城镇化下平原水系变化及河网连通性影响研究

针对平原区城镇化背景下水系减少及连通受阻等下垫面变化引起的洪涝加剧问题,综合考虑水系结构和水力特性等因素,建立满足行洪排涝需求的平原水系连通度量方法,并以浙东沿海平原河网区为例,分析了城镇化下平原水系特征变化及其对河网连通度的影响。结果表明:1近20a来研究区水系数量和结构复杂性均存在不同程度的衰减,河网密度和水面率分别减少20%和30%左右,水系尤其是低等级河道的减少导致河网结构趋于骨干化;2河网连通度受水面率等数量特征和水系空间连接结构的共同影响,在水系数量持续减少情况下,整个河网连通度呈现先减少后增加的趋势,说明了骨干河道工程对水系空间结构特征的优化,可缓解水系减弱对河网连通的负面效应;3建立的河网连通度方法合理反映了水系数量和结构变化下的河网连通度演变规律,以及水系变化下区域排涝能力的空间差异特征,具有操作性强特点。     

太湖平原武澄锡虞区水系结构及水文连通性变化分析

河网水系在太湖平原地区水源供给、洪涝排泄、水质净化过程中发挥着重要作用,但近几十年来该地区城镇化迅速,土地利用改变、水资源过度开发等人类活动导致河网水系衰减,水文连通受阻,并引发一系列洪涝与水环境问题.为此,以太湖平原武澄锡虞区为例,构建水系结构与连通性评价指标,分析该地区1960s～2010s水系结构和水文连通性变化特征.研究表明该地区:(1)1960s～2010s水系不断衰减,武澄锡虞区河网密度、水面率、河网发育系数分别降低了22.94％、25.09％和22.35％,河网复杂度急剧下降,其中武澄锡区河网衰减程度大于澄锡虞区.(2)水文连通性存在先下降后上升发展趋势,1960～1980年,该地区的平均水文连通性为0.89,1980～2000年平均水文连通性降至0.82,2000～2016年平均水文连通性恢复到0.91.(3)城镇化发展导致水系结构大幅度衰减,水系结构主干化以及水利工程建设使得水文连通性下降,而疏浚、拓宽河道在一定程度上可提高区域水文连通性.本研究将为平原区水系利用与保护提供一定的支持与参考.     

苏北里下河典型区河网水系演变特征研究

在自然地理气候变化和人类活动胁迫的双重作用下，平原河网地区水系格局发生了很大的变化。以江淮下游里下河典型区--盐都区为例，基于1970s、1980s和2010s年的3期水系数据，利用GIS和遥感解译等技术，选取河网水系数量、结构和连通指标，对河网水系时空演变特征及其影响因素进行分析研究。结果表明：（1）研究区河网密度和河网水面率均呈不断减少趋势，两者分别下降21.3%和10.2%。研究区河流曲度较小，河网连通性较好，河网曲度和连通度总体上变化较弱。（2）研究区河网水系变化存在时空差异性。河网水系在缓慢城市化时期（1970s～1980s）的衰减率高于快速城市化时期（1980s～2010s），特别在城镇化发展缓慢区域表现显著。城镇化发展快速区域，其河网水系持续减少且变化剧烈。（3）研究区河道变化存在着等级差异性。城镇化等人类活动对河网水系的影响，呈现出先低等级（Ⅳ级）河道、后高等级（Ⅰ~Ⅲ级）河道的特征规律。其中，低等级河道数量持续减少且变化强度剧烈，高等级河道数量变化不大且其面积和长度均有所增加。 关键词： 平原河网；水系变化；演变特征；里下河地区     

城镇化对太湖平原河网的影响——以太湖流域武澄锡虞区为例

为探讨近年来城镇化快速发展等对太湖流域腹部地区平原河网水系的影响，选取城镇化快速发展且城镇化程度很高的武澄锡虞区为例开展了研究。以1960年代、1980年代和2003年水系为基础，依据河道宽度对水系分级，并从河流地貌学角度定量分析了河网密度、水面率、河网复杂度、河网结构稳定度、分维数等结构特征及长时间序列的水位变化。结果表明：研究区水系要素基本上都在减小；不同等级的河流长度和河湖面积除一级河流面积增加外，均呈减少趋势。河网密度、水面率、分维数均变小，河网复杂度、河网结构稳定度下降，河网演化趋于主干化、单一化，河湖连通性下降。城镇化前后变化显著，且1980年代以来变化加快。同时城镇化背景下的水系衰减对河网蓄泄功能也产生了较大影响，使得年平均水位和汛期水位呈现上升趋势，导致洪灾风险增大。故在城镇化过程中应遵循河网演变规律，促进水系的保护     

水系分形特征对流域径流特性的影响——以赣江中上游流域为例

以赣江流域中上游的8个水文站点所控制的流域为研究对象，以水系分形维数为指标来描述流域水系特征，以Hurst指数为指标来描述流域径流序列复杂性，研究两者之间的关系，并分析流域水系特征、水系变迁对流域旱涝灾害的影响。研究表明，流域水系分维数越高，水系越复杂，其径流深序列Hurst指数则越高，其径流过程则越简单，反之亦然。径流序列的复杂程度在一定程度上可以反映出洪涝干旱灾害发生的可能性，径流越复杂，则洪涝干旱灾害发生可能性越高。因此，一般来说水系分维越高，水系越复杂，则洪涝干旱灾害发生的可能性也就越低。各流域水系分维与径流深序列的关系，可以在一定程度上说明水系变迁对洪涝干旱灾害的影响：在气温、降水、地形、植被等要素变化不大的情况下，水系、河网消亡将增加洪涝灾害和干旱灾害发生的可能性。     

水系分形特征对流域径流特性的影响——以赣江中上游流域为例

以赣江流域中上游的8个水文站点所控制的流域为研究对象，以水系分形维数为指标来描述流域水系特征，以Hurst指数为指标来描述流域径流序列复杂性，研究两者之间的关系，并分析流域水系特征、水系变迁对流域旱涝灾害的影响。研究表明，流域水系分维数越高，水系越复杂，其径流深序列Hurst指数则越高，其径流过程则越简单，反之亦然。径流序列的复杂程度在一定程度上可以反映出洪涝干旱灾害发生的可能性，径流越复杂，则洪涝干旱灾害发生可能性越高。因此，一般来说水系分维越高，水系越复杂，则洪涝干旱灾害发生的可能性也就越低。各流域水系分维与径流深序列的关系，可以在一定程度上说明水系变迁对洪涝干旱灾害的影响：在气温、降水、地形、植被等要素变化不大的情况下，水系、河网消亡将增加洪涝灾害和干旱灾害发生的可能性。     

平原河网区河流连通性评价研究

河流连通性对流域水文过程特征、水环境条件以及河湖蓄泄能力等有较大影响。平原河网地区是河流高度发育并受到城市化等人类活动深刻影响的区域，并且区域内水系结构破坏、河流连通受阻已成为洪涝灾害频发的重要原因之一。为此通过对现有的河流连通评价方法的分析，尝试建立基于水流阻力与水文过程的平原河网河流连通性评价方法，并以鄞东南平原河网为例开展了应用分析，结果表明2010年的河流连通性比1990年的明显减小。同时，通过对比分析几种河流连通性评价方法可以看出，基于水流阻力与水文过程的河流连通性评价方法能较好的评价平原河网区河流连通性，评价结果优于其他方法计算结果，更符合实际情况，可为平原河网区河流连通性定量评价提供参考     

平原集水区城镇化对暴雨洪水影响研究 ——以常州市双桥浜为例

城镇化下土地利用变化影响了流域洪水过程，并可能导致设计洪水发生变化。为进一步辅助城镇化流域防洪设计研究，以常州市双桥浜集水区为例，针对城镇化地区管网资料不全、区域管网河（渠）道排水过程复杂的问题，利用城市河道、道路、集水井等的汇水路径对高度城镇化小区进行子汇水区划分，基于HEC-HMS（Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System）模型建立了适合高度城镇化下平原集水区的降雨-径流模拟模型，以模拟分析城镇化下土地利用转变对暴雨洪水的影响。结果表明，城市绿地向城镇化转变的过程较未利用地向城镇化转变使洪水增加得更大更快，且洪峰的增加幅度小于洪量的增加幅度。同时，随着土地利用转换程度的增大，对洪水影响的差异性也在增大，且低重现期洪水所表现的差异性更为明显。研究结果可为平原河网地区防洪减灾提供一定参考依据。     

城市化进程下南昌市城区水系格局与连通性分析

针对当前城市化引起的水系结构单一化、河流连通性减弱以及水生态环境等问题,以南昌市城区为例,选取1990年、2000年、2010年3期遥感影像图像,分析城市化影响下土地利用的变化;基于1958年地形图与2010年江西省水系图,通过GIS提取两期南昌市城区水系图,选取数量特征和结构特征指标进行水系格局分析,并引入图论理论讨论两时期的水系连通性。结果表明:(1)20 a间城镇用地面积增加174.73 km~2,水域面积减少34.04 km~2。研究区水域面积随城镇用地增加而缩减;(2)城市化进程中,研究区河流水面率、河网密度和河频率均下降,支流发育薄弱,河网复杂度下降;(3)赣江以北水系连通度降低,赣江以南区域水系连通度提升。该研究将为城市化地区河流水系保护提供支持与参考。     

长江三峡区间数字流域水系的构建

基于全球陆地一公里基础高程GLOBE数据 ,采用Martz和Garbrecht研制的数字高程流域水系模型自动提取长江三峡万县～宜昌区间的河网水系、各子流域分水线、河网与子流域编码及河网结构拓扑关系 ,从而构成该区域的数字流域和数字水系。结果表明该模型生成的水系是可以接受的 ,与 1:10万地形图上长江三峡万县～宜昌区间的水系一致 ,这为空间分布式模型的建立提供了必备的空间信息数据。最后 ,探讨了数字流域水系在流域生态学中的应用前景 ,构建的数字水系可为中尺度以上流域水体和水生生物的资源保护与合理利用提供决策平台 ,服务于社会经济的可持续发展。     

流域土地利用变化的长周期水文效应及管理策略

长周期水文效应作为不同强度暴雨事件的综合反映，对流域规划和管理决策非常重要。以太湖地区蠡河流域为研究区，通过解译1984年、1995年和2000年3个时段TM/ETM获得土地利用分布地图，分析其土地利用变化的模式，并基于研究区30年的降水序列，应用长周期水文分析模型L-THIA（Long-Term Hydrologic Impact Assessment），计算3个时段土地利用特征对暴雨地表径流的影响，分析不同土地利用类型水文效应的敏感性，在此基础上总结了减少流域水文效应的土地利用管理策略。分析结果显示，该区土地利用有明显变化，主要表现为水田、旱田向建筑用地的转化，从1984年到2002年，城镇及居民地扩展占流域总面积的4.199 4 ％，地表径流量增加了6.170 ％，不同土地利用方式的水文效应有较大差别，林地、湖滩湿地的敏感性最大，其次是水田和旱田。     

基于HJＧ１B数据的武汉市LST反演及热环境分析

以HJ 1B CCD/IRS4为主要数据源，采用单窗算法，反演了武汉市夏季高温代表日的地表温度，并用MODIS地表温度产品对反演结果进行了验证。在此基础上，提取热场变异复合指数来分析城市热岛空间分布特征，给出了城市热岛效应的定量化描述，并就不同下垫面对热岛效应的影响进行了研究。结果如下：（1）武汉城市热岛呈现整体上交错分布而局部小聚集的不规则特点，大热岛之中存在一些温度更高的小热岛；（2）武汉市2009~2012年夏季高温日平均LST为30611 K，多数城区温度达到309～317 K；（3）主城区热场变异复合指数均超过了0015，表现为较强－极强的热岛效应；6个等级的热岛效应强度的面积比例依次下降，而对应的LST平均值则逐渐升高；(4)不同地表覆盖类型LST相差较大，其在地表类型面积构成中的比例不同。研究成果可为城市热环境监测与生态评价提供科学依据     

贵州省大坝土地利用变化及驱动力分析

选取贵州省万亩（1亩=1/15 hm2）以上的坝子为研究对象，以GIS为技术支撑，通过空间叠加分析，提取研究区10 a来的土地利用/覆被信息，并结合相应的社会经济统计数据，进一步分析引起变化的驱动力影响因子。结果表明：（1）2000~2005年、2005~2010年两个时段，耕地面积一直在持续减少，第二时段的变化比第一时段更剧烈；林地、城镇建设用地、农村居民点、水域、道路在两个时段都不同程度的增加，其中城镇建设用地、农村居民点在第二时段比第一时段增加的速度更快，其它3种地类增加的速度有所减缓；灌木总体变化是出现先减后增的趋势；（2）耕地在2000~2005年的流向主要是林地，在2005~2010年流向主要是居民点和城镇建设用地；（3）研究区土地利用变化受人口、经济效益、政策的影响     

南京市2000~2014年城市建设用地变化及驱动因子研究

基于土地利用模型测度2000~2014年南京市城市建设用地的动态变化，再运用典型相关分析、主成分分析及逐步回归分析组合的偏最小二乘回归法对南京市城市建设用地的驱动因子进行分析。结果表明：（1）2000~2014年南京市城市建设用地面积总体上呈上升趋势，年均增长率为11.73%；（2）南京市用地结构信息熵呈波动下降趋势，城市建设用地系统结构性增强，但是用地扩展的综合效益趋降；（3）人口增长、道路扩展、投资水平提高及文化产业发展等能够较好的解释南京市城市建设用地的增长，这4类因子对城市建设用地变化具有正向作用；（4）逐步线性回归结果表明，园林绿地面积的增加相对其他因子对南京市建设用地规模增长的作用最大，其次是道路长度和公路里程。     

长江干流地区区域发展与国家工业化

江河流域是人类文明的摇篮。作为四大文明古国之一,江河流域、特别是长江流域（干流）资源的开发对中国的持续发展至关重要。在农耕时期,受气候条件变化的影响,自盛唐中期以后（公元640年）长江流域（干流）就开始取代黄河流域成为国家最重要的人口集聚和社会生产场所。进入工业化进程以来,由于优越的地理位置和良好的人文素质,长江流域（干流）再次承担起推动国家现代经济发展主力引擎的职责,尽管这一发展经受过国家区域发展政策的不同影响。随着国家人地关系演进状态和社会经济整体发展环境的变化,21世纪长江流域（干流）在国家现代化进程中将承担起较以往更为重大的责任,其中以重化工制造业的发展最为重要。然而,要切实完成国家工业化和现代化所赋予的历史使命,长江流域（干流）地区未来的发展应首先处理好自身的发展环境问题,诸如上游地区土壤侵蚀、沿岸城市空气污染、地区能源供应短缺、城乡用地冲突等等。而所有这些问题的解决都依赖于一系列科学的区域发展政策。     

基于SLEUTH模型的滇池流域城市扩展模拟分析

通过滇池流域1992～2010年城市扩张研究，发现城市建设用地增长主要表现为两种形态：一是边缘增长，表现为城市建成区范围不断扩大；二是道路影响增长，表现为环滇池道路两边新城市单元的产生。基于滇池流域城市扩展变化遥感数据，对SLEUTH城市扩展模型进行校准，模拟30 a间（2010～2040年）3种预案下的昆明城市扩展变化过程，并对模拟结果进行分析。3种模拟预测结果表明：任意管理预案下城市无序扩张，大量农林用地被城市建设用地占用，人口和城市建设用地呈现爆发式增长，滇池沿岸被城市包围，会对滇池水环境产生极大的压力；土地总量控制预案下城市的发展完全按照城市总体规划内容进行，没有考虑城市实际发展过程中的经济、人口等因素影响，没有达到滇池生态环境保护的需要；生态环境保护预案下，能相对有效控制建设用地，减少对农林用地、湿地的侵占，利于滇池环境保护。预测发现，从滇池流域水资源现状来看，即使实施了环境保护模式，人均水资源量仍处于“严重短缺”状态。需要通过调整昆明城镇体系和产业布局，降低城市首位度和人口；采取更为严格的空间管制策略，有效控制城市空间扩展，以减少对滇池流域的环境压力     

上海浦东新区土地利用变化及其生态环境效应

上海浦东新区是我国快速城市化的典型地区,尤其1990~2001年,是浦东新区快速城市建设和扩展时期。依据1990、2001年两时相的卫星遥感数据,运用图像处理软件进行监督分类,提取了浦东新区两时相土地利用信息,分析了浦东新区1990~2001年土地利用变化特点和土地利用类型的转化特征,探讨土地利用的变化对生态环境的效应。研究表明：①11年间浦东新区农业用地和水体急剧减少,其中农业用地减少了58.16%,水体减少了 17.4%;②1990~2001年浦东新区城市扩展用地55%由农业用地转化而来,35.26%由水体转化而来;③土地利用的快速变化引发了水资源面积减少、水体污染加重和需水量增加,以及大气污染加重、大气温度上升和地面热中心面积扩大等生态环境问题。     

2000~2010年长江流域土地利用变化与生态系统服务功能变化

基于2000/2005/2010年三期土地利用现状遥感监测数据，利用GIS空间分析技术，分析长江流域土地利用变化方式、过程、区域特征和生态系统服务功能变化。研究表明：2000~2010年长江流域城乡建设用地、林地和水域面积增长显著，而耕地、草地面积持续减少；耕地减少和城乡建设用地增加相关，草地减少和林地增加相关，水域增加与三峡蓄水及退田还湖相关；四川盆地、中游城市群和长三角城市群等人类活动热点区域的土地利用程度显著提高；受土地利用变化影响，2000~2010年长江流域生态系统服务总价值逐年提高，水源涵养、废物处理和娱乐文化服务功能增强，而土壤形成与保护、食物生产服务功能明显减弱；生态服务价值高值区主要分布在沿江湖泊和湿地，其次是林草地覆盖区，青海高原荒漠区生态服务价值最低。     

城市湖泊地区的土地利用变化--以武汉东湖为例

利用1986、1993、1999年的Landsat TM卫星遥感影像和1981年地形图,借助GIS技术分析了城市湖泊地区—武汉东湖流域1987～1999间土地利用的时空变化及景观结构的变化。土地利用分为水体、针叶林、阔叶林、灌草、裸地、农业用地和城镇用地七种类型。各时期遥感影像分类精度都在85%以上。该流域土地利用变化以城镇大幅度扩展（从占全流域面积的9.1％到29.6％）、农业用地增加(从7.0％到13.9％)和由此引起的林地（从占全流域面积的33.6％到24.3％）、水体（从30.4％到23.8％）面积减少为主要特征。同时流域整体的景观多样性下降、优势度提高,但不同景观组分的碎裂化程度的变化趋势不同。其中,城镇用地等优势景观组分的分布趋于聚集,其他类型多趋于碎裂化。流域的城市化具有方向性。城市的快速扩展对林地、灌草、水体等城市湖泊地区的自然生态系统产生显著影响。流域的土地利用及变化受多种自然、社会因素影响。     

1994~2006年上海市土地利用时空变化特征及驱动力分析

快速发展的都市地区是区域土地利用变化研究热点。基于上海市1994、2000、2003和2006年4期航空遥感影像资料数据，运用人机交互目视解译方法建立上海土地利用空间数据库，并结合GIS空间分析、数理统计方法与土地利用动态度模型，对上海市1994~2006年土地利用时空变化特征进行了深入分析。结果表明：12 a间，上海市综合土地利用动态度为207%；在各种用地变化中，耕地面积变化最大，共减少了94 00772 hm2，减幅达233%；从耕地转移来看，转变为城镇建设用地（包括工业仓储用地、交通用地、城镇居民点用地和其他用地）面积共74 82586 hm2，占耕地面积总流出量的6712%；可见城镇建设用地急剧扩张而大量占用耕地，是上海市土地利用变化的主要特征；上海市土地利用变化的另一个重要特征是城市绿地的大幅增加，12 a间城市绿地面积共增加了9 29241 hm2，单一动态度为1876%。从上海土地利用变化的区域特征来看，各区的综合土地利用动态度差异明显，且表现出明显的中心城区-近郊-远郊递减趋势，其中浦东新区综合土地利用动态度最大，崇明县最小，这种差异与各区（县）的区位条件、经济发展状况以及政策等因素密切相关。通过对上海LUCC的驱动力定性定量分析表明，社会经济因素包括人口分布及变化、经济增长、人民生活水平的提高、政策以及国际大型活动的举办均对上海土地利用格局及其变化产生了重要的影响