基于logisic模型的武汉市城市内涝预警及防洪减灾规划分析.docx

基于logisic模型的武汉市城市内涝预警及防洪减灾规划分析 摘要：城市内涝灾害频繁，用地开发与空间扩张被普遍认为是其致因之一。对比武汉市遥感数据，1984—2017年，超过30%的自然水体被填占开发，城市建设开发活跃、填湖造陆强度大。论文以武汉市为例，采用二项Logistic模型，定量分析不同降雨强度情景下的内涝影响因素。研究表明，填湖造陆将极大地增加极端降雨情景下城市滨水区域的内涝风险。城市地形地势、排水管网条件、用地类型以及邻域用地结构等因素，也直接影响内涝风险。基于2种不同的用地开发策略，预测城市内涝风险结果显示，城市用地的不当开发将引致严重内涝风险。依据内涝风险的空间分布预测结果，论文提出了相应的改善策略，以为科学地制定防涝减灾规划提供参考。 城市内涝是因短时强降水或过程雨量偏大造成地表径流过多，在地势低洼、排水不畅等情况下形成积水的自然灾害。近年来，中国多个大城市的暴雨洪水与内涝灾害频发，城市内涝防治已成为公众普遍关注的重大问题。住建部及水利部数据显示，2007—2015年，全国超过360个城市遭遇内涝，其中1/6单次内涝淹水时间超过12 h，淹水深度超过0.5 m。2010—2016年，中国平均每年有超过180座城市进水受淹或发生内涝。在气候变化下极端天气频现与城市雨岛效应的双重作用下，内涝灾害常发生在人口密集的高度城市化地区，加剧了对人们生产生活的危害，包括巨额的经济损失、对公共健康与安全的威胁等因此，探究内涝成因机制及其应对策略成为研究热点当前研究主要侧重人文因素，并已取得较为丰富的成果。在用地结构方面，以韩国首尔为案例，Lee等在排水管网条件方面，研究表明，排水管网的雨洪排泄能力与地表径流量、速度、峰值密切相关，不完备的排水管网设施会增加城市内涝风险。升级排水管网标准与提升雨水储备能力，已成为减少和预防内涝的关键措施此外，部分研究也揭示了人类活动侵占城市水域对内涝灾害的影响。作为集水区的城市河湖水域是洪水潜在的环境载体，其蓄水量的改变将会直接破坏地表径流的时空格局，从而增加城市洪涝风险。国外针对尼日利亚地区内涝灾害频发的原因调查表明，城市建设空间大量侵占了自然水体，导致河流形成瓶颈、雨季产生逆流，是其内涝灾害的主要原因然而，在城镇化进程快速推进和城市规划管控滞后的双重背景下，中国大部分城市都存在不同程度的填湖造陆现象尽管已有研究证实了填湖造陆对内涝的影响，但系统量化其影响程度并考虑未来空间开发策略的内涝风险研究还较为缺乏。因此，本文基于历史遥感数据与内涝渍水实测数据，通过构建二项Logistic模型，定量研究城市建设及填湖造陆活动对内涝风险的影响，并进一步模拟预测不同用地开发策略下的内涝风险及其空间分布，针对不同用地类型提出差异化的防洪排涝策略，从而为低影响开发的城市建设提供技术支撑。1 研究数据与方法1.1 研究区域与数据来源武汉市跨长江发展，全市下辖13个行政区，其中主城区包括10个行政区，分别为江岸区、江汉区、硚口区、汉阳区、武昌区、洪山区、青山区、东西湖区、蔡甸区、江夏区。本文选择武汉市主城区作为研究区域(图1)，主城区内湖网密布，且地势低洼、暴雨降水频繁，以致内涝灾害频发本文采用的数据包括30 m分辨率的Landsat遥感影像图、30 m分辨率的数字高程模型(DEM)、土地利用现状图、内涝渍水空间分布图及排水管网分布图。其中，遥感影像图包括1984年8月的1景Landsat 4-5 MSS影像数据，以及2017年7月的1景Landsat 8 OLI/TIRS影像数据，均通过中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台()下载获取，用于识别自然水体的空间变化状况。DEM从美国地质调查局网站()获取。武汉主城区2017年土地利用现状图通过武汉市规划研究院获取，用于提取影响内涝渍水的城市建设因素。内涝渍水空间分布图及排水管网分布图通过武汉市水务局获取，用于明确一般和极端降水情景下的渍水空间分布、计算排涝能力。文中所有图像统一采用WGS1984地心坐标系，通用横轴墨卡托投影(Universal Transverse Mercator)。通过采用ENVI、CAD、Arc GIS 10.2和Matlab2019a等一系列工具进行数据读取、预处理，以建立研究所需数据库。ENVI用于解译遥感影像数据，以提取用地分类信息。Matlab 2019a中的图像处理和数据分析工具则用于分析各城市建设因素与内涝风险之间的关系。为与30 m分辨率的历史遥感影像数据以及DEM数据相匹配，本文将所有数据转换为30 m×30 m的栅格数据。30 m属于中等分辨率精度，是当前遥感解译及土地覆被变化研究中较常用的研究精度。该精度可较清晰表达本文研究的渍水分布、用地类型等目标地物信息，可