太湖流域城镇化进程中下垫面的时空分布特征.docx

太湖流域城镇化进程中下垫面的时空分布特征 摘要：快速城镇化进程中太湖流域下垫面的剧烈变化对流域产水量时空分布产生了深刻影响．在分析太湖流域城镇化进程及土地利用变化的基础上，采用太湖流域模型对3种典型降雨过程 (1991、1999和2009年) 与5种下垫面 (1985、1995、2000、2005和2010年) 的组合情景进行模拟，综合分析了城镇化进程中全流域和各水利分区在全年期、汛期、涨水期产水量变化的时空分布特征．结果表明:时程上，太湖流域和所有水利分区的各统计时段产水量增幅伴随城镇化进程推进均呈现增加趋势，2005年后产水量增幅进一步加大，且全年产水量增幅主要集中在汛期;空间上，东、中部城市集聚区的产水量增长率明显高于西部山丘区与太湖湖区，这主要是由于西部山丘区、太湖湖区不透水率增幅较小所致．产水量变化的时空非均匀分布特征为城镇化背景下太湖流域防洪除涝格局演变及流域—区域—城市防洪除涝协调性研究提供了重要的先验认识． 改革开放以来，我国步入快速城镇化阶段，全国城镇化率从1979年的19.7%增加到2017年的58.52%目前学界已经对城镇化及其水文效应开展了大量研究，主要集中在城镇化对流域土地利用及河湖水系的影响改革开放以来，太湖流域逐步进入快速城镇化阶段，目前已发展形成以上海为核心，以苏州、无锡和常州等城市为次级中心的大规模都市绵延区．由于受梅雨、台风、局地性强降水等多种致灾性天气的袭扰，太湖流域洪涝灾害频繁发生．经过多轮防洪规划实施，已基本形成了流域—区域—城市3个层次相结合的防洪格局．但受城镇化进程中下垫面条件剧烈变化、城市群防洪大包围建设等因素的影响，流域产汇流与洪水运动规律随之动态演变，出现了局部地区排水不畅、三层防洪体系协调性减弱等问题．为此，本文选取太湖流域作为包含大规模都市绵延区的典型平原河网流域，以产水量时空变化作为切入点，采用太湖流域模型，针对不同降雨 (1991、1999和2009年) 和下垫面 (1985、1995、2000、2005和2010年) 的组合情景进行模拟，统计分析全流域和水利分区在全年期、汛期、涨水期 (太湖水位上涨期) 等不同统计时段产水量变化的时空分布，剖析快速城镇化进程中太湖流域产水量变化的非均匀时空效应，以期为太湖流域产汇流格局演变及流域—区域—城市防洪协调性研究提供技术支撑．1 太湖流域城镇化进程1.1 流域概况太湖流域是长江三角洲的核心区域，地跨苏、浙、皖、沪三省一市，流域总面积约36895 km1.2 社会经济指标及下垫面变化特征分析改革开发以来，太湖流域社会经济迅猛发展，逐步形成了以上海为核心，以苏州、无锡和常州等城市为次级中心的都市绵延区，是长三角世界级城市群的重要组成部分，是我国城镇化率最高、人口密度最大的地区之一．分析流域城镇化进程及其土地利用变化特征是城镇化水文效应研究的基础工作．1.2.1 社会经济指标变化特征从各省市统计年鉴和统计公报中，收集了太湖流域内上海、苏州、无锡、常州、镇江、杭州、嘉兴、湖州8大主要城市1978—2017年城市面积、建成区土地面积、城镇人口数、常住人口数、GDP等社会经济统计数据，以此计算各城市的城镇化率、人均GDP、建成区面积和人口密度．对8大城市的社会经济统计指标取算术平均值 (对建成区面积求和) ，分析流域社会经济指标的时程变化，如图2．以城镇化率为例，1978—1999年平均增长速度为0.64%/a, 2000—2004年为1.21%/a, 2005—2017年达到1.55%/a人均GDP、人口密度和建成区面积平均增速也表现出明显的阶段特征．总体上表现为2000年之前城镇化发展速度相对缓慢，2000年之后，特别是2005年以来，流域城镇化进程加快．关于城镇化进程的空间格局，Deng等1.2.2 下垫面变化特征基于1985、1995、2000、2005和2010年5期Landsat TM/ETM遥感影像数据，经过几何校正、辐射标定、大气校正、影像镶嵌和灰度直方图匹配等前期处理，采用目视解译法，承接前一期影像分解结果的基础上解译斑块增量，获取各期土地利用情况 (表1) ．将本研究结果与太湖流域管理局解译的2005年太湖流域土地利用数据进行对比，建设用地和水面的比例接近，分别相差流域总面积的3.3%和0.7%;耕地和林地分别相差流域总面积的8.6%和13.2%．对于局部区域，进一步收集了第二次全国土地调查无锡市建设用地数据，对比得出各行政区建设用地面积与本文解译结果保持高度一致，总体误差约为5.8%．因此，本研究解译的太湖流域土地利用数据精度较好，可用于下垫面变化特征分析．由表1可知，较1985年，2010年建设用地扩张了约1.5倍，耕地面积中水田与旱地面积分别减少23.1