流域城市土地利用變化對洪水風險的影響研究.pdf

1、洪水災害是全球影響范圍最廣、對人類的生存與發(fā)展危害最為顯著的自然災害之一，尤其近年來伴隨氣候變化和社會經濟的發(fā)展，其出現(xiàn)頻率及洪災損失均呈現(xiàn)不斷增加的趨勢。日益增長的洪水風險逐漸引起了各國政府部門的關注。英國環(huán)境署于2002年采用國家尺度洪水風險量化分析方法(NQFRAM)開發(fā)了“策略計劃風險評估系統(tǒng)”，該系統(tǒng)可進行全國范圍的現(xiàn)狀及未來洪水風險評估，利用預估的未來洪水風險結果，可為決策部門提供可有效降低未來洪水風險的科學、合理的措施。本

2、文借鑒英國的NQFRAM方法，并考慮到國情差異、流域降雨特征、防洪設施特點等，對英國的NQFRAM方法進行了改進研究，建立了基于ArcGIS的流域尺度洪水風險量化分析系統(tǒng)。同時，考慮到城市化發(fā)展進程中社會經濟增長、土地利用變化對洪水災害發(fā)生、洪災損失的影響，分別定性、定量分析了城市化發(fā)展對洪水風險的影響。主要研究內容與成果如下：
　　 (1)以為面臨洪水災害威脅城市的洪水風險評價提供度量指標為研究的出發(fā)點，在綜合分析影響洪水風險

3、的城市特征，考慮指標的可量化性及農村和城市地區(qū)的可區(qū)分性的基礎上，選取人口城市化率、建成區(qū)面積率、人均年牧人可支配率三項指標，同時利用二元比較互補性決策思維理論確定各指標的權重，提出了基于洪水風險城市化水平綜合測度方法。利用該方法對太湖流域八個大中城市現(xiàn)狀年及未來三個代表年的城市化水平進行了綜合測度，結果表明：上海、無錫、蘇州的綜合城市化水平位居前三位，由于同等洪水強度下，洪水風險大小取決于城市化水平，這說明在同等洪水淹沒深度條件下，該

4、三城市面臨的洪水風險最高；八個城市現(xiàn)狀年及未來三個代表年的綜合城市化水平排序人口城市化率的排序是一致的，這說明各城市人口城市化與城市空間規(guī)模、經濟發(fā)展水平是相互協(xié)調的。
　　 (2)從變化幅度、變化速度及變化的區(qū)域差異性等方面分析了研究時段內研究區(qū)太湖流域各城市主要土地利用類型的變化；采用降尺度方法預測了流域內各縣級行政單位在未來三個代表年主要土地利用類型的數(shù)量，并利用ArcToolbox工具箱進行了空間展布。分析及預測結果表明

5、：上海市建成區(qū)用地、耕地總變化幅度、年變化幅度最大；蘇州、湖州兩地建成區(qū)用地相對變化率、建成區(qū)用地單一土地利用動態(tài)度最大；上海、常州兩市耕地相對變化率、耕地單一土地利用動態(tài)度最大；流域內各市建成區(qū)用地面積增加，耕地面積減少，建成區(qū)用地的總變化幅度最大，轉化為建成區(qū)用地的土地利用類型除包括耕地外，還有一部分林地、草地、水域、未利用土地；各市三個代表年建成區(qū)面積的空間分布圖亦表明流域內各市未來建成區(qū)面積排序與2008年相同，說明太湖流域各城

6、市城市空間規(guī)模的大小排序將與現(xiàn)狀年保持基本一致。
　　 (3)考慮到我國水系復雜、流域間降雨條件、社會經濟發(fā)展水平的明顯差異性，在借鑒國家尺度洪水風險量化分析方法NQFRAM的基礎上，進行了流域尺度的洪水風險量化分析方法研究。結合研究區(qū)太湖流域自然地理條件、降雨特征、防洪設施特點等將NQFRAM方法應用在太湖流域：一是不采用NQFRAM方法中根據(jù)降雨的概率密度分布函數(shù)隨機選取降雨事件進而計算全國或地區(qū)范圍綜合洪水風險的方法，而是

7、針對太湖流域降雨空間分布差異較大、降雨隨機性強、難以確定具體服從何種概率密度分布函數(shù)的特征，根據(jù)典型洪水事件的降雨及人流信息，選取相應的水力學模型及洪災損失評估模型計算各典型洪水事件的洪災損失，然后通過計算有限的典型的場次洪水的風險來度量流域綜合洪水風險；二是針對研究流域內各地筑有大量圩區(qū)的現(xiàn)象，研究了圩區(qū)建設對洪水淹沒方式、洪水淹沒深度的影響，并以1999年特大洪水為例對考慮圩區(qū)影響的洪水淹沒深度進行了模擬計算。
　　 (4)

8、利用ArcGIS Desktop桌面應用環(huán)境及以ArcMap為載體的VBA二次開發(fā)環(huán)境，建立了基于ArcGIS的流域洪水風險量化分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)以典型洪水事件的風險量化為研究的出發(fā)點，通過對流域內各縣級行政單位社會經濟值的空間展布、主要土地利用類型平均損失率的計算，及第四章求得的考慮圩區(qū)影響的洪水淹沒深度計算結果，以柵格為基本計算單位得出了1999年特大洪水流域內各柵格、各縣的洪水災害損失分布圖。通過有、無圩區(qū)工程時同一典型洪水事件流域

9、洪災損失的對比，得出在遭遇200年一遇洪水時圩區(qū)建設可給研究區(qū)太湖流域減少46.8636億元的洪災損失的結論；但是從洪災損失空間分布可發(fā)現(xiàn)：各地區(qū)在本區(qū)域內建設圩區(qū)工程、以期減少洪災損失的同時，也將洪水風險轉移給了鄰近區(qū)域防洪標準相對較低的地區(qū)。
　　 (5)首先從定性角度分析了城市化發(fā)展對洪水災害發(fā)生、洪水災害損失大小的影響及城市圩區(qū)建設與洪水風險的關系，然后利用已建立的洪水風險量化分析系統(tǒng)及未來代表年研究流域內各城市社會經濟

10、發(fā)展、土地利用類型變化的預測值，研究了同等洪水淹沒深度條件下城市化發(fā)展帶來的各縣級、地級行政單位及全流域洪水災害損失的變化。太湖流域的研究實例表明：若現(xiàn)有防洪保護設施不變(即同等洪水淹沒深度條件)，城市土地利用類型以現(xiàn)在的城市化發(fā)展速度變化，并且各縣級行政單位、地級行政單位的洪災損失均呈增大的趨勢。對此，提出了減少隨著城市化及社會經濟的發(fā)展而不斷增加的洪災損失的若干建議。
　　 最后對全文做出總結，并對有待于進一步研究的問題進行