基于图论法对城市水系连通性表征及优化

doi:10.13249/j.cnki.sgs.2022.11.017

Abstract

Abstract:

Urban expansion has cut off the originally connected rivers and lakes, and repairing the connectivity of the water systems in urban areas is an important part of the construction of sponge cities and water ecological civilization cities. Based on the ‘point-edge’ quantitative relationship in landscape ecology, three water system connectivity evaluation indicators (α), node connection rate (β) and network connectivity (γ) are established, and the ‘node-corridor’ of the water system in Nanchang is drawn. ‘Tao’ has a directed map and uses urban lake water drainage and pollution as the starting point to optimize the connectivity of the urban water system. Studies have shown that: 1) The urban water system of Nanchang has uneven distribution of corridors, and there are fewer corridors connecting the lake node with other water system nodes; 2) The optimized urban water system is compared with the current water system. The degree (α) is increased by 75%, the node connection rate (β) is increased by 14.88%, and the network connection degree (γ) is increased by 14.63%. In the optimization of urban water system connectivity, we should not blindly increase lake corridors by pursuing connectivity too much. We should maintain a balance between connectivity and the number of corridors connected to the lake to prevent water pollutants from silting up in the lake.

Key words: Graph Theory, water system connection, MIKE21, drainage and pollution, Nanchang City

CLC Number:

TV122

Fu Chun, Deng Junpeng, Ouyang Huanrui, Fu Yaozong, Zhang Jing. Layout and Optimization of Urban Water System Connectivity Based on the Graph Theory[J].SCIENTIA GEOGRAPHICA SINICA, 2022, 42(11): 2028-2038.

Figures/Tables 13

Fig. 1

Table 1

Fig. 2

Table 2

Table 3

Table 4

Fig. 3

Fig. 4

Table 5

Table 6

Fig. 5

Table 8

References 24

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水系特征	表征原则	表征形式
水系源于研究区内，汇于研究区内	研究区源头创建一个节点，汇入创建一个节点
水系源于研究区外，汇于研究区内	研究区源头创建一个节点和一条不计数的廊道，汇入创建一个节点
水系源于研究区外，汇于研究区外	研究区源头不创建节点并创建一条不计数的廊道，汇入不创建节点并创建一条不计数的廊道
城市湖泊	创建一个湖节点
廊道方向	与水流方向一致
廊道数字	从上游到下游编制
节点及节点编号	河道的交汇点、分流点创建一个节点，同一位置节点重复创建只记一个节点，编号按照廊道方向从小到大编制

评价项目	评价指标	单位	主城区	昌南城区	昌北城区
注：−为无此项。
基础指标	节点数（N）	个	85	48	40
	廊道数（L）	条	103	63	42
	研究区面积（A）	km²	865.58	538.35	327.23
	河长	m	283.21	188.22	117.35
水系连通	水系环度（α）	−	0.12	0.18	0.04
	节点连接率（β）	−	2.42	2.63	2.10
	网络连接度（γ）	−	0.41	0.46	0.37

研究区域	水系廊道名称	节点数/个	廊道数/条	湖节点名称	连接廊道数/条
注：−为无此项。
昌南城区	赣抚平原干渠	32	31	梅湖	5
	抚河故道	4	3	象湖	4
	莲西河	6	5	贤士湖	1
	抚河	3	2	青山湖	4
	桃花河	2	1	艾溪湖	2
	玉带河	7	6	南塘湖	1
	焦头河	5	4	瑶湖	5
	−	−	−	东南西北湖	0
昌北城区	前湖水	10	12	九龙湖	1
	乌沙河	9	8	前湖	4
	龙谭水	4	3	礼步湖	1
	青岚水	4	3	黄家湖	1
	白水河	4	3	碟子湖	1
	幸福河	3	2	孔目湖	1
	赣江	13	12	白水湖	1
	−	−	−	下庄湖	1

研究区域	湖节点名称	中轴线长/km	平均湖宽/km	长宽比	类别
昌南城区	梅湖	2.50	0.20	12.50	条带形
	象湖	3.50	1.00	3.50	类圆形
	贤士湖	0.20	0.17	1.18	类圆形
	青山湖	3.30	1.10	3.00	类圆形
	艾溪湖	5.10	1.20	4.25	条带形
	南塘湖	3.30	0.47	7.02	条带形
	瑶湖	11.60	1.40	8.29	条带形
	东南西北湖	1.08	0.19	5.68	条带形
昌北城区	九龙湖	2.60	0.47	5.53	条带形
	前湖	2.20	1.00	2.20	类圆形
	礼步湖	1.00	0.20	5.00	条带形
	黄家湖	2.00	0.43	4.65	条带形
	碟子湖	1.36	0.74	1.84	类圆形
	孔目湖	1.80	0.30	6.00	条带形
	白水湖	0.90	0.54	1.67	类圆形
	下庄湖	1.37	0.57	2.40	类圆形

情景方案	布置形式	进出形式	条带形湖节点—南塘湖				类圆形湖节点—下庄湖
情景方案	布置形式	进出形式	进口		出口		进口		出口
注：−为无此项。
方案一	线形	一进一出	1号口，指定流量20 m³/s	−	6号口，指定水位0 m	−	1号口，指定流量10 m³/s	−	3号口，指定水位0 m	−
方案二	三角形	两进一出	1号口，指定流量10 m³/s	2号口，指定流量10 m³/s	6号口，指定水位0 m	−	1号口，指定流量5 m³/s	2号口，指定流量5 m^3/s	3号口，指定水位0 m	−
方案三	倒三角形	一进两出	1号口，指定流量10 m³/s	−	4号口，指定水位0 m	5号口，指定水位0 m	1号口，指定流量5 m³/s	−	3号口，指定水位0 m	4号口，指定水位0 m
方案四	矩形	两进两出	1号口，指定流量10 m³/s	2号口，指定流量10 m³/s	4号口，指定水位0 m	5号口，指定水位0 m	1号口，指定流量5 m³/s	2号口，指定流量5 m³/s	3号口，指定水位0 m	4号口，指定水位0 m
方案五	十字形	两进两出	1号口，指定流量10 m³/s	2号口，指定流量10 m³/s	4号口，指定水位0 m	5号口，指定水位0 m	6号口，指定流量5 m³/s	7号口，指定流量5 m³/s	3号口，指定水位0 m	5号口，指定水位0 m

Layout and Optimization of Urban Water System Connectivity Based on the Graph Theory

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湖节点	观测点位	水位高程/m	流速实测值/（m/s）	流速模拟值/（m/s）	相对误差/%
南塘湖	1号口	18.43	0.14	0.134	4.3
南塘湖	6号口	18.43	0.12	0.124	3.2
下庄湖	1号口	15.83	0.31	0.325	4.6
下庄湖	3号口	15.83	0.28	0.294	4.8

湖泊	项目	A节点（Ⅴ类水质消失步数）	B节点（Ⅳ类水质消失步数）
南塘湖	方案一	131步	193步
	方案二	154步	195步
	方案三	133步	182步
	方案四	134步	179步
	方案五	196步	250步
下庄湖	方案一	244步	449步
	方案二	154步	195步
	方案三	156步	289步
	方案四	128步	171步
	方案五	218步	362步

评价指标指标	单位	主城区		昌南城区		昌北城区
评价指标指标	单位	现状	优化	现状	优化	现状	优化
注：−为无此项。
节点数（N）	个	85	87	48	48	40	42
廊道数（L）	条	103	121	63	65	42	58
水系环度（α）	−	0.12	0.21	0.18	0.20	0.04	0.22
节点连接率（β）	−	2.42	2.78	2.63	2.71	2.10	2.76
网络连接度（γ）	−	0.41	0.47	0.46	0.47	0.37	0.48

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