, 张朴华The effect of urban landscape pattern on urban waterlogging
WUJiansheng, ZHANGPuhua收稿日期:2016-09-12
修回日期:2016-12-13
网络出版日期:2017-03-15
版权声明:2017《地理学报》编辑部本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
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1 引言
城市内涝是指强降雨或连续性降雨超过城镇排水能力,导致城镇地面产生积水灾害的现象[1]。全球气候变化以及快速城市化背景下,暴雨内涝已经成为中国城市频繁发生、损失严重且影响较大的头等灾害[2]。2012年北京发生“7·21”特大暴雨内涝事件,2013年上海“9·13”暴雨内涝,2014年深圳“5·11”暴雨内涝等,近年来,“到城市看海”事件屡见不鲜。城市内涝造成了较长时间的城市基本机能瘫痪和巨大的经济损失,影响人们正常的生产生活的同时甚至对人们的生命财产安全产生了严重威胁。城市内涝问题对城市的健康、可持续发展是一个巨大的挑战,是中国城市化过程中面临的重大问题[3]。城市内涝问题的成因研究[4-5]一直是内涝问题研究的焦点,是人们预防、控制及降低灾害损失的重要基础性研究。城市内涝是一种复杂的自然社会现象,是暴雨灾害与人为作用双重影响的结果[6]。从自然因素来看,城市内涝主要受气象条件和地形地势因素的影响。全球气候变暖背景下,极端暴雨事件发生的频次和强度均有所增加[7-8]。社会因素中,排水设施和土地利用对城市内涝的影响较为显著。排水设施因素受到的关注较多,研究指出：中国城市的雨水管网普遍存在设计标准偏低、建设不合理、管护力度不够等问题[9],在面对极端降水事件时已无法发挥很好的效用,甚至成为积水内涝的重要诱因之一[10-11]。土地利用方面,大量研究表明：城市大面积的不透水面会阻隔地表水下渗,切断地表水与地下水之间的水文联系,导致水文循环过程中雨水蒸散发、下渗以及地表径流的比例失调,提高城市内涝灾害的发生频次和强度[12-13];而耕地、林地、草地等绿地在截留降雨、消减径流和延缓汇流等方面效果显著,能有效降低城市内涝发生风险[14-15]。
在城市内涝的众多成因中,土地利用影响尤为显著,并逐渐成为城市内涝灾害日趋严重的主要原因[16-17]。尽管土地利用对城市内涝灾害的影响在很多研究中都已得到了证实,但是有关城市内涝与土地利用结构和景观格局的研究却较少。景观格局是指构成景观的生态系统或土地利用/覆被类型的形状、比例和空间配置[18]。城市内涝是城市景观格局影响下产生的一种负水文效应[19],景观格局通过改变暴雨径流的产汇流过程来影响城市内涝的发生和强度[20],两者之间是典型和复杂的格局—过程关系。景观格局对地表径流的重要影响已在较多的研究中得到了证实。郭雪莲等[21]通过人工模拟降雨装置实验发现：降水蓄渗率随不透水斑块重要值、形状、均匀度和分离度的改变而相应变化;戚晓明等[22]在蚌埠市城市化水文效应的研究中指出：耕地破碎化程度越低、连通性越好越利于涵养水分;建筑用地越集中,地表径流量越大;Bautisa等[23]的研究证实绿地景观格局与径流量之间存在显著的相关关系;Zhang等[24]对北京绿地的研究中也验证了绿地的集聚格局对减少径流有着积极作用。上述研究多是基于景观格局指数的计算和观测试验、经验公式及建模等水文分析方法,通过分析景观格局对降雨径流的影响来间接反映景观格局对产生积水内涝风险的影响。尽管现有的水文分析方法能够快速有效且较为合理地反映降雨径流特征和地表积水状况,但资料不足等也会导致其在应用和参数确定方面存在较大问题,使得模拟结果与现实降雨情景下的内涝积水状况有所偏差[20]。暴雨事件下实地记录的内涝点数据是城市内涝状况的真实反映。基于此,本文选取内涝灾害频发的深圳市为研究区,以2014年“5·11”暴雨期间记录的内涝点数据为基础,探究城市景观格局（包括类型水平和景观水平）对城市内涝的影响,以期为城市内涝防治和城市景观格局优化管理提供理论和实践参考。
2 研究区概况
本文以广东省深圳市为研究区。深圳市位于中国东南沿海的珠三角地区,广东省南部,毗邻香港,是中国经济最发达的城市之一。陆域位置是113°46′E~114°37′E、22°27′N~22°52′N,全市总面积为2020 km2。深圳市地处亚热带海洋性季风气候区,气候温暖、湿润、多雨、无霜,夏季长,冬季不明显。全年平均气温高、湿度大、降水充沛,多年平均降水量1837 mm,但降水时空分布不均。时间上,降水主要集中在每年的4-9月份,约占全年降水量的85%;空间上,降水量总体呈现东南多、西北少,自东向西递减的趋势。降水分布的时空差异导致深圳的城市内涝问题十分严重。2014年5月11日,深圳遭遇强降水,全市150处道路积水,20处片区发生内涝,5000多辆公交车无法正常运营,2000多辆汽车被淹,严重影响了市民的生产生活。深圳市防汛防旱防风指挥部所提供的官方统计资料显示,此次暴雨期间,全市范围内共有278个内涝点（图1）,鉴于此次暴雨内涝事件影响范围广且具有典型性,本文以此为案例对深圳市的内涝成因问题进行了探究。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1深圳市内涝点分布及子流域划分示意图
-->Fig. 1Distribution of waterlogging points and sub-watersheds of Shenzhen
-->
城市内涝问题是系统性问题,该问题的产生与其所处流域的水循环过程破坏有关,因此不能仅从特定的内涝点来进行分析,而需要从流域的视角进行研究。本文以DEM为基础数据,通过“八向法”（D8算法）提取水文要素而得到深圳市的流域划分图,以小流域作为研究单元（图1）。
3 数据与方法
本文研究所用的暴雨内涝点数据来源于暴雨内涝记载相关资料选取了深圳市2014年“5·11”暴雨期间的内涝点数据,内涝点共278个。利用ArcGIS软件将其进行矢量化,建立了暴雨内涝点空间数据集;然后将内涝点空间数据集与流域划分图进行叠加,提取含有内涝点的小流域作为研究样本（共56个）,计算每个流域的内涝点密度（内涝点密度=流域内内涝点个数/流域面积,单位：个/km2）,以此来表征各个小流域的内涝程度。已有研究表明城市内涝主要受到气象条件、地形地势等自然因素和土地利用、排水设施等社会因素的影响[4-6]。基于此,本文首先将土地利用进行分类,得到土地利用变量,然后通过Fragstats计算景观格局指数（包括类型水平和景观水平）,同时结合其他内涝影响变量,包括植被覆盖度、不透水率、日降雨量、地形地势变量以及雨水管网线密度和雨水口点密度等,利用统计分析方法（包括相关分析和多元逐步回归）来探究城市景观格局对城市内涝的影响。研究所需的全部数据信息如表1所示。Tab. 1
表1
表1研究数据信息表
Tab. 1Overview of data used in this study
| 数据名称 | 数据说明 | 数据来源 |
|---|---|---|
| 深圳市2014年“5·11”暴雨期间内涝点数据 | 共278个 | 深圳市防汛防旱防风指挥部 |
| 深圳市2013年土地利用数据 | 矢量数据 | 深圳市政府 |
| 深圳市2013年遥感影像数据(LANDSAT8) | 时间：2013/10/5,2013/10/28 轨道号：121/044,122/044 | 美国地质勘探局（USGS）网站 |
| 深圳市2014年5月11日日降雨量数据 | 50个气象监测站点记录数据 | 深圳市气象局网站 |
| 深圳市DEM数据 | 分辨率30 m×30 m | 地理空间数据云 |
| 深圳市雨水管网数据 | 雨水管线和雨水口分布数据 | 深圳市政府 |
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3.1 土地利用数据
原始土地利用数据依据《土地利用现状分类（GB/T21010-2007）》共分为12个一级类、56个二级类。本文按照研究的需要将其进行重新分类,最终得到粗、细两种分类精度上的土地利用分类（图2）。然后,提取不同土地利用类型占其所在流域的面积比例作为研究变量。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2深圳市土地利用分类图
-->Fig. 2Land use classification map of Shenzhen
-->
3.2 景观格局指数
景观格局指数能够高度浓缩景观格局信息,反映景观空间组成和结构特征,且易于计算,被广泛用于衡量景观格局[18]。因此,本文利用景观格局指数来表征流域的景观格局特征。考虑到各景观格局指数的实际内涵,基于统计上相互独立的原则[25-26],并参考已有研究[24, 27],本文共选取了5个指数,包括3个类型水平指数：最大斑块面积比例（Largest Patch Index, LPI）、斑块聚集度指数（Patch Cohesion Index, COHESION）和景观破碎度指数（Landscape Division Index, DIVISION）;2个景观水平指数：蔓延度（Contagion, CONTAG）和香农多样性指数（Shannon's Diversity Index, SHDI）。各指数的具体说明如表2所示,其计算过程在Fragstats 4.2中完成。Tab. 2
表2
表2研究中选取的景观格局指数简介
Tab. 2Overview of landscape indices used in this study
| 尺度水平 | 指数名称 | 单位 | 范围 | 表征含义 |
|---|---|---|---|---|
| 类型 水平 | 最大斑块面积比例(LPI) | % | 0<LPI≤100 | 表征景观类型的优势度。 |
| 斑块聚集度指数(COHESION) | 无 | 0<COHESION<100 | 反映同一景观类型的斑块聚集程度,其值越高,斑块内聚度越高。 | |
| 景观破碎度指数(DIVISION) | 无 | 0≤DIVISION<1 | 反映同一景观类型的斑块分散程度,其值等于0时,该景观类型是由单一的斑块组成的;趋近于1时,该景观类型是由多个小斑块组成的。 | |
| 景观 水平 | 蔓延度(CONTAG) | % | 0<CONTAG≤100 | 描述不同景观类型的团聚程度或延展趋势。一般来说,高蔓延度值说明景观中的某种优势景观类型形成了良好的连接性;反之则表明景观是具有多种要素的密集格局,景观的破碎化程度较高。 |
| 香农多样性指(SHDI) | 无 | 0≤SHDI | 表征景观整体的复杂程度,其值越大,景观整体的复杂程度越高。 |
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3.3 其他变量
根据现有研究可知,城市内涝灾害除受土地利用及景观格局的影响外,还受到下垫面的渗透性、降雨量、地形地势因素及排水设施的影响。因此,本文还增加了包括植被覆盖度、不透水率、降雨量、海拔、地表起伏度、地表粗糙度以及雨水管网线密度和雨水口点密度等其他变量。植被覆盖度（Fractional Vegetation Cover, FVC）是指单位面积内植被的垂直投影面积,它是衡量地表植被状况的一个重要指标[28]。城市中的道路、广场、屋顶、停车场等建筑物统称为不透水表面（Impervious Surface, IS）,单位面积地表中不透水面面积所占的百分比称为不透水率（Impervious Surface Percentage, ISP）[29]。不透水面面积比例越大,雨水的蒸发下渗量越小,地表径流量越大,越易产生内涝灾害。相反,绿地则具有很好的下渗性,可以起到调蓄雨洪的积极作用。因此,本文增加了植被覆盖度和不透水率两个变量来反映下垫面的雨水渗透能力。植被覆盖度和不透水面数据是基于深圳市遥感影像数据,借鉴李苗苗等[30]和李玮娜[31]所提出的方法分别获取（图3）,然后提取每个小流域的平均植被覆盖度和平均不透水率作为研究变量。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图3深圳市植被覆盖度和不透水率分布图
-->Fig.3Distribution of fractional vegetation cover and impervious surface percentage in Shenzhen
-->
基于50个气象站点记录的日降雨量数据,采用普通克里金空间差值法获取深圳市域范围的日降雨量分布,再提取每个小流域的平均降水量作为研究变量。基于原始DEM数据获取深圳市的海拔分布、地表起伏度分布和地表粗糙度分布,然后提取每个小流域的平均值作为研究变量。基于雨水管网和雨水口分布数据,提取每个小流域的雨水管网线密度和雨水口点密度作为研究变量。上述变量（表3）的获取均在ArcGIS 10.0中完成,以作进一步研究。
Tab. 3
表3
表3自变量的分类和描述
Tab. 3The classification and description of the independent variables
| 变量类别 | 变量子类别 | 变量名称 | 变量描述 | |
|---|---|---|---|---|
| 土地利用类型 | 4大类 | 绿地,建设用地,水体,裸地 | 每种土地利用类型在所在小流域的面积比例 | |
| 16小类 | 耕地,园地,林地,草地,商服用地,工矿仓储用地,住宅用地,公共用地,公园绿地,特殊用地,交通运输用地,河流水域,其他水域,水利设施用地,设施农用地,荒地 | 每种土地利用类型在所在小流域的面积比例 | ||
| 景观格局指数 | 4大类 | 绿地,建设用地,水体,裸地 | 土地利用类型_景观格局指数 (LPI,COHESION,DIVISION) 4大类_景观格局指数(CONTAG,SHDI) | 各小流域类型水平及景观水平上的景观格局指数 |
| 16小类 | 耕地,园地,林地,草地,商服用地,工矿仓储用地,住宅用地,公共用地,公园绿地,特殊用地,交通运输用地,河流水域,其他水域,水利设施用地,设施农用地,荒地 | 土地利用类型_景观格局指数 (LPI,COHESION,DIVISION) 16小类_景观格局指数 (CONTAG,SHDI) | 各小流域类型水平及景观水平上的景观格局指数 | |
| 其他 变量 | 平均植被覆盖度,平均不透水率,平均日降雨量,平均高程,平均起伏度,平均粗糙度,雨水管网线密度,雨水口点密度 | 以小流域为单位进行统计 | ||
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3.4 统计分析
研究中的因变量为深圳市2014年“5·11”暴雨期间各小流域的内涝点密度,自变量如表3所示,共包括土地利用类型、景观格局指数和其他变量两大类。本文采用皮尔森相关分析和多元逐步回归的方法来分析城市景观格局对城市内涝的影响,该部分的运算在SPSS 20.0中完成。首先,本文采用皮尔森相关分析初步探究城市景观格局对城市内涝的影响。皮尔森相关系数是一种线性相关系数,用来反映两个变量线性相关程度,相关系数绝对值越大表明相关性越强。本文针对各小流域的内涝点密度和影响城市内涝的各变量进行相关分析,找出与内涝点密度相关（置信区间=99%）的土地利用类型与景观格局指数,为进一步研究打下基础。最后,本文采用多元逐步回归的方法探究多种影响因素共同作用下,景观格局对城市内涝的影响程度。在进行多元逐步回归之前,采用Henderson等[32]的方法对进入回归的变量进行共线性诊断,剔除掉自变量中共线性较大的变量,同时剔除在α=0.01显著性水平下不满足T检验或不满足先验假定的变量,然后将剩余自变量和因变量进行多元逐步回归。本文最终得到2个回归模型,进入2个回归模型的自变量分别包括粗、细两种分类精度下土地利用类型、景观格局指数以及平均植被覆盖度、不透水率等其他变量。
4 结果分析
4.1 皮尔森相关分析结果
针对各自变量（表3）和各小流域的内涝点密度进行相关分析,相关性的强弱用皮尔森相关系数表示,获得各自变量与内涝点密度的相关关系。表4列举了α=0.01显著性水平下与内涝点密度具有相关关系的变量（Sig.<0.01）。Tab. 4
表4
表4与内涝点密度相关的变量(α=0.01)
Tab. 4Variables closely related with waterlogging point density (α=0.01)
| 变量类别 | 变量子类别 | 变量名称(r) | |
|---|---|---|---|
| 土地利用类型 | 4大类 | 绿地(-0.516),建设用地(0.555),水体(-0.347) | |
| 16小类 | 园地(-0.346),林地(-0.435),住宅用地(0.599) | ||
| 景观格局指数 | 4大类 | 绿地 | 绿地_LPI(-0.443),绿地_COHESION(-0.434),绿地_DIVISION(0.383) |
| 建设用地 | 建设用地_LPI(0.554),建设用地_COHESION(0.375),建设用地_DIVISION(-0.587) | ||
| 水体 | 水体_COHESION(-0.543) | ||
| 景观水平 | 4大类_CONTAG(0.438),4大类_SHDI(-0.490) | ||
| 16小类 | 园地 | 园地_COHESION(-0.503) | |
| 林地 | 林地_LPI(-0.356),林地_COHESION(-0.591) | ||
| 草地 | 草地_COHESION(-0.359) | ||
| 工矿用地 | 工矿用地_LPI(0.380) | ||
| 住宅用地 | 住宅用地_LPI(0.390),住宅用地_DIVISION(-0.397) | ||
| 公园绿地 | 公园绿地_COHESION(-0.377) | ||
| 特殊用地 | 特殊用地_LPI(0.378),特殊用地_DIVISION(-0.446) | ||
| 其他变量 | 平均植被覆盖度(-0.495),平均不透水率(0.501),平均日降雨量(0.542), 平均起伏度(-0.407),平均粗糙度(-0.419),雨水管网线密度(0.422),雨水口点密度(0.356) | ||
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4.1.1 土地利用类型对城市内涝程度的影响
土地利用方面,在α=0.01显著性水平下,绿地和水体面积比例与流域内涝点密度存在显著的负相关关系;建设用地面积比例与流域内涝点密度呈显著的正相关关系;裸地面积比例则与内涝程度无明显相关关系。从相关系数的绝对值来看,对内涝灾害影响的重要性程度为：建设用地>绿地>水体。将土地利用类型细分为16类后与内涝点密度进行相关分析发现,绿地中园地、林地的面积比例与流域内涝程度呈显著负相关;建设用地中住宅用地的影响显著。从相关系数的绝对值来看,对内涝灾害影响的重要性程度为：住宅用地>林地>园地。并且,住宅用地与内涝点密度相关系数的绝对值在所有与内涝点相关的变量中排名第1。该结果表明,住宅用地等建设用地作为不透水面的主要载体,对水文环境具有极大的负面影响,会加剧区域内涝灾害的发生风险,而园地、林地等绿地作为透水性地表,则具有调蓄雨洪的积极作用,可降低区域内涝灾害的发生风险,并且,从相关系数的绝对值来看,与绿地相比,建设用地对区域内涝程度的影响更为显著。在城市化快速发展,建设用地不断扩张的背景下,适当调控建设用地规模可以缓解城市内涝灾害的发生风险。
4.1.2 景观格局对城市内涝程度的影响
从景观类型水平上看,绿地与建设用地的LPI、COHESION、DIVISION值均与流域内涝程度有着显著的相关关系。园地、林地、草地及公园绿地等绿地的LPI、COHESION值与内涝点密度呈显著负相关关系,DIVISION值与内涝点密度呈显著正相关关系,表明园地、林地、草地及公园绿地等绿地的优势度、聚集度越高,破碎度越低,则该区域越不易产生内涝灾害;而工矿用地、住宅用地及特殊用地等建设用地的LPI、COHESION值则与内涝点密度呈显著正相关关系,DIVISION值与内涝点密度呈显著负相关关系,表明工矿用地、住宅用地及特殊用地等建设用地的优势度、聚集度越高、破碎度越低,则该区域更易产生内涝灾害。绿地与建设用地在调蓄雨洪方面所起到的作用力不同,而二者各自的景观格局特征对城市内涝灾害的发生也具有明显相反的影响。从景观整体水平上看,CONTAG值与流域内涝点密度显著正相关,SHDI值与流域内涝点密度显著负相关,该结果表明区域整体景观类型越丰富、景观整体越复杂、优势类型越破碎,该区域产生内涝灾害的风险性越小。但将土地利用类型进行细分后,景观整体格局特征对内涝程度的影响则不明显。
为了更为清晰地展示关键景观格局对区域内涝程度的影响,本文选取了粗、细两种土地利用分类尺度下相关系数绝对值排名前2的共4个景观格局指数,将其与内涝点密度进行了一元线性回归分析,结果如图4所示。粗分类精度下,与内涝点密度相关系数绝对值排名前2的两个景观格局指数为建设用地_DIVISION和建设用地_LPI。土地利用类型与内涝点密度的相关分析结果表明,建设用地相比绿地、水体、裸地而言,对城市内涝程度的影响更为显著,而对于景观格局指数与内涝点密度的相关分析则显示,在粗分类精度下,建设用地的景观格局同样比绿地、水体、裸地的景观格局具有更为突出的影响。图4显示,区域内涝点密度随着随着建设用地破碎度（建设用地_DIVISION）的增加而减小、随着建设用地最大斑块面积比例（建设用地_LPI）的增加而增加。一元线性回归方程中x的系数表征了自变量对因变量（内涝点密度）影响程度的大小。以图4中所示的以0.2为间隔划分内涝点密度等级,由得到的一元线性回归方程可得：区域建设用地破碎度指数每增加约0.3,内涝程度可以降低一个等级;区域建设用地最大斑块面积比例每增加约30%,内涝程度则会提高一个等级。建设用地内多为不透水地表,连片集中的建设用地会在短时间内汇集大量无法下渗的地表雨水径流,从而增加区域内涝风险。将建设用地进行合理分割,提高建设用地的破碎化程度有助于缓解区域内涝程度。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图4一元线性回归分析结果示意图
-->Fig. 4The results of one-dimensional linear regression analysis
-->
将土地利用类型进行细分后发现,工矿、住宅及特殊用地的景观格局指数与内涝点密度的相关系数绝对值为0.38~0.45之间,与建设用地总体的景观格局指数的相关系数相比数值较低且差别不大。园地、林地、草地及公园绿地的景观格局指数与内涝点密度的相关系数绝对值为0.36~0.59之间,不同绿地因透水性不同,其景观格局对内涝灾害的影响程度差异较大。细土地利用分类精度下,与内涝点密度相关系数绝对值排名前2的两个景观格局指数为林地_COHESION和园地_COHESION。景观格局指数COHESION值表征景观斑块的聚集度,图4显示,区域内涝点密度随着林地和园地斑块聚集度的增加而降低。从一元线性回归方程的系数来看：林地斑块的聚集度指数每增加约10,区域内涝程度相应降低一个等级;园地斑块的聚集度指数每增加约20,区域内涝程度相应降低一个等级。林地、园地作为透水地表,吸纳雨水径流的能力较强,其分布越集中越有利于延长与地表雨水径流的作用时间,从而减少地表径流量,因此,提高对林地及园地的整合和保护有利于降低区域内涝风险。
4.1.3 其他变量对城市内涝程度的影响
本文引言部分已指出,现有的城市内涝成因研究中就降雨、地形地势、地表覆被、雨水管网等因素对城市内涝的影响已进行了较多的定性阐述,本文将这些影响因素转变为量化指标,通过统计分析的方法将其对内涝的影响进行了定量研究。从皮尔森相关分析的结果（表4）来看,自然因素中,降雨量与地形地势因素对城市内涝的发生影响显著,就相关系数的绝对值而言,对内涝灾害影响的重要程度为：平均日降雨量（r = 0.542）>平均地表粗糙度（r = -0.419）>平均地表起伏度（r = -0.407）。平均日降雨量与小流域内涝程度正线性相关,即降雨量越大越易引发内涝灾害。在全球气候变暖背景下,极端暴雨事件的发生频次和强度都存在增加的趋势,这无疑会加重对城市内涝灾害的影响。地形地势因素与降雨量相比对内涝灾害的影响程度较小,但较为起伏、粗糙的地表可以对内涝程度起到缓解作用。相关分析结果显示,平均地表起伏度及粗糙度与内涝点密度负线性相关,即地表起伏度、粗糙度越高,越有利于雨水径流的分散,越能降低内涝产生风险。社会因素中,地表渗透能力与排水设施因素对城市内涝程度影响显著,从相关系数的绝对值来看,对内涝灾害影响的重要程度为：平均不透水率（r = 0.501）>平均植被覆盖度（r = -0.495）>雨水管网线密度（r = 0.422）>雨水口点密度（r = 0.356）。平均不透水率与平均植被覆盖度反映了地表覆被情况,二者为社会因素中导致城市内涝灾害日趋严重的主要原因。平均植被覆盖度与内涝点密度呈线性负相关,平均不透水率与内涝点密度呈线性正相关,表明城市中植被地表的渗透性较好,植被覆盖度越高,产生内涝灾害的风险性越小,而不透水地表由于阻隔了地表雨水的入渗过程,则会导致地表径流量的增大,从而更易引发内涝灾害。雨水管网一直是内涝问题研究中关注的重点,但本文的相关分析结果显示其对内涝问题的影响程度比地表覆被因素低。雨水管网线密度以及雨水口点密度与小流域内涝程度呈显著正相关,这意味着雨水管网越密集的地方受到内涝的威胁越大,表明城市现有的雨水管网设施在面对强降雨事件时已不能发挥其效用,甚至成为了城市内涝的诱因之一。
4.2 多元逐步回归结果
为进一步研究多种影响因素共同作用下景观格局对城市内涝的影响程度,本文利用多元逐步回归对变量进行处理,最终得到粗、细两种分类精度下的2个回归模型。由模型参数来看（表5）,a,b两个回归模型中各回归系数t值和模型F值的显著性水平均小于0.01,说明回归模型中每个回归系数具有显著性,并且各个回归模型均是有效的。R2表征模型的拟合优度,2个模型的修正R2分别为0.695和0.559,模型的拟合效果较好。Tab. 5
表5
表5多元逐步回归模型参数表
Tab. 5The parameters of multiple stepwise regression model
| 回归模型 | 变量 | 模型参数 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| B | Beta | t | Sig. | |||
| a | 常数项 | 0.916 | - | 5.292 | 0.000 | R2=0.712 修正R2=0.695 F=42.810 (Sig.=0.000) |
| 平均日降雨量 | 0.002 | 0.486 | 6.334 | 0.000 | ||
| 水体_COHESION | -0.008 | -0.375 | -4.860 | 0.000 | ||
| 平均不透水率 | 1.157 | 0.487 | 6.474 | 0.000 | ||
| b | 常数项 | 11.249 | - | 4.843 | 0.000 | R2=0.585 修正R2=0.559 F=22.563 (Sig.=0.000) |
| 平均日降雨量 | 0.002 | 0.570 | 6.075 | 0.000 | ||
| 平均粗糙度 | -11.209 | -0.457 | -4.858 | 0.000 | ||
| 园地面积比例 | -0.009 | -0.331 | -3.539 | 0.001 | ||
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首先,对粗分类精度下的土地利用类型（4大类）、景观格局指数和其他变量这3类变量与内涝点密度进行逐步回归分析,最终进入方程的变量为平均日降雨量、水体_COHESION和平均不透水率,这3个变量是城市内涝众多影响因素中影响力相对独立且较为突出的3个。从自变量系数的绝对值来看,对内涝灾害影响的重要性程度为：平均不透水率（B = 1.157）>水体_COHESION（B = -0.008）>平均日降雨量（B = 0.002）。由此可见,当把众多因素放在一起使其共同作用于城市内涝问题时,人为因素中不透水率和水体的景观格局对于内涝程度的影响力要大于自然因素中的降雨量。并且平均不透水率系数的绝对值远大于水体_COHESION和平均日降雨量2者系数的绝对值,该结果表明了地表覆盖是城市内涝问题日趋严重的主要原因。
其次,对细分类精度下的土地利用类型（16小类）、景观格局指数和其他变量与内涝点密度进行逐步回归分析,最终进入方程的变量为平均日降雨量、平均地表粗糙度和园地面积比例。从自变量系数的绝对值来看,对内涝灾害影响的重要程度为：地表粗糙度（B = -11.209）>园地面积比例（B = -0.009）>平均日降雨量（B = 0.002）。该结果表明,在细分类精度下,景观格局的影响弱化,地形地势因素和土地利用类型的影响凸显出来。两个模型中均有平均日降雨量这一变量,显示出降雨对内涝灾害的影响不容忽视。
从上述两个模型结果来看,城市内涝问题是一个复杂的自然社会问题,两个模型中进入回归方程的变量既包括自然因素中的降雨量和地表粗糙度,也包括人为因素中不透水率、园地面积比例和水体斑块聚集度。降雨及地形地势等自然因素人为难以改变,但地表覆被、土地利用及景观格局是人为可以调控的,并且模型结果显示出人为因素对内涝程度的影响比自然因素更大,因此未来可以通过景观格局的优化及土地资源的合理配置来达到缓解内涝灾害的目的。
5 结论与讨论
5.1 结论
中国城市内涝发生频度高、影响范围广、损失大,严重影响城市的健康、可持续发展。本文以内涝频发的深圳市为研究区,运用相关分析和多元逐步回归,重点探究了城市景观格局对城市内涝程度的影响,主要得到以下结论：（1）土地利用类型中,粗分类精度下,建设用地对内涝程度的影响最为显著,建设用地作为不透水面的主要载体,对自然的水文循环具有极大的破坏作用,其面积比例的增加会极大地增加区域的内涝发生风险;其次,绿地、水体也会影响区域的内涝程度,与建设用地相反,绿地和水体具有调蓄雨洪的积极作用。将土地利用类型进行细分后发现,住宅用地的影响最为突出,作为建设用地中主要子类别,住宅用地占比的增加会加剧区域内涝程度;其次,林地和园地作为绿地中主要子类别,对区域内涝程度起到了重要的消减作用。
（2）城市景观各类别的格局特征中,绿地和建设用地的景观格局特征对城市内涝灾害的发生具有明显相反的影响：园地、林地、草地及公园绿地等绿地的优势度、聚集度越高,破碎度越低,则该区域越不易产生内涝灾害;工矿用地、住宅用地及特殊用地等建设用地的优势度、聚集度越高,破碎度越低,则该区域更易产生内涝灾害。粗分类精度下,建设用地的优势度和聚集度对区域内涝程度影响最大,绿地、水体的景观格局影响较小;细分类精度下,林地和园地的聚集度对区域内涝程度的影响最大,林地、园地、草地等绿地子类别的景观格局影响程度差异较大,而工矿、住宅用地等建设用地子类别的景观格局影响程度差异较小。因此,在进行城市景观格局规划时,对建设用地的空间布局可以从整体进行把控,而对绿地的空间布局则需要细分成不同子类别进行分别处理。
（3）城市整体景观中,景观的蔓延度（CONTAG）与区域内涝程度呈正相关关系,而景观的多样性（SHDI）与区域内涝程度呈负相关关系,城市整体景观越复杂,组成类型越丰富,越不易引发区域内涝灾害。
（4）城市内涝是复杂的自然社会问题,受到自然因素和人为因素的共同影响。当多种因素共同作用于内涝灾害的发生时,地表整体渗透性、土地利用类型及景观格局等人为因素对城市内涝灾害的发生具有显著影响。强降雨虽然是内涝的主要诱因,但其影响程度却低于地表渗透性、土地利用及景观格局等人为因素。
5.2 讨论
目前,已有研究多关注于土地利用和景观格局对流域水文过程的影响,对城市内涝灾害的影响研究较少。本文以深圳市2014年“5·11”暴雨事件为例,以实际记录的内涝点分布数据,运用相关分析和多元逐步回归等统计方法进行研究,发现城市景观格局（包括类型水平和景观水平）会对城市内涝灾害的发生产生显著影响,不同景观类型的优势度、聚集度、破碎度和整体景观的蔓延度、多样性对内涝程度影响较大,而这在其他有关城市内涝的研究中不多见。本文结果显示出地表渗透性、土地利用类型及景观格局等人为因素对城市内涝问题的显著影响,该结果可以为城市景观格局规划及优化和海绵城市的建设提供启示和参考：① 尽可能减少建设用地的无序蔓延,采用绿地分割等方式降低建设用地的聚集程度,使其空间分布更加离散化;② 对现有城市绿地进行保护和整合的同时尽量提高城市绿化面积,对园地、林地、草地等不同绿地子类别可以差别化对待,重点提高林地和园地的空间聚集程度;③ 尽量均匀分布各类用地,提高整体景观的多样性;④ 在进行排水管网等灰色基础设施的改扩建工程的同时配合透水铺装、下沉式绿地、雨水湿地等绿色基础设施的建设,全面提升城市排水防涝能力。
因为数据获取的原因,本文仅以深圳市2014年“5·11”暴雨内涝事件作为案例进行分析,未来如果可以获取不同暴雨事件对应的内涝点记录数据,则可以分析不同暴雨强度下内涝灾害影响因素的异同,同时可以与本文研究结果进行对照,从而判断本文结果的时效性和稳定性。另外,随着人们对暴雨内涝灾害的重视,城市的防灾减灾措施更加完善,城市管理等社会因素逐渐成为影响城市内涝的重要因素,如何将其进行量化分析也将是城市内涝问题进一步研究的重点。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献 原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子
| [1] | 《室外排水设计规范（2011年版）（GB 50014-2006）》适用于新建、扩建和改建的城镇、工业区和居住区的永久性的室外排水工程设计。2006-06-01实施。 《室外排水设计规范（2011年版）（GB 50014-2006）》适用于新建、扩建和改建的城镇、工业区和居住区的永久性的室外排水工程设计。2006-06-01实施。 |
| [2] | |
| [3] | . Since the late 1970s, the Pearl River Delta (PRD) in China has undergone a rapid transition from an agricultural landscape to a metropolitan area. The rapid urbanization has not only increased the area of impervious surfaces in the central plain; it has displaced farmland to the hilly peripheral areas. The objectives of this study are to: (1) analyze how these changes in land use in the PRD have influenced flood incidence over the past 20years and (2) explore possible changes in flood incidence in the coming two decades. An integrated simulation of the land-use changes and the hydrological processes is employed to investigate the impact of urbanization on the volume of direct runoff. Historical flood records are used for validation. The simulation results indicate that land-use change in the PRD has markedly increased direct runoff over the past two decades. Changes in direct runoff generation and in land use are significantly correlated with historical floods at the county level. These results suggest that the increase in floods stems from the dual effect of urbanization on land use through the expansion of impervious surfaces and the displacement of farmlands to the hilly outskirts. The simulations suggest that the dual effect would continue in a future of business as usual. Stopping farmland replacement would likely reduce the increase in direct runoff generation, and this reduction would be augmented if changes in farmland replacement were combined with compact city development. |
| [4] | . 近年来,一场暴雨导致某座现代化大都市部分功能瘫痪、生命财产损 失惨重的案例屡见不鲜.以山西为例,通过分析认为城市化导致大城市降水量和强降水事件增多、城市规划和排水管网建设滞后、完善的城市内涝灾害气象服务体系 尚未建立等是造成城市内涝灾害加重的主要原因,并提出城市内涝气象服务对策建议. . 近年来,一场暴雨导致某座现代化大都市部分功能瘫痪、生命财产损 失惨重的案例屡见不鲜.以山西为例,通过分析认为城市化导致大城市降水量和强降水事件增多、城市规划和排水管网建设滞后、完善的城市内涝灾害气象服务体系 尚未建立等是造成城市内涝灾害加重的主要原因,并提出城市内涝气象服务对策建议. |
| [5] | . 随着汛期的到来,城市暴雨内涝引起了社会各界的极度关注,为此分析了问题的成因,并提出了切实可行的对策措施.对如何解决城市内涝问题给予了政策引导,指出要转变传统排水理念,高度重视城市雨水设施的建设,各级政府要逐步加大该方面的资金投入,力争从根本上解决城市内涝问题. . 随着汛期的到来,城市暴雨内涝引起了社会各界的极度关注,为此分析了问题的成因,并提出了切实可行的对策措施.对如何解决城市内涝问题给予了政策引导,指出要转变传统排水理念,高度重视城市雨水设施的建设,各级政府要逐步加大该方面的资金投入,力争从根本上解决城市内涝问题. |
| [6] | . 从城市气候、城市规划、城市建设和城市管理等多个视角，系统梳理了中国城市内涝成因及防治对策的研究现状．指出了目前研究存在的问题，并对我国城市内涝防治的未来研究走向进行了展望。 . 从城市气候、城市规划、城市建设和城市管理等多个视角，系统梳理了中国城市内涝成因及防治对策的研究现状．指出了目前研究存在的问题，并对我国城市内涝防治的未来研究走向进行了展望。 |
| [7] | . 为探讨不同重现期情景下淮河流域暴雨洪涝灾害风险变化,利用不同 类型共20种分布函数拟合得到最大日降水量结果,并将其作为致灾因子,结合其他11种指标,定量化评价淮河流域不同重现期暴雨洪涝灾害风险.研究发现:① 淮河流域暴雨洪涝灾害高风险区为流域中上游干流蓄洪区及周边地势低洼地,流域中部、西南部以及东部部分地区为中高风险区,低风险区分布于流域北部与中南 部.②随重现期增加(10a一遇至1000a一遇),最大日降水量空间分布变化为流域东部整体危险性逐渐减弱,西南部高值区域增幅较大;而最终淮河流域暴 雨洪涝灾害风险区划变化则表现为中高风险区保持相对稳定;高风险区与低风险区逐渐缩小,占流域总面积分别由8.3％、42.4％减小至3.2％与 30.8％,风险高值保持稳定但区域集中程度越来越明显;中风险区则由28.3％增加至40.9％;整体呈现“流域东部大灾减少、小灾不断,西部高值区遇 水成灾,北部中南部相对安全”的空间分布变化格局. . 为探讨不同重现期情景下淮河流域暴雨洪涝灾害风险变化,利用不同 类型共20种分布函数拟合得到最大日降水量结果,并将其作为致灾因子,结合其他11种指标,定量化评价淮河流域不同重现期暴雨洪涝灾害风险.研究发现:① 淮河流域暴雨洪涝灾害高风险区为流域中上游干流蓄洪区及周边地势低洼地,流域中部、西南部以及东部部分地区为中高风险区,低风险区分布于流域北部与中南 部.②随重现期增加(10a一遇至1000a一遇),最大日降水量空间分布变化为流域东部整体危险性逐渐减弱,西南部高值区域增幅较大;而最终淮河流域暴 雨洪涝灾害风险区划变化则表现为中高风险区保持相对稳定;高风险区与低风险区逐渐缩小,占流域总面积分别由8.3％、42.4％减小至3.2％与 30.8％,风险高值保持稳定但区域集中程度越来越明显;中风险区则由28.3％增加至40.9％;整体呈现“流域东部大灾减少、小灾不断,西部高值区遇 水成灾,北部中南部相对安全”的空间分布变化格局. |
| [8] | The Working Group III Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (SRREN) presents an assessment of the literature on the scientific, technological, environmental, economic and social aspects of the contribution of six renewable energy (RE) sources to the mitigation of climate change. It is intended to provide policy relevant information to governments, intergovernmental processes and other interested parties. This Summary for Policymakers provides an overview of the SRREN, summarizing the essential findings. The SRREN consists of 11 chapters. Chapter 1 sets the context for RE and climate change; Chapters 2 through 7 provide information on six RE technologies, and Chapters 8 through 11 address integrative issues. |
| [9] | . 本文主要针对排水专项规划、城市规划以及用地布局的角度，对城市内涝灾害所产生的原因合理分析，对国外发达国家的实践经验和先进理念，从制度建设、规划方法、规划理念以及系统构成等方面，深入的探究了雨水规划，提出了对城市内涝灾害中的细致规划对策，并且在排水规划方面也提出了发展性思路。 . 本文主要针对排水专项规划、城市规划以及用地布局的角度，对城市内涝灾害所产生的原因合理分析，对国外发达国家的实践经验和先进理念，从制度建设、规划方法、规划理念以及系统构成等方面，深入的探究了雨水规划，提出了对城市内涝灾害中的细致规划对策，并且在排水规划方面也提出了发展性思路。 |
| [10] | . 城市内涝灾害风险评估是城市内涝灾害管理,减少内涝灾害损失的有效途径。基于自然灾害风险评估理论,对城市内涝形成机理和风险评估方法进行了概述。从规划、建设和管理三个层面提出应对城市内涝的总体思路和技术框架,并指出相应的关键技术问题。最后,指出未来城市内涝灾害风险评估和综合应对的研究工作重点：①加强城市内涝形成机理的研究;②完善城市内涝灾害风险评估的理论与方法;③构建城市内涝灾害数据库;④城市内涝应对与城市水生态修复相结合。 . 城市内涝灾害风险评估是城市内涝灾害管理,减少内涝灾害损失的有效途径。基于自然灾害风险评估理论,对城市内涝形成机理和风险评估方法进行了概述。从规划、建设和管理三个层面提出应对城市内涝的总体思路和技术框架,并指出相应的关键技术问题。最后,指出未来城市内涝灾害风险评估和综合应对的研究工作重点：①加强城市内涝形成机理的研究;②完善城市内涝灾害风险评估的理论与方法;③构建城市内涝灾害数据库;④城市内涝应对与城市水生态修复相结合。 |
| [11] | . 以某城市立交桥下低洼地区的排水系统为对象建立水力模型,从内涝防治的角度探索了雨水口的设计和校核方法。通过模拟不同情景分别计算了雨水口具备不同过流能力时的水力条件,以及相应的地面积水情况。结果表明,当雨水口过流能力不满足设计标准时,管网的排水能力不能得到充分发挥,地面的内涝风险也会显著增加。此外,基于模拟结果对"雨水口能力不足"与"管道能力不足"这两种内涝原因进行了区分,说明分析内涝原因是解决内涝问题的先决条件。 . 以某城市立交桥下低洼地区的排水系统为对象建立水力模型,从内涝防治的角度探索了雨水口的设计和校核方法。通过模拟不同情景分别计算了雨水口具备不同过流能力时的水力条件,以及相应的地面积水情况。结果表明,当雨水口过流能力不满足设计标准时,管网的排水能力不能得到充分发挥,地面的内涝风险也会显著增加。此外,基于模拟结果对"雨水口能力不足"与"管道能力不足"这两种内涝原因进行了区分,说明分析内涝原因是解决内涝问题的先决条件。 |
| [12] | . 快速城市化导致的生态环境变化是当前城市生态环境研究的热点问题,而城市化的水环境效应则是其中的重要方向之一。本文通过梳理城市化过程对水环境效应的影响机制,总结和归纳城市不透水表面的水环境效应研究的核心内容与主要方法,指出当前城市化过程的水环境效应研究所面临的诸多难点,并对未来研究趋势进行展望。研究认为,城市化的显著特征之一是不透水表面的不断增加,以不透水表面指数(ISA)为表征的地表覆被参数日益受到城市土地利用/覆被变化研究的重视,成为城市化过程水环境效应研究的热点指标。不透水表面对水文效应的影响主要表现在两个方面,即短时间内增大降雨的径流量,长时间内增加洪水频率和径流总量。同时,不透水表面对水质的影响主要表现为增加水体的非点源污染负荷,目前的研究方法主要依靠城市水文水质监测及模型模拟,对水环境效应的影响机制方面尚缺乏对非点源污染负荷影响机制的深入研究,同时还需要进一步构建适用于城市地区的水文水质模型。可以预见,不透水表面指数将会是城市化过程水环境效应研究的重要参数,并将推动城市土地利用/覆被变化的水环境效应研究向参数简单化与精确化方向发展。 . 快速城市化导致的生态环境变化是当前城市生态环境研究的热点问题,而城市化的水环境效应则是其中的重要方向之一。本文通过梳理城市化过程对水环境效应的影响机制,总结和归纳城市不透水表面的水环境效应研究的核心内容与主要方法,指出当前城市化过程的水环境效应研究所面临的诸多难点,并对未来研究趋势进行展望。研究认为,城市化的显著特征之一是不透水表面的不断增加,以不透水表面指数(ISA)为表征的地表覆被参数日益受到城市土地利用/覆被变化研究的重视,成为城市化过程水环境效应研究的热点指标。不透水表面对水文效应的影响主要表现在两个方面,即短时间内增大降雨的径流量,长时间内增加洪水频率和径流总量。同时,不透水表面对水质的影响主要表现为增加水体的非点源污染负荷,目前的研究方法主要依靠城市水文水质监测及模型模拟,对水环境效应的影响机制方面尚缺乏对非点源污染负荷影响机制的深入研究,同时还需要进一步构建适用于城市地区的水文水质模型。可以预见,不透水表面指数将会是城市化过程水环境效应研究的重要参数,并将推动城市土地利用/覆被变化的水环境效应研究向参数简单化与精确化方向发展。 |
| [13] | . Increased impervious surface area is a consequence of urbanization, with correspondent and significant effects on the hydrologic cycle. It is intuitive that an increased proportion of impervious surface brings with it shorter lag times between onset of precipitation and subsequently higher runoff peaks and total volume of runoff in receiving waters. Yet, documentation on quantitative relationships between the extent and type of impervious area and these hydrologic factors remains dispersed across several disciplines. We present a literature review on this subject to better understand and synthesize distinctions among different types of impermeable surface and their relative impacts, and describe the manner in which these surfaces are assessed for their putative impacts on landscape hydrology. |
| [14] | . This study assessed the impact of trees upon urban surface water runoff by measuring the runoff from 9 m 2 plots covered by grass, asphalt, and asphalt with a tree planted in the centre. It was found that, while grass almost totally eliminated surface runoff, trees and their associated tree pits, reduced runoff from asphalt by as much as 62%. The reduction was more than interception alone could have produced, and relative to the canopy area was much more than estimated by many previous studies. This was probably because of infiltration into the tree pit, which would considerably increase the value of urban trees in reducing surface water runoff. |
| [15] | . 为缓解城市内涝日益频发的困境，减轻由此引起的经济损失，提高城市生活水平，以城市内涝的研究现状为基础，提出一套在城市绿地区域设置多孔吸附层进行消减城市内涝的新方法。推导了该方法消减内涝的潜能模型，并对该方案的关键设计技术参数进行了研究。利用有限元方法模拟了10m自然水头作用下吸附层对雨水的吸附和解吸能力，并以煤渣为例，研究了其对水分和磷等污染物的吸附能力，从细观孔隙结构角度揭示了煤渣吸附雨水和污染物的机理。结果表明，160m3的吸附层的稳定吸附量约为28m3，其吸水过程约为0．8h，煤渣吸附层可以达到35m3／h的消减能力，而且对污染物具有较强的吸附能力，不仅能有效的减小城市内涝发生的可能性，而且能避免含磷雨水流入地下水使地下水富营养化，从而论证了通过改造绿地消减城市内涝的方法的可行性和创新性。 . 为缓解城市内涝日益频发的困境，减轻由此引起的经济损失，提高城市生活水平，以城市内涝的研究现状为基础，提出一套在城市绿地区域设置多孔吸附层进行消减城市内涝的新方法。推导了该方法消减内涝的潜能模型，并对该方案的关键设计技术参数进行了研究。利用有限元方法模拟了10m自然水头作用下吸附层对雨水的吸附和解吸能力，并以煤渣为例，研究了其对水分和磷等污染物的吸附能力，从细观孔隙结构角度揭示了煤渣吸附雨水和污染物的机理。结果表明，160m3的吸附层的稳定吸附量约为28m3，其吸水过程约为0．8h，煤渣吸附层可以达到35m3／h的消减能力，而且对污染物具有较强的吸附能力，不仅能有效的减小城市内涝发生的可能性，而且能避免含磷雨水流入地下水使地下水富营养化，从而论证了通过改造绿地消减城市内涝的方法的可行性和创新性。 |
| [16] | . 选择经历了快速城市化过程的深圳地区一典型小流域--布吉河流 域,使用分布式水文模型就土地利用变化对城市化流域暴雨洪水汇流过程的影响进行了模拟.模拟结果表明,土地利用结构与格局的变化,使得暴雨洪水的最大洪峰 流量和洪量加大,汇流时间变短.与1998年相比,2000年在前期土壤较干的情况下,频率为1%,2%和5%的3种设计暴雨洪水的最大洪峰流量,其增大 幅度分别为20.2%,23.0%和28.9%.同时,土地利用状况对暴雨洪水的影响还与土壤前期湿润程度和暴雨强度有关:随着前期土壤由较干向较湿润变 化和暴雨强度的增大,土地利用状况向城市化方向的发展对暴雨洪水的影响趋于减弱.深圳1980年以来洪涝灾害加剧的统计结果证实了这一模拟结果. . 选择经历了快速城市化过程的深圳地区一典型小流域--布吉河流 域,使用分布式水文模型就土地利用变化对城市化流域暴雨洪水汇流过程的影响进行了模拟.模拟结果表明,土地利用结构与格局的变化,使得暴雨洪水的最大洪峰 流量和洪量加大,汇流时间变短.与1998年相比,2000年在前期土壤较干的情况下,频率为1%,2%和5%的3种设计暴雨洪水的最大洪峰流量,其增大 幅度分别为20.2%,23.0%和28.9%.同时,土地利用状况对暴雨洪水的影响还与土壤前期湿润程度和暴雨强度有关:随着前期土壤由较干向较湿润变 化和暴雨强度的增大,土地利用状况向城市化方向的发展对暴雨洪水的影响趋于减弱.深圳1980年以来洪涝灾害加剧的统计结果证实了这一模拟结果. |
| [17] | . Abstract<br/>Statistical approach to the analysis of the relationship between the frequency of flood events and land cover (LC) changes in small catchments of Slovakia is presented in this paper. The data for identification of LC changes were taken from the 1990 and 2006 CORINE LC (CLC) data layers. They were derived by computer-aided visual interpretation of satellite images under the CLC Projects. The data about frequency of flood events in small catchments are from the period 1996–2006. Two hypotheses were formulated: (1) the greater the area of LC changes, the more frequent flood events; (2) in catchments where LC changes accelerating formation of direct runoff (e.g. urbanization, deforestation, farming) dominates, flood events are more frequent than in catchments where the prevailing LC changes (e.g. afforestation) reduce formation of direct runoff. Validity of hypotheses was tested in the framework of flood potential of catchments by two-factor ANOVA method. The obtained results indicate that (1) flood event frequency increases with the increasing total area of LC changes in a catchment. This tendency clearly manifests itself in catchments with very high flood potential. It is somewhat less distinct in catchments with moderate and high flood potentials. (2) There were no differences in flood event frequency between the group of catchments, where LC changes accelerating the formation of the direct runoff prevailed and the group of catchments where LC changes decelerating the formation of direct runoff were dominated.<br/> |
| [18] | 人类活动导致的城市土地利用覆被变化在景观生态学上表现为城市景观类型的更替和城市景观格局的演变。我国城市景观格局中自然植被景观基质大幅被人工硬化地面所取代，自然景观斑块破碎化，城市道路和排水管网等人工廊道大量增加，造成“源”“汇”景观的比例失衡和格局失调，从而产生城市景观格局演变的水环境负效应，如非点源污染、水生生态系统失衡和城市内涝等，且水环境负效应存在时间尺度差异和空间尺度响应多样性。对城市景观类型及其格局演变产生的城市水环境效应相关研究进行总结，针对现有研究中存在的城市景观格局演变带来的生态过程变化研究较少、影响城市水环境的景观格局变化阈值不明确、研究结果推广难和重复性较差、人工廊道与城市水环境效应关系关注度较低和水环境负效应综合度研究欠缺等不足之处，提出未来研究的着力点，对实现可持续城市具有一定意义。 人类活动导致的城市土地利用覆被变化在景观生态学上表现为城市景观类型的更替和城市景观格局的演变。我国城市景观格局中自然植被景观基质大幅被人工硬化地面所取代，自然景观斑块破碎化，城市道路和排水管网等人工廊道大量增加，造成“源”“汇”景观的比例失衡和格局失调，从而产生城市景观格局演变的水环境负效应，如非点源污染、水生生态系统失衡和城市内涝等，且水环境负效应存在时间尺度差异和空间尺度响应多样性。对城市景观类型及其格局演变产生的城市水环境效应相关研究进行总结，针对现有研究中存在的城市景观格局演变带来的生态过程变化研究较少、影响城市水环境的景观格局变化阈值不明确、研究结果推广难和重复性较差、人工廊道与城市水环境效应关系关注度较低和水环境负效应综合度研究欠缺等不足之处，提出未来研究的着力点，对实现可持续城市具有一定意义。 . 人类活动导致的城市土地利用覆被变化在景观生态学上表现为城市景观类型的更替和城市景观格局的演变。我国城市景观格局中自然植被景观基质大幅被人工硬化地面所取代，自然景观斑块破碎化，城市道路和排水管网等人工廊道大量增加，造成“源”“汇”景观的比例失衡和格局失调，从而产生城市景观格局演变的水环境负效应，如非点源污染、水生生态系统失衡和城市内涝等，且水环境负效应存在时间尺度差异和空间尺度响应多样性。对城市景观类型及其格局演变产生的城市水环境效应相关研究进行总结，针对现有研究中存在的城市景观格局演变带来的生态过程变化研究较少、影响城市水环境的景观格局变化阈值不明确、研究结果推广难和重复性较差、人工廊道与城市水环境效应关系关注度较低和水环境负效应综合度研究欠缺等不足之处，提出未来研究的着力点，对实现可持续城市具有一定意义。 . 人类活动导致的城市土地利用覆被变化在景观生态学上表现为城市景观类型的更替和城市景观格局的演变。我国城市景观格局中自然植被景观基质大幅被人工硬化地面所取代，自然景观斑块破碎化，城市道路和排水管网等人工廊道大量增加，造成“源”“汇”景观的比例失衡和格局失调，从而产生城市景观格局演变的水环境负效应，如非点源污染、水生生态系统失衡和城市内涝等，且水环境负效应存在时间尺度差异和空间尺度响应多样性。对城市景观类型及其格局演变产生的城市水环境效应相关研究进行总结，针对现有研究中存在的城市景观格局演变带来的生态过程变化研究较少、影响城市水环境的景观格局变化阈值不明确、研究结果推广难和重复性较差、人工廊道与城市水环境效应关系关注度较低和水环境负效应综合度研究欠缺等不足之处，提出未来研究的着力点，对实现可持续城市具有一定意义。 |
| [20] | . 全球气候变化和快速城市化导致的城市水循环过程变化是当前城市水文学研究的热点问题。为综合理解城市水循环演变过程，结合城市水文学的发展历程，剖析水循环过程对快速城市化进程的响应机制。总结了国内外城市化水文效应的主要成果，包括城市化对水循环过程、洪涝灾害、水生态系统以及水资源的影响。系统归纳了城市化水文效应的评估方法和技术手段。针对现有研究中的不足，指出变化环境下城市化水文效应研究面临的主要挑战及关键技术难题，提出未来研究的重点方向，如城市化降水效应的机理、不透水面的分布及有效性评估、城市化与水生态系统的响应关系与综合城市水资源管理及需水预测等。 . 全球气候变化和快速城市化导致的城市水循环过程变化是当前城市水文学研究的热点问题。为综合理解城市水循环演变过程，结合城市水文学的发展历程，剖析水循环过程对快速城市化进程的响应机制。总结了国内外城市化水文效应的主要成果，包括城市化对水循环过程、洪涝灾害、水生态系统以及水资源的影响。系统归纳了城市化水文效应的评估方法和技术手段。针对现有研究中的不足，指出变化环境下城市化水文效应研究面临的主要挑战及关键技术难题，提出未来研究的重点方向，如城市化降水效应的机理、不透水面的分布及有效性评估、城市化与水生态系统的响应关系与综合城市水资源管理及需水预测等。 |
| [21] | . 采用人工模拟降雨装置,定量研究了城市典型下垫面空间构型与降水蓄渗率的关系。在保证降雨量和降雨历时不变,改变不透水斑块的重要值、形状、均匀度和分离度,测定降水产流量,并计算降水蓄渗率。结果表明,降水蓄渗率随不透水斑块重要值、形状、均匀度、分离度的改变而发生相应变化,不透水斑块的重要值对降水蓄渗率的影响最大,不透水斑块的形状、分离度和均匀度对降水蓄渗率的影响也很显著。研究证明,在城市景观中,不透水斑块重要值一定时,合理配置不透水斑块的形状、均匀度和分离度,可以有效调控城市降水蓄渗量。 . 采用人工模拟降雨装置,定量研究了城市典型下垫面空间构型与降水蓄渗率的关系。在保证降雨量和降雨历时不变,改变不透水斑块的重要值、形状、均匀度和分离度,测定降水产流量,并计算降水蓄渗率。结果表明,降水蓄渗率随不透水斑块重要值、形状、均匀度、分离度的改变而发生相应变化,不透水斑块的重要值对降水蓄渗率的影响最大,不透水斑块的形状、分离度和均匀度对降水蓄渗率的影响也很显著。研究证明,在城市景观中,不透水斑块重要值一定时,合理配置不透水斑块的形状、均匀度和分离度,可以有效调控城市降水蓄渗量。 |
| [22] | . 基于多时相TM／ETM＋影像，运用支持向量机分类方法对蚌埠市景观进行分类，解译得到1989年、1995年、2003年和2007年土地利用专题图。采用景观指数法、转移矩阵法，分析了蚌埠市景观格局与城市水文效应之间的关系。研究表明：蚌埠市城市水文效应特征明显；耕地破碎化程度较低，连通性好，利于涵养水分和农业发展；建筑用地增加并有集中趋势，地表径流量增大；城市供水能力保持平稳，人均用水量相对减少，城市水质偏差。为此，调整城市景观格局，有利于改善城市水文状况。 . 基于多时相TM／ETM＋影像，运用支持向量机分类方法对蚌埠市景观进行分类，解译得到1989年、1995年、2003年和2007年土地利用专题图。采用景观指数法、转移矩阵法，分析了蚌埠市景观格局与城市水文效应之间的关系。研究表明：蚌埠市城市水文效应特征明显；耕地破碎化程度较低，连通性好，利于涵养水分和农业发展；建筑用地增加并有集中趋势，地表径流量增大；城市供水能力保持平稳，人均用水量相对减少，城市水质偏差。为此，调整城市景观格局，有利于改善城市水文状况。 |
| [23] | . <a name="Abs1"></a>The importance of the spatial pattern of vegetation for hydrological behavior in semiarid environments is widely acknowledged. However, there is little empirical work testing the hypothetical covariation between vegetation spatial structure and hillslope water and sediment fluxes. We evaluated the relationships between vegetation structural attributes (spatial pattern, functional diversity), soil surface properties (crust, stone, plant, and ground cover, and particle size distribution) and hillslope hydrologic functioning in a semiarid Mediterranean landscape; in particular, we tested whether decreasing patch density or coarsening plant spatial pattern would increase runoff and sediment yield at the hillslope scale. Runoff and sediment yield were measured over a 45-month period on nine 8 × 2-m plots that varied in vegetation type and spatial pattern. We grouped vegetation into functional types and derived plant spatial pattern attributes from field plot maps processed through a GIS system. We found that there was an inverse relationship between patch density and runoff, and that both runoff and sediment yields increased as the spatial pattern of vegetation coarsened. Vegetation pattern attributes and plant functional diversity were better related to runoff and sediment yield than soil surface properties. However, a significant relationship was found between physical crust cover and plant spatial pattern. Our results present empirical evidence for the direct relationship between the hydrologic functioning of semiarid lands and both the spatial pattern and the functional diversity of perennial vegetation, and suggest that plant spatial pattern, physical crust cover, and functional diversity may be linked through feedback mechanisms. |
| [24] | . The effects of urban green spaces on stormwater runoff have increasingly attracted attention because of climate change and rapid urbanization conditions. This study investigates the spatial-temporal changes of urban green spaces in Beijing and estimates their effects on rainwater runoff reduction based on an empirical model. Results indicate that green spaces in Beijing decreased by 199 km(2) from 2000 to 2010 and that landscape patches became increasingly isolated and fragmented. The volume of rainwater runoff controlled by urban green spaces first increased and then decreased with the increase in summer rainfall. The runoff reduction rate continuously decreased from 23% in 2000 to 17% in 2010, which is mainly attributed to the composition changes in urban green spaces. In addition, an immense regional difference that is closely related to the changes in the largest patch and aggregation indices of urban green spaces are observed in different regions. This study recommends an optimal landscape pattern of urban green spaces for the planning and management of green spaces in highly urbanized areas. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved. |
| [25] | . 当前景观格局分析中所用到的景观指数上百种，如何根据研究目的和研究对象的特点正确选择景观指数是一个普遍存在，然尚未完善、亟待解决的问题。在简要阐明构建景观格局指数中颇具代表性的理论基点（如岛屿生物地理学理论、景观镶嵌模型）的基础之上，针对普遍存在的混淆和误用景观指数的事实，叙述了合理选用景观指数的基本原则。最后，引介国外Ritters和O’Neill等人所推荐的具有广泛应用价值的5个景观指数：平均斑块边缘一面积比、蔓延度、相对斑块面积、分维数及斑块类型／景观类型／土地覆盖类型，以供读者选取景观指数时应用参考。 . 当前景观格局分析中所用到的景观指数上百种，如何根据研究目的和研究对象的特点正确选择景观指数是一个普遍存在，然尚未完善、亟待解决的问题。在简要阐明构建景观格局指数中颇具代表性的理论基点（如岛屿生物地理学理论、景观镶嵌模型）的基础之上，针对普遍存在的混淆和误用景观指数的事实，叙述了合理选用景观指数的基本原则。最后，引介国外Ritters和O’Neill等人所推荐的具有广泛应用价值的5个景观指数：平均斑块边缘一面积比、蔓延度、相对斑块面积、分维数及斑块类型／景观类型／土地覆盖类型，以供读者选取景观指数时应用参考。 |
| [26] | . 在景观生态学研究中,理解与把握景观格局变化的生态学原则至关重要.用景观指数描述景观格局及变化,建立格局与景观过程之间的联系,是景观生态学最常用的定量化研究方法.本文在综合前人对景观指数的基础上,对景观指数研究从景观指数的分类研究、指数对景观格局的描述研究、指数之间的相关性研究及指数构建研究等4方面进行了总结,并从单个景观指数与指数体系两个层次上提出了判定景观指数优劣及景观指数应用的一般性原则. . 在景观生态学研究中,理解与把握景观格局变化的生态学原则至关重要.用景观指数描述景观格局及变化,建立格局与景观过程之间的联系,是景观生态学最常用的定量化研究方法.本文在综合前人对景观指数的基础上,对景观指数研究从景观指数的分类研究、指数对景观格局的描述研究、指数之间的相关性研究及指数构建研究等4方面进行了总结,并从单个景观指数与指数体系两个层次上提出了判定景观指数优劣及景观指数应用的一般性原则. |
| [27] | . 我国快速城市化过程中城市建设破坏原有水文循环,随之而来的城市内涝、水资源匮乏、水污染等城市水问题引起越来越多的关注。利用城市绿地的雨洪调蓄功能解决城市水问题已经成为国外雨洪管理的趋势。本文以北京新开渠一莲花池排水流域为例,创新性的运用詈观生态学指数评价及Gls分析等方法研究在北京降雨条件下,绿地詈观格局对绿地雨洪调蓄功能的影响,对解决城市内涝灾害具有借鉴意义。 . 我国快速城市化过程中城市建设破坏原有水文循环,随之而来的城市内涝、水资源匮乏、水污染等城市水问题引起越来越多的关注。利用城市绿地的雨洪调蓄功能解决城市水问题已经成为国外雨洪管理的趋势。本文以北京新开渠一莲花池排水流域为例,创新性的运用詈观生态学指数评价及Gls分析等方法研究在北京降雨条件下,绿地詈观格局对绿地雨洪调蓄功能的影响,对解决城市内涝灾害具有借鉴意义。 |
| [28] | [D]. [D]. |
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| [30] | . 该文在对像元二分模型的两个重要参数推导的基础上，对已有模型的参数估算方法进行改进，建立了用NDVI归一化植被指数定量估算植被覆盖度的模型，并根据实际运用时的二种情况，提出了估算植被覆盖度的方案。然后根据研究区密云水库上游的具体特点并结合实际情况设计了模型应用的技术路线和实施方法，对研究区植被覆盖度进行了估算。通过密云流域的实地考察，利用照相法对植被覆盖度的估算结果进行了验证，估算精度达85%，表明使用此改进模型进行植被覆盖度遥感监测是可行的。 . 该文在对像元二分模型的两个重要参数推导的基础上，对已有模型的参数估算方法进行改进，建立了用NDVI归一化植被指数定量估算植被覆盖度的模型，并根据实际运用时的二种情况，提出了估算植被覆盖度的方案。然后根据研究区密云水库上游的具体特点并结合实际情况设计了模型应用的技术路线和实施方法，对研究区植被覆盖度进行了估算。通过密云流域的实地考察，利用照相法对植被覆盖度的估算结果进行了验证，估算精度达85%，表明使用此改进模型进行植被覆盖度遥感监测是可行的。 |
| [31] | [D]. [D]. |
| [32] | . Abstract Land use regression (LUR) is a promising technique for predicting ambient air pollutant concentrations at high spatial resolution. We expand on previous work by modeling oxides of nitrogen and fine particulate matter in Vancouver, Canada, using two measures of traffic. Systematic review of historical data identified optimal sampling periods for NO and N02. Integrated 14-day mean concentrations were measured with passive samplers at 116 sites in the spring and fall of 2003. Study estimates for annual mean NO and NO2 ranged from 5.4-98.7 and 4.8-28.0 ppb, respectively. Regulatory measurements ranged from 4.8-29.7 and 9.0-24.1 ppb and exhibited less spatial variability. Measurements of particle mass concentration (PM2.5) and light absorbance (ABS) were made at a subset of 25 sites during another campaign. Fifty-five variables describing each sampling site were generated in a Geographic Information System (GIS) and linear regression models for NO, NO2, PM2.5, and ABS were built with the most predictive covariates. Adjusted R(2) values ranged from 0.39 to 0.62 and were similar across traffic metrics. Resulting maps show the distribution of NO to be more heterogeneous than that of NO2, supporting the usefulness of this approach for assessing spatial patterns of traffic-related pollution. |
