《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Evolution of river connectivity in urban areas under the influence of sluices and dams: A case study of Beijing
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本研究针对全球公开数据集对中小型闸坝覆盖不足、难以评估其对河流连通性累积影响的问题，以北京为典型区域，构建高分辨率闸坝与河流数据库，结合破碎度（DOF）与调节度（DOR）指标，系统解析1950–2020年城市河流连通性演化规律，发现短距离城市河流对闸坝建设更敏感、17.59%河段连通性严重受损，为精细化水网修复提供数据支撑与方法依据。
在全球城市化加速的背景下，河流作为城市的“蓝色动脉”，不仅承担着供水、灌溉与防洪功能，更是维系水生生物栖息地与物质能量交换的核心廊道。然而，随着水资源需求激增，人类沿河密集修建水库、水闸与橡胶坝等拦河工程，导致天然自由流动的河流日益稀少——全球长度超1000 km的自由流淌河流仅存于北极与亚马逊等偏远区域。对于北京这样的特大型缺水城市，大量水利工程的兴建虽保障了生产生活用水，却也切断了水流连续性、改变了自然水文节律，引发河流生境破碎化与生态系统退化。长期以来，现有全球闸坝数据库（如GRanD、GOODD）多聚焦大型工程，对数量庞大的中小型闸坝、橡胶坝覆盖不足，加之缺乏精细化的河道层级数据，难以准确评估闸坝对城市河流连通性的累积影响，更无法揭示短距离城市河流的特殊响应规律。
为此，华北电力大学水利与水电工程学院Guojiao Li、Baohui Men、Nan Liu、Xiaolu Xu团队在《Journal of Hydrology: Regional Studies》发表研究，以北京为典型案例区，通过构建包含五大水系416条河流的高分辨率数据集，结合破碎度（Degree of Fragmentation, DOF）与调节度（Degree of Regulation, DOR）指标，系统解析1950–2020年闸坝建设驱动下城市河流连通性的时空演化特征，填补了中小尺度城市河流连通性精细化评估的空白。
为开展研究，作者首先基于北京市第一次水利普查报告系列、北京水利统计年鉴等资料，数字化了1950–2020年间水库、水闸与橡胶坝的空间分布与属性（名称、建设年份、库容/过流能力、所属河流），并配套30 m分辨率DEM提取流域边界，校准后形成416条河流的拓扑一致网络。研究方法层面，采用改进的障碍系数法计算DOF（量化闸坝类型与空间位置对纵向连通性的阻断程度），引用国际通用的DOR（水库总库容占河流多年平均径流比例，表征流量调节强度），并以各0.5权重整合DOF与DOR得到综合连通性指数（CSI），最终识别不同河段的优势压力因子。
3.1. 70-year rapid increase in the number of sluice dams in Beijing
研究发现，北京闸坝数量从1950年的零基础增至2020年的318座，呈现“先快后缓、类型更替”的特征：1970–1980年为水库建设高峰（增长率94.74%），2000–2010年橡胶坝爆发式增长（增长率158%）。空间上，大型水库集中分布于山区（占总库容92.55%），而水闸与橡胶坝则密集布局于平原河段；中小型闸坝数量占比高达94.34%，虽单体影响有限，但累积效应显著。
3.2. River fragmentation degree is intensified
纵向连通性退化明显：2020年平均自由流动河长降至19.72 km，较1950年全河段自由流动状态大幅缩短。细粒度分析显示，22.6%的河流最大连续片段占比低于0.9，其中8.4%的河流占比小于0.5（连通性严重破坏）。值得注意的是，破碎度峰值（DOF=56.31）出现在短距离河流（如张作河），因其总长短，单座闸坝即可导致极高破碎度——这与传统认知中“河长越短连通性越好”的规律相悖，揭示短距离城市河流对闸坝干扰的敏感性远高于预期。
3.3. Degree of regulation is progressively enhanced
流量调节强度持续增强：至2020年，9.40%的河流DOR超过5%（显著调节），部分河流（如永定河、潮白河骨干段）因大型水库与外调水叠加，DOR甚至超过100%（库容大于本地年均径流），反映城市河流已从自然径流驱动转向人工调配主导。平原人口稠密区的调节强度显著高于山区，凸显人类用水需求对水文节律的重塑作用。
3.4. The integrated impacts of DOF and DOR
综合连通性评估显示，2020年北京74.04%的河流保持未受影响状态（CSI=100%），但16.59%的河流连通性严重受损（CSI<95%）。其中，60.27%的受损河段主导压力来自DOF（物理阻断），39.73%来自DOR（水文调节）。空间差异显著：北运河流域仅60.78%的河流未受影响，明显低于其他流域（均超75%）；短河流与骨干长河同为连通性退化“重灾区”——前者因单坝放大效应，后者因闸坝高密度布局。
研究的讨论部分进一步深化了机制阐释：时间上，北京闸坝建设与城市发展阶段高度耦合，从早期的农业灌溉/防洪导向转向现代的资源调配与景观需求；空间上，闸坝向源头与支流扩张的趋势加剧了头源-下游连通性丧失的风险，而全球研究中常被忽视的中小型闸坝，实则是城市河流破碎化的“隐形推手”。相比全球平均48.2%的河流连通性受损比例，北京的24.3%较低，源于精细尺度下纳入大量未受干扰的小微河流，但也反衬出骨干河流与短河流的双重脆弱性。此外，“库容超径流”现象折射出特大城市应对缺水时的外调水依赖与多年调节策略，提示未来需关注人工水文干预的长期生态代价。
结论指出，北京已形成以中小型闸坝为主的人工调控水网，17.59%的河段连通性严重受损，短距离城市河流的破碎风险被低估。研究成果不仅为理解闸坝累积生态效应提供了高分辨率数据支撑，更明确了城市水网修复应“从干流转向支流、从大型转向中小型闸坝管理”的新方向，对推动国家水网建设与生态协同发展具有重要实践价值。
