漯河城市地表景观对雨洪资源时空分配的影响

论文摘要

城市地表景观布局与雨洪资源分配之间的交互耦合关系已成为风景园林学和景观生态学研究的热点课题之一。城市雨洪资源分配不均、极端性灾害现象与城市地表景观布局之间存在时空演化模式和演化路径的差异。城镇化过程城市地表景观特征改变,河流结构退化,不透水表面剧增等工程性创伤彻底改变了城市自然水文过程,是引起城市内涝与水资源短缺并存的重要原因。发达国家学者对雨洪资源分配研究和实践累积了大量经验,为我国相关研究提供了基础。但各国发展历史阶段、社会背景、地理环境等存在差异,因此需要针对我国城市雨洪资源分配的特征问题进行深入探讨。漯河位于淮河支流沙河、澧河和颍河三条流域性骨干河道交汇咽喉地带,河南省的暴雨中心下游,雨洪灾害频发,具有北方平原河网城市的典型特征。本研究以漯河地区城镇化过程中城市流域河流景观结构演变特征,中心城区地表径流空间分布特征和城市街区易积水区域和不易积水区域景观格局特征为研究对象,根据不同尺度研究的数据精度要求逐层递进定性、定量、定位分析城市地表景观特征要素对雨洪资源分布过程的影响。结果以图示语言表达,提出相应的策略。结果总结如下:（1）1999年至2016年漯河市年水资源总量占同年降雨量百分比与建成区面积变化呈显著负相关（sig.-0.537*,P=0.021）,表明漯河建设用地的扩大是影响当地水资源总量下降的原因之一;2010、2013、2015、2017年,20个雨量站点插值分析,降雨中心沿沙澧河、颍河、吴功渠、洪汝河等主要河流沿线分布;当地7种土壤类型中,渗透性较好的黄褐土沿沙澧河和颍河分布;多年年平均地面蒸发量807.5mm,地面蒸发量年内分配不均,夏季蒸发量大而冬季小,多年夏季（5至8月）平均蒸发总量占多年平均年蒸发总量的51.2%;漯河境内河流81条,过境河流丰富但湖泊、湿地不足,超采地下水导致当地水资源短缺。（2）1988年至2017年漯河河流单位网格密度呈聚集特征,空间聚类显著距离增大而聚集性逐渐下降,由高密度向低密度转化。河流间相互作用减弱、空间依赖性降低,河网结构由多核心分布向单一核心转变,支流水系、小型河道逐渐消失;水域面积下降,转化率23.60%,主要影响要素为城市建设用地面积增加;河流数量和长度总体下降,河流等级越高,河流数量越少、长度越短,低级河流减少,高级河流向低级河流转化,呈显著等级递变趋势。（3）漯河中心城区建设用地持续增长,呈聚集特征,中心结构紧密而外围多核心分布,但空间聚集性逐渐下降表现出离心发展趋势。土地覆盖/利用（LUCC）呈现递变特征,由中心向边缘,建设用地比例逐级降低,绿地面积减少,农田面积增加;中心城区总径流量TR、径流系数RC、径流体积RV和峰值流量TP,Moran’s I系数显示,TR、RC为0.338（p<0.001）、RV为0.142（p<0.001）、TP为0.101（p<0.001）呈显著集聚。TR和RC空间分布一致由城市中心向边缘递减,RV和TP空间分布一致,受汇水区面积影响较大;通过最小耗费距离分析,潜在地表径流数491820条,具有连通性和方向性,能直观展示径流分配的过程与路径。通过重力模型（gravity model）筛选,重力强度18.93是全汇水区连接的最大阈值,随重力强度增加,子汇水区间潜在径流路径逐渐断开,能够显示出径流分布的重要区域和径流形成的先后顺序。潜在地表径流密度与产流分布呈极显著正相关（r=0.602**,p=0.000<0.01）,表现显著聚集性,由城市中心向边缘递减。（4）漯河城市街区透水地表景观渗透能力随降雨强度的增加而降低,Hortonian流的阈值为21mm/h。建筑用地和道路用地景观是漯河城市易积水区的主要景观要素。建筑用地和道路用地的PLAND和LSI是引起局部积水与否的关键景观格局指标。透水景观的PLAND、MPS、LSI和CONNECT对城市积水有一定的调节作用。渗透景观的PLAND和MPS对缓解城市积水有显著作用,而LSI和CONNECT不显著。DC样方与FC样方中绿地CONNECT存在显著差异且DC样方高于FC样方,说明具有良好连通性的城市绿地对缓解城市雨洪灾害有积极地作用。（5）本研究提出了漯河城市流域生态敏感区域保护策略,通过地形地貌因子、自然环境因子、建设因子的叠加分析,确定不同生态敏感区域并提出控制指引;针对漯河市中心城区雨洪资源的管理提出采取地表径流优先管理等级和优化网络构建策略,根据产流等级、积水等级和径流密度分布等级,综合优先管理等级和区域,再根据径流分布路径明确保护重点对关键位置进行改造;城市街区LID改造,以优先管理区域和径流分布路径为支撑,能够有的放矢的进行关键点的控制,实施精准改造。

论文目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 发达国家和地区雨洪资源时空分配研究进展

1.1.1 流域雨洪资源分配与生态修复

1.1.2 雨洪资源分配与收集

1.1.3 雨洪资源分配与蓄存

1.1.4 雨洪资源再分配与引导

1.1.5 雨洪资源分配模型系统开发和模拟

1.2 发达国家和地区雨洪资源分配历史与实践

1.3 中国城市雨洪资源分配历史与研究

1.3.1 中国古代城市雨洪分配的生态智慧

1.3.2 中国当代雨洪资源分配与利用研究

1.3.3 中国城市雨洪资源分配发展历程

1.4 城市雨洪资源分配相关问题的提出

1.4.1 城市洪涝灾害频发与水资源紧缺并存

1.4.2 可持续雨洪资源分配必由之路

1.4.3 研究主题与内容的梳理与思考

1.5 漯河市城市变迁和面临的雨洪资源问题

1.5.1 依水建城-先秦时期早期城市的出现

1.5.2 随水变迁-历史时期城市发展

1.5.3 漯河市当下面临雨洪资源问题

2 重要概念及研究目的、意义、对象和内容

2.1 重要概念界定

2.1.1 城市地表景观

2.1.2 雨洪资源

2.1.3 城市流域

2.1.4 中心城区

2.1.5 城市街区

2.1.6 雨洪景观格局

2.1.7 城市绿地

2.2 研究目的

2.3 研究意义

2.4 研究对象

2.5 研究内容

2.6 技术路线

3 城市地表景观与雨洪资源时空分配的关系

3.1 城市流域景观对雨洪资源分配的影响

3.1.1 城市流域单元及影响

3.1.2 河流结构稳定性

3.2 中心城区地表景观对雨洪资源分配的影响

3.2.1 中心城区雨洪资源分配的特点

3.2.2 中心城区开发对雨洪资源分配的影响

3.3 城市街区景观对雨洪资源分配的影响

3.3.1 单体要素

3.3.2 空间组合

3.4 小结

4 漯河市自然资源调查与GIS数据库建立

4.1 漯河市自然资源调查

4.1.1 漯河降雨量和降雨分布

4.1.2 漯河平均地表蒸发量统计

4.1.3 漯河水资源调查

4.1.4 漯河土壤类型及分布

4.2 GIS数据库建立

4.3 小结

5 漯河城市流域河网水系形态结构演变特征

5.1 区域概况与研究范围

5.2 数据来源与研究方法

5.2.1 数据来源

5.2.2 研究方法

5.3 结果与分析

5.3.1 最适单元网格河流密度空间分析

5.3.2 河流水系面积演变特征分析

5.3.3 河流等级和数量演变特征分析

5.4 小结

5.4.1 河流网格由高密度逐渐向低密度转化

5.4.2 河流面积逐渐下降,向其他用地转化

5.4.3 河流数量减少,高级河流向低级转化

6 漯河市中心城区地表景观对雨洪资源分配的影响特征

6.1 区域概况与研究范围

6.2 数据来源

6.2.1 中心城区土地覆盖/利用（LUCC）变化数据

6.2.2 中心城区雨洪景观格局数据

6.2.3 中心城区地表径流分配路径与网络数据

6.3 研究方法

6.3.1 中心城区土地变化特征分析方法

6.3.2 中心城区雨洪景观格局综合定量化分析方法

6.3.3 中心城区地表径流分配路径、网络特征及验证方法

6.4 结果与分析

6.4.1 中心城区土地变化特征

6.4.2 中心城区雨洪景观格局综合定量化特征

6.4.3 中心城区潜在地表径流路径分布特征

6.5 小结

6.5.1 漯河市中心城区土地变化特征分析

6.5.2 漯河市中心城区雨洪景观格局特征分析

6.5.3 漯河市中心城区地表径流分配路径特征分析

7 漯河城市街区景观格局的水文效应特征

7.1 漯河市城市街区尺度分析

7.1.1 数据来源

7.1.2 漯河城市街区景观格局尺度范围

7.1.3 漯河城市街区景观格局适宜尺度

7.2 研究方法

7.2.1 城市街区径流曲线数（CN系数）对比分析

7.2.2 城市街区景观格局Welch方差分析

7.3 结果与分析

7.3.1 城市街区DC样方与FC样方地表渗透率对比分析结果

7.3.2 城市街区景观格局Welch方差分析结果

7.4 小结

7.4.1 城市街区DC样方与FC样方地表渗透率对比分析

7.4.2 城市街区DC样方与FC样方景观格局Welch方差分析

8 基于多尺度雨洪资源分配的规划策略

8.1 漯河可持续雨洪资源规划策略

8.1.1 基于漯河城市流域的水生态敏感区域优化策略

8.1.2 漯河中心城区地表径流区域性管理和径流网络的优化策略

8.1.3 城市街区微观尺度LID精细化设计策略

8.2 基于雨洪资源分布特征的管理控制指标

8.2.1 城市流域补充结构控制指标

8.2.2 中心城区补充空间统计指标

8.2.3 城市街区景补充景观格局指标

8.3 基于漯河雨洪资源分配策略的案例分析

8.3.1 漯河城市流域的水生态敏感区域保护

8.3.2 漯河中心城区地表径流优先管理等级和优化网络构建

8.3.3 漯河城市街区LID设计

8.4 小结

8.4.1 优化策略与指标补充

8.4.2 基于雨洪资源分配策略的案例分析

9 结论与展望

9.1 全文结论

9.2 论文创新点

9.3 展望

参考文献

文章来源

类型: 博士论文

作者: 白天

导师: 田国行,何瑞珍

关键词: 漯河市,城市地表景观,雨洪资源,多尺度,空间分析,规划策略

来源: 河南农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 资源科学,水利水电工程,建筑科学与工程

单位: 河南农业大学

分类号: TU984.2;TV213.9

DOI: 10.27117/d.cnki.ghenu.2019.000091

总页数: 139

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