、板桥溪被填埋成为暗涵、海甸溪入海口被填埋等，河道长度和数量减少。

(2)围海造田增加了新生河道。例如龙昆沟1965年以前未形成固定的河道形态，河道断面不规整，河道没有入海；1978年龙昆沟入海口是灶村养殖场，随着海口城市范围不断扩大，逐渐转变为城市建设用地，龙昆沟随之从自然河道形态转变为直立挡墙形式；1986年龙昆沟基本上形成了现状的形态。电力沟1986年前该区域属于琼州海峡范围，经过不断的填海之后形成了陆地，后期电力沟作为排海通道才逐渐形成。

(3)河道水库新建等。根据水库普查资料分析得出，1965年之前建成水库有57座，包含羊山水库、岭北水库、永庄水库、沙坡水库等，主要的城乡生活、工矿企业供水水库都已建成；1965-1978年建成水库54座，包含凤潭水库、周仁水库等。1978年-1986年建成水库8座，1978-2011年建成水库为10座。水库的修建伴随着部分河道的形成。

表1　海口市主城区与参考区域近50年水系变化表Tab.1 The water system changes of the main districts of Haikou City and the reference area nearly 50 years

图2　海口市主城区水系结构参数变化图Fig.2 The water system structural parameters changes in the main districts of Haikou City

(4)河道规整，塑造河道。例如鸭尾溪多以自然河道形态为主，断面宽度不固定；1960-1978年河道形态形成，河道水系发达，河道沿程断面不规则，水面宽度较宽，入海通道分为两支，一支经过白沙门上、下村流入白沙门港，另一支在当时的大英三、四队处汇入海甸溪，最终入海；1986年鸭尾溪分为两支，一支称为白沙河，在白沙门上村河道截断，穿过公路涵管流入养殖的鱼、虾塘，白沙门下村与白沙门上村之间河道消失，另一支鸭尾溪(1978年)从人民桥截断，入海口至人民桥的河道已经消失；2013年维持1978年河道的走向及形态，建成通海的五四路明渠，作为海甸岛排水的通道，但河道断面趋于直立护岸形态。

2.2　水面率演变分析

2.2.1水面率演变特征

由于海口水系不如珠三角、长三角水系发达，水面率相对而言较低，水面率随着城市发展在逐渐减少。1980年之前河网密度基本不变，水面率减少主要体现在人为的侵占河道空间，导致河道宽度减少。2010年代，水面率降低主要体现在河道长度和河道宽度两个维度，一方面河道长度在减少，一方面河道宽度在萎缩。

2.2.2水面率演变的原因

(1)河道裁弯取直，主要表现为自然形态的河道认为改造成人工河道。如美舍河，美舍河在瓦灶村附近的支流逐渐消失，河道萎缩，被建设用地侵占，河岸由不规整经过整治变为规整，局部河道存在裁弯取直的现象；现状情况下，河道进一步顺直，河道断面趋于规则，上游地区河道断面退化严重，从1986年的160 m到现状的70 m。

(2)河道填埋、淤堵形成断头河，表现为河道长度变短，河道断面缩小，支流大量减少，甚至完全消失；河道破碎分割，截断为若干部分，形成断头浜、独立的水塘等。如板桥溪、龙昆沟等。

(3)河道综合服务价值提升。随着城市建设的需要，河道兼顾了排水、供水及景观等众多功能，局部河道断面和长度经过规划设计之后，有一定的拓宽和增加。部分河道由排洪功能变成排涝、排水功能；部分河道由生活供水、生产供水功能变成排水功能；部分河道新增加景观和航运功能；部分水库由农业生产供水变成房地产开发或景观旅游水库。例如鸭尾溪、美崖水库等。

(4)河道湖泊汇流面积减少，水域面积萎缩。由于城市化进程的加快，土地平整、用地分割、河道填埋、管网泵站建设等因素改变了自然的汇水格局，导致部分河道湖泊的汇水范围有所减少，水面面积萎缩。例如白水塘等。

2.3　支流发育系数演变分析

海口市支流发育系数由20世纪60年代的2.76下降到2010年代的1.13，下降趋势明显。支流大量消失，流域调蓄能力下降，带来一系列洪涝问题等。如随着城市发展，西侧白水塘逐渐消失，东侧白水塘(现在的白水塘)水面面积大幅萎缩，周边龙桥公社、玉符大队农场，昌荣村附近水面消失；板桥溪1965年河道形态呈“L”型，1978年板桥溪岭下村段附近河道被填埋，河道形态呈“L”型；五源河1965年之前有一座沙漠水库，1978年之后该水库消失。

海口城市水系目前多以主干流为主。海口水系的支流发育较差，与珠三角、长三角差距较大，一方面由于海口平原地区面积较小，河道规模与珠三角、长三角有差距；另一方面由于支流水系在发展中河道逐渐消失，导致支流发育系数较低。河流水系在不受人类活动干扰下会自然地发育、演变，而城市建设侵占河道，末端河道遭到大量填埋，从而破坏原有的河流系统。

3　海口市水系演变对区域环境的影响

城市化建设等会造成水系面积与河道数量减少，一旦水系结构的衰减超过一定阈值，城市河流生态系统的自我调节能力遭到破坏，将带来灾难性后果。海口市水系演变对区域环境的影响主要包括：

(1)降低城市河网调蓄能力。水面积为河道常水位或者多年平均水位控制条件所计算的水体面积，水面积的多少一定程度上反映城市生态环境的优劣，同时也体现城市防洪、排涝的综合能力。海口市中心城区非主干中小河道显著减少，河网水系结构日趋简单。自然条件下形成的河道体系其自身调蓄功能良好，这种功能是与地质地貌等性质相适应的。人类活动将河道填埋或加以改道，必然会对天然的排水效果产生影响。水面率降低、河道间沟通减弱，会严重降低海口市主城区的调蓄能力，使海口市防洪排涝存在着巨大的隐患。

(2)减弱城市热岛效应的能力差。河流水体具有高热容性、流动性以及河道风的流畅性，对海口市热岛效应减弱具有显著作用。作为海南省省会城市的海口市，城市热岛效比较严重。快速城市化导致海口市水系的萎缩减少，从而使海口市主城区的城市热岛效应难以通过水系得到缓解。收集了海口市温度资料，发现1971-2000年7、8月份平均最高气温分别为33.1、32.3 ℃，2011年7、8月份分别为36、35 ℃，2012年分别为35、33 ℃，2013年分别为34、34 ℃，2013年分别为34、36 ℃，2014年分别为35、36 ℃。从大趋势看，海口市城市气温有增高趋势。虽然城市温度的提升虽然作用因素众多，但与城市水面率的减少也是密切相关的。

(3)城市水环境恶化。随着经济社会的快速发展，生活污水、工业污水和养殖废水的不达标排放造成水体污染严重，海口市大部分河流发黑发臭。近年来，海口市河道普遍硬质化和规整化，河道控制宽度减小，河道本身减少了以往赖以行洪和维持生态流量的滩涂和湿地，河道纳污容量降低，水环境问题进一步加剧[7]。

(4)滨水公共开敞空间萎缩。城市河道的消失伴随着滨水空间的消失，城市居民数量正在逐渐扩张的趋势下，可以用来娱乐和休憩的滨水公共开敞空间和斑块日趋萎缩。同时随着城市的发展，河道多为硬质护岸和直立挡墙，可被利用建设亲水空间的区域越来越少，导致河道的亲水性正在逐渐的退化。

4　结论与建议

由于城市化等因素的影响，20世纪60年代以来，河网密度、水面率、支流发育系数3个指标都有明显的下降趋势。影响河网密度演变的因素主要包括：①河道填埋、汇水范围减少等因素导致河道消失；②围海造田增加了新生河道；③河道水库新建等；④河道规整，塑造河道。影响水面率演变的因素主要包括：①河道裁弯取直；②河道填埋、淤堵；③河道综合服务价值提升；④河道湖泊汇流面积减少，水面面积萎缩。影响支流发育系数演变的因素主要是由于城市建设等人类活动侵占河道，末端河道遭到大量填埋，从而破坏原有的河流水系，支流水系在发展中逐渐消失导致支流发育系数降低。海口市水系演变对区域环境的影响主要包括：①降低城市河网调蓄能力；②减弱城市热岛效应的能力差；③城市水环境恶化；④滨水公共开敞空间急剧萎缩。该地区河流水系与人类活动的关系未达到“人水和谐”，且随着城市化推进，急需及时拯救和保护河道，避免河流系统更加简化，建议加强海口市水系规划研究，建立合理的水系布局，增加水面率，加强水系的修复与保护，改善水环境等。

□

致谢：感谢《海口市水系规划》项目组所有成员、感谢本文所参考资料的所有作者等给本研究的大力支持和帮助。

参考文献：

[1]冼卓雁.海口市河湖水系连通及水资源配置研究[D].广州：华南理工大学,广州,2016.

[2]夏军,高扬,左其亭,等.河湖水系连通特征及其利弊[J].地理科学进展,2012,(1):26-31.

[3]严春军,杨大庆.上海市河网水系演变特征及对城市化过程的响应[J].人民长江,2014,45(11):40-43．

[4]窦明,靳梦,牛晓太,等.基于遥感数据的城市水系形态演变特征分析[J].武汉大学学报,2016,49(1):16-21．

[5]刘志龙,杨星.深圳城市水系建设探讨[J].中国农村水利水电,2013,(8):81-83.

[6]郭亚萍,李丹,曹滨,等.水量优化调度对水系连通性的影响分析[J].中国农村水利水电,2016,(12):109-114.

[7]海口市环境保护局.2014年海口市环境状况公报[R].海口市:海口市环境保护局,2015.