土地利用格局对洪涝灾害风险影响的模拟研究-以深圳市龙华河流域为例

The impact of land use change on hydrological process and flood risk has been extensively studied. Land use change, especially the rapid urbanization, has been argued as an important factor for the rising flood risk in urban areas. On the anther hand, sustainable land use has been even viewed as a vital infrastructure for mitigating flood risk, especially in developed countries. However, limited attention has been given to the role played by the pattern of land use in influencing floods, although it is vital to understand the flood process thoroughly and to manage the rising flood risk efficiently..This project aims to simulate the impact of land use’s pattern on flood peak discharge and inundation, as well as the effectiveness of sustainable land use in mitigating flood risk. First, we will select the Longhua River Basin as the study area, for which we already have considerable data that flood simulation requires. Second, based on the well-constructed database, we will create multiple land use scenarios via Cellular Automatic model. Third, the land use scenarios will feed the HEC-HMS and HEC-RAS model to simulate the peak discharge and inundation under different rainfall scenarios. Fourth, a flood risk assessment model will combine the land use scenarios and inundation results to analyze the flood risk. Finally, we will compare the low and high impact patterns of land use in terms of flood risk and analyze the implication for flood risk mitigation and climate change adaptation. In addition, we will simulate the effect on flood risk of low impact methods, like pervious surface and bio-retention, etc. The above study will enrich the understanding of flood risk and sustainable land use. The results can be employed in flood risk management and urban planning.

土地利用变化对洪涝灾害风险的影响一直是地表过程和灾害学研究的热点问题，但已有研究尚不清楚土地利用格局对洪涝灾害风险的影响程度，以致难以有效指导洪涝灾害风险的综合防范和土地利用的合理规划。本课题拟通过洪水过程数值模拟探索土地利用格局对洪涝灾害风险的影响，并分析降低城市洪涝灾害风险的土地利用方式。为此，选择经历快速城市化的深圳市龙华河流域为研究区，借助元胞自动机模型分析其土地利用情景，并在不同年遇水平降雨情景下以HEC模型模拟不同土地利用格局下的暴雨径流和淹没范围。进一步构建洪涝灾害风险评价模型，评价土地利用格局对洪涝灾害风险的影响，并分析得出具有较低洪涝灾害风险的土地利用格局。另在以上模型中引入透水铺装和下凹绿地等方法，分析其在降低城市洪涝灾害风险中的作用。通过此项研究，期待深化对土地利用格局影响城市洪涝灾害风险的理解，并为形成城市洪涝灾害风险管理的土地利用途径提供参考和借鉴。

土地利用变化对洪涝灾害风险的影响一直是地表过程和灾害学研究的热点问题，但已有研究尚不清楚土地利用格局对洪涝灾害风险的影响程度。本课题通过一个综合的研究框架，在不同空间尺度上探索土地利用格局对洪涝灾害风险的影响，并分析了城市绿地对减缓城市洪涝灾害的作用和意义，主要有以下5点发现。1）城市化对洪涝灾害具有多重影响。土地利用情景模型和水文模型综合模拟结果显示，直接径流增加不仅与建设用地和农地的增加幅度相关，还受林地减少幅度的影响，这也得到历史洪涝灾害频次与土地利用变化之间相关分析的证实。2）不透水面空间位置对洪峰流量具有显著影响。课题组提出不透水面影响指数，并用其分析了子流域单位面积不透面增加对洪峰流量的影响。结果显示，该值可以由下游子流域的0.43%增加至上游子流域的5.91%。这表明，建设用地增加的空间分布对洪峰流量具有显著影响。3）从产汇流机制的角度，子流域不透水面对流域洪峰流量的影响大小主要取决于子流域洪峰到达流域出水口的时间和整个流域洪峰出现时间的重叠程度。因此，在建设用地的布局中应该考虑所在子流域建设用地增长对全流域洪水风险的可能影响。4）城市绿地并不能确保对洪涝灾害的减缓。基于GWR模型的分析结果表明，积水频次与校正高程、管线密度和河流密度呈负相关关系，与道路广场比率和棚户区比率呈正相关关系，而绿化率是对积水频次的解释系数分布在-1.11至0.81之间，说明绿化率可以加剧或降低积水频次，并不能确保对城市内涝的减缓效果。5）下凹绿地可以显著减缓城市暴雨内涝。下凹绿地在不同重现期下对城市积水总量的减缓能力介于52.08%至96.44%之间，对积水面积的减缓能力介于26.09%至82.41%之间。不同重现期下，得益于下凹绿地的总人口介于40.07–103.70万，分别占原始情景受影响人口的12.47%和50.66%；受益老龄人口介于3.71–12.19万，分别占原始情景受影响老龄人口的8.88%和45.05%。上述研究发现对于理解城市化过程中洪涝灾害的加剧机理，并探索有效治理措施具有重要意义。