土地利用/覆被变化的暴雨内涝灾害效应

来源 :上海师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cjp023
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气候变化和城市化双重背景下,极端降雨事件频次增多、土地利用/覆被变化明显,在中国特别是部分暴雨内涝严重的城市,“城市看海”现象频发,导致损失和影响增加。长三角生态绿色一体化发展示范区位于亚热带季风区,整体地势低洼,极易发生暴雨内涝,且已有相关内涝灾损报道。该区是实施长三角一体化发展国家战略的核心区域。但目前对该区的土地利用/覆被变化及其暴雨内涝灾害效应研究并不多,不能够支撑起该区的战略发展。本文基于1990~2010年土地利用/覆被数据以及2020年Landsat 8遥感数据解译所得土地利用/覆被数据,对长三角生态绿色一体化发展示范区1990~2020年土地利用/覆被进行时空变化和转移矩阵分析,然后通过SCS模型以设计暴雨重现期100年,暴雨持续时间1h为例,来研究地表径流深度对土地利用/覆被变化的响应。接着构建研究区重现期2、5、10、20、50、100年暴雨情景以及对研究区高程进行修正,通过SCS模型、等体积法计算淹没水深,并进行空间制图表达和统计分析。最后以长三角生态绿色一体化发展示范区住宅建筑为例,进行暴雨内涝风险评估,构建研究区暴雨内涝住宅建筑超越概率—损失曲线,得到研究区住宅建筑暴雨内涝年均期望损失即风险值。研究可为城市规划、海绵城市建设,以及防灾减灾提供参考,具有现实意义。主要研究结论如下:(1)分析1990~2020年研究区土地利用/覆被变化。该区30年来土地利用/覆被变化较为明显,主要表现为耕地(其占比由69.2%下降至29.4%)减少,建设用地(其占比由10.4%增加至42.9%)增多。该区林地、草地、水域变化相对较少。自1990年至2020年,青浦区、吴江区、嘉善县三地建设用地类型多成片增加,其增加的空间位置主要分布在青浦区北部区域、吴江区北部和东南部区域、嘉善县中南部区域。研究同时发现吴江区南部地区林地增加较为集中。对于长三角生态绿色一体化发展示范区耕地类型转换为建设用地类型,自1990年至2020年,耕地不断转换为建设用地,且转换面积数量以每间隔十年来看是不断增加的。即1990年至2000年、2000年至2010年、2010年至2020年、1990年至2020年研究区耕地类型转换为建设用地类型,其面积转换值分别44 km~2、292.9 km~2、485.5 km~2、767 km~2。以研究区1990年至2020年来看,后十年(2010年至2020年)耕地类型转换为建设用地的面积数量是前十年(1990年至2000年)转换面积数量的11倍。耕地类型转为建设用地类型的面积量对于建设用地类型转入总面积量的贡献,以研究区1990年至2000年、2000年至2010年、2010年至2020年、1990年至2020年分阶段来计算,得到其贡献率分别为98.0%、93.2%、83.9%、90.1%。这一结果说明耕地类型的转换量对于建设用地类型总的转入量的贡献,以十年为间隔来看虽是不断下降的,但其值仍然高达80%以上,耕地类型的转入仍是建设用地转入的主导因素。这一结果也意味着其它用地类型转为建设用地的贡献在增加。(2)探究地表径流对土地利用/覆被变化的响应。以设计暴雨重现期100年,暴雨持续时间1h为例,来研究地表径流对土地利用/覆被变化的响应。通过分析,自1990年至2020年研究区平均地表径流深度呈增加趋势。以十年为间隔,2000年相较于1990年、2010年相较于2000年、2020年相较于2010年,其增加的平均地表径流分别为0.8 mm、4.5 mm、4.4 mm。2020年相较于1990年,研究区地表平均径流深度由67.1 mm增至76.8mm,共增加9.7 mm。(3)分析2020年研究区暴雨内涝重现期情景下径流深度变化。研究区径流深度随着重现期的增加而增加。重现期由两年一遇增至五年一遇时,平均径流深度增加10.8 mm;重现期由五年一遇至十年一遇时,平均径流深度增加8.5mm;重现期由十年一遇增至二十年一遇时,平均径流深度增加8.6 mm;重现期由二十年一遇增至五十年一遇时,平均径流深度增加11.6 mm;重现期由五十年一遇增至百年一遇时,平均径流深度增加8.9 mm。重现期由两年一遇增至百年一遇时,地表平均径流深度由28.4 mm增至76.8 mm,共增加48.4 mm。(4)分析2020年研究区暴雨内涝重现期情景下淹没面积、淹没水深变化。研究区淹没面积和淹没水深随着暴雨重现期的增加而增加。重现期由两年一遇增至五年一遇时,淹没面积增加63.8 km~2;重现期由五年一遇至十年一遇时,淹没面积增加47.7 km~2;重现期由十年一遇增至二十年一遇时,淹没面积增加46.5 km~2;重现期由二十年一遇增至五十年一遇时,淹没面积增加60.1 km~2;重现期由五十年一遇增至百年一遇时,淹没面积增加44.5 km~2。重现期由两年一遇增至百年一遇时,淹没面积由186.9 km~2增至449.5 km~2,共增加262.6 km~2。最大淹没水深为1.56 m。(5)分析研究区暴雨内涝重现期情景下住宅建筑暴露和损失,评估其风险。住宅建筑暴露和损失重点分布在青浦区东部徐泾镇、吴江区北部江陵街道和松陵街道、嘉善县南部罗星街道。随着暴雨重现期的增加,住宅建筑暴露和损失逐渐向邻近镇级区划蔓延,研究区住宅建筑价值暴露量和损失值随之增加。住宅建筑损失随着暴雨重现期的增加而增大,重现期由两年一遇增至五年一遇时,住宅建筑损失增加3.5亿元;重现期由五年一遇至十年一遇时,住宅建筑损失增加3.4亿元;重现期由十年一遇增至二十年一遇时,住宅建筑损失增加3.6亿元;重现期由二十年一遇增至五十年一遇时,住宅建筑损失增加5.4亿元;重现期由五十年一遇增至百年一遇时,住宅建筑损失增加4亿元。重现期由两年一遇增至百年一遇时,住宅建筑损失由15.9亿元增至35.8亿元,共增加19.9亿元。通过构建研究区暴雨内涝住宅建筑超越概率—损失曲线,经积分计算得到暴雨内涝住宅建筑风险值为17.58亿元。
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