基于连通性指数(IC)的近30年鄱阳湖流域水系结构与水文连通演变评估

摘要

由于气候变化和人类活动等多重影响,流域河湖水系格局与连通程度发生了显著变化,进而引发洪涝灾害等一系列水资源问题。本文以鄱阳湖流域为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)提取1989—2020年5期水系数据,采用图论方法构建水系评价体系,定量分析该地区近30年来水系格局和结构连通性的时空演变特征,并结合该时期地形、土地利用和归一化植被指数(NDVI)等数据,利用连通性指数(index of connectivity,IC)评估功能连通性的动态变化,进而探讨水文连通与径流量和输沙量的联系。结果表明,近30年来鄱阳湖流域水系结构趋于复杂化,主要体现在流域北部。除干流外,其他等级河流的数量和长度均有所增加,其中Ⅲ级河流最为明显。河网密度、水面率、河网复杂度和发育系数均呈增加趋势,2000年后的变化率约为2000年前的两倍。水系连通环度、节点连接率和水系连通度总体增加,结构连通性呈好转趋势且变化幅度较小。功能连通分析表明,近30年来大部分流域IC减少,流域下游靠近主河道的平坦地区IC较高,上游远离河道的植被密集区域IC较低。此外,IC与年径流量和输沙量表现为显著的正相关性(相关系数分别为0.6和0.7)。总体而言,随着鄱阳湖流域水利工程建设的增加以及土地利用的变化,水系结构变化显著,结构连通性呈增长趋势,而表示径流泥沙的功能连通性在2000年后逐渐减小。本文基于流域结构和功能连通的视角,开展连通性评价指标的时空变化研究,可显著提升对新时期鄱阳湖流域水系连通演变及水土资源保护的理解与认识。