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快速城镇化发展在提高人民生活水平、促进社会经济发展的同时,也带来了生态环境恶化、河流水系枯竭、水灾加剧等一系列问题。在经济发达的平原河网地区,由城镇化所引起的极端环境事件已经威胁到人民正常的生产生活,限制了区域的可持续发展,同时也引起了社会的广泛关注。因此,围绕河流水系结构功能、连通程度、水文情势和洪涝风险等方面开展研究具有迫切性与实用性。 鄞奉平原处于浙江省境内,社会经济发展水平较高。在以城镇化为代表的高强度人类活动干扰下,河流水系变迁加快,区域水环境水生态问题日益加剧,水灾影响也不断加大。因此,对鄞奉平原围绕河流水系结构功能、连通性、水文过程和洪涝风险展开相应研究,有重要的理论意义与实际价值。 本文以甬曹浦地区境内鄞奉平原为典型研究区,基于自然地理学、地理水文学、随机水文学、河流地貌学等学科理论,综合运用地理信息技术和遥感技术、地学统计方法、时间序列分析法以及自然地理综合分析法等方法,进行了土地利用/覆盖变化、河流水系结构功能、连通性、水文特征和洪涝风险等方面的研究,并探讨了以城镇化为代表的人类活动对水系变迁、水文情势和洪涝风险的影响,为区域变化环境下河流水系管理、保护、水利规划和防洪排涝,以及城市可持续发展战略措施提供参考借鉴和数据支持。本文主要研究内容和成果如下: (1)鄞奉平原土地利用/覆盖变化研究。以土地利用图和遥感影像图为基础,解译分类提取城市建设用地、农业用地和水体三种地类。把鄞奉平原按水利区划分为鄞西水系平原区和鄞东水系平原区,按城镇化发展程度分为较快城镇化发展区和较快城镇化发展区。统计鄞奉平原总体、各水利片区和城镇化发展程度不同区域各类地类在1990年、2003年和2010年三期的面积,并制定土地利用变化评价指标,评价其变化幅度、年均变化率、土地利用动态度、城市土地扩展强度指数和土地利用结构信息熵。结果显示在城镇化过程中,城镇建设用地和农业用地间的置换强烈,鄞奉平原建设用地在20年总体增长226.53%,农业用地在20年总体减少71.67%,水体面积总体减少19.47%,城镇建设用地高度扩张,土地利用结构混乱度增加。 (2)城镇化影响下鄞奉平原河流水系结构和功能变化研究。对1990年、2003年和2010年三期数字水系的结构和功能指标进行评价。结果表明鄞奉平原水系在20年中长度、面积缩减,结构单一化、简单化,河道连通性下降,调蓄能力弱化,且在城镇化发展程度愈高的区域,变化愈明显。Pearson相关性检验表明用地类型面积、水系一般特征指标和水系连通性指标均与鄞奉平原城镇化率高度相关。 (3)以城镇化发展和水利建设为代表的人类活动对鄞奉平原水文情势的影响研究。以60年代至2007年日降雨和日水位数据为基础,分析年雨量、汛期雨量和枯期雨量的变化趋势、距平百分率,并用R/S分析法预测城镇化发展不同程度地区未来降雨变化趋势以及降雨差异趋势。然后分析比较不同发展程度区域降雨变化幅度、降雨系数和弹性系数,以及城镇化对区域降雨类型的影响。用t检验、K-S检验、回归分析法、RVA水文变异分析等方法分析河网水位变化趋势、过程和变异程度,以及水文连通性的变化。最后定量分析降雨和和人类活动对水位变化的影响。 结果表明近45年降雨和水位对高强度人类活动干扰发生响应。年降雨量表现出上升趋势,年降雨量、汛期和枯期降雨量距平百分率在1980s或1990s达到最大值;t检验表明两个城镇化发展程度不一的站点降雨差异明显,且R/S分析表明未来两个站点降雨量增加趋势以及降雨差异保持增长;随着城镇化发展,增雨系数不断加大,且汛期降雨弹性系数最大,说明降雨变化程度与城镇化发展程度正向相关,且对汛期雨量影响最大;年均大雨和暴雨雨型数增多,城市雨岛效应加剧。日水位数据离散程度高,且不满足正态分布,年均水位总体上呈现上升趋势;RVA水文变异分析表明在水利工程调度调节下,水位极端变化趋于稳定;水文连通性在上世纪90年代也呈现先下降后逐渐恢复的趋势,城市化快速发展时期2~4月连通性改善较大。综合分析降雨、水位、人类活动的关系得黄古林站降雨和人类活动在城市化快速发展时期对水位变化的贡献率分别为79%和21%。 (4)甬曹浦区域洪涝风险评价以及城镇化发展背景下洪涝风险变化评价。根据甬江、曹娥江和浦阳江流域自然条件和社会经济发展状况,基于GIS技术和层次分析法,在时间和空间上评价城镇化对洪涝风险的影响。洪涝风险最大的区域经济也较发达,例如宁波市辖区,杭州市萧山区。在时间上,洪涝风险与城镇化发展程度相关,与1991年-2001年相比,洪涝风险在2001年-2006年而变化加剧。