【摘要】：洪水災(zāi)害是全球影響范圍最廣、對(duì)人類的生存與發(fā)展危害最為顯著的自然災(zāi)害之一,尤其近年來伴隨氣候變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,其出現(xiàn)頻率及洪災(zāi)損失均呈現(xiàn)不斷增加的趨勢。日益增長的洪水風(fēng)險(xiǎn)逐漸引起了各國政府部門的關(guān)注。英國環(huán)境署于2002年采用國家尺度洪水風(fēng)險(xiǎn)量化分析方法(NQFRAM)開發(fā)了“策略計(jì)劃風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)”,該系統(tǒng)可進(jìn)行全國范圍的現(xiàn)狀及未來洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,利用預(yù)估的未來洪水風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果,可為決策部門提供可有效降低未來洪水風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)、合理的措施。本文借鑒英國的NQFRAM方法,并考慮到國情差異、流域降雨特征、防洪設(shè)施特點(diǎn)等,對(duì)英國的NQFRAM方法進(jìn)行了改進(jìn)研究,建立了基于ArcGIS的流域尺度洪水風(fēng)險(xiǎn)量化分析系統(tǒng)。同時(shí),考慮到城市化發(fā)展進(jìn)程中社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長、土地利用變化對(duì)洪水災(zāi)害發(fā)生、洪災(zāi)損失的影響,分別定性、定量分析了城市化發(fā)展對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)的影響。主要研究內(nèi)容與成果如下: (1)以為面臨洪水災(zāi)害威脅城市的洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供度量指標(biāo)為研究的出發(fā)點(diǎn),在綜合分析影響洪水風(fēng)險(xiǎn)的城市特征,考慮指標(biāo)的可量化性及農(nóng)村和城市地區(qū)的可區(qū)分性的基礎(chǔ)上,選取人口城市化率、建成區(qū)面積率、人均年收入可支配率三項(xiàng)指標(biāo),同時(shí)利用二元比較互補(bǔ)性決策思維理論確定各指標(biāo)的權(quán)重,提出了基于洪水風(fēng)險(xiǎn)城市化水平綜合測度方法。利用該方法對(duì)太湖流域八個(gè)大中城市現(xiàn)狀年及未來三個(gè)代表年的城市化水平進(jìn)行了綜合測度,結(jié)果表明:上海、無錫、蘇州的綜合城市化水平位居前三位,由于同等洪水強(qiáng)度下,洪水風(fēng)險(xiǎn)大小取決于城市化水平,這說明在同等洪水淹沒深度條件下,該三城市面臨的洪水風(fēng)險(xiǎn)最高;八個(gè)城市現(xiàn)狀年及未來三個(gè)代表年的綜合城市化水平排序人口城市化率的排序是一致的,這說明各城市人口城市化與城市空間規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是相互協(xié)調(diào)的。 (2)從變化幅度、變化速度及變化的區(qū)域差異性等方面分析了研究時(shí)段內(nèi)研究區(qū)太湖流域各城市主要土地利用類型的變化;采用降尺度方法預(yù)測了流域內(nèi)各縣級(jí)行政單位在未來三個(gè)代表年主要土地利用類型的數(shù)量,并利用ArcToolbox工具箱進(jìn)行了空間展布。分析及預(yù)測結(jié)果表明:上海市建成區(qū)用地、耕地總變化幅度、年變化幅度最大;蘇州、湖州兩地建成區(qū)用地相對(duì)變化率、建成區(qū)用地單一土地利用動(dòng)態(tài)度最大;上海、常州兩市耕地相對(duì)變化率、耕地單一土地利用動(dòng)態(tài)度最大;流域內(nèi)各市建成區(qū)用地面積增加,耕地面積減少,建成區(qū)用地的總變化幅度最大,轉(zhuǎn)化為建成區(qū)用地的土地利用類型除包括耕地外,還有一部分林地、草地、水域、未利用土地;各市三個(gè)代表年建成區(qū)面積的空間分布圖亦表明流域內(nèi)各市未來建成區(qū)面積排序與2008年相同,說明太湖流域各城市城市空間規(guī)模的大小排序?qū)⑴c現(xiàn)狀年保持基本一致。 (3)考慮到我國水系復(fù)雜、流域間降雨條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的明顯差異性,在借鑒國家尺度洪水風(fēng)險(xiǎn)量化分析方法NQFRAM的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了流域尺度的洪水風(fēng)險(xiǎn)量化分析方法研究。結(jié)合研究區(qū)太湖流域自然地理?xiàng)l件、降雨特征、防洪設(shè)施特點(diǎn)等將NQFRAM方法應(yīng)用在太湖流域:一是不采用NQFRAM方法中根據(jù)降雨的概率密度分布函數(shù)隨機(jī)選取降雨事件進(jìn)而計(jì)算全國或地區(qū)范圍綜合洪水風(fēng)險(xiǎn)的方法,而是針對(duì)太湖流域降雨空間分布差異較大、降雨隨機(jī)性強(qiáng)、難以確定具體服從何種概率密度分布函數(shù)的特征,根據(jù)典型洪水事件的降雨及入流信息,選取相應(yīng)的水力學(xué)模型及洪災(zāi)損失評(píng)估模型計(jì)算各典型洪水事件的洪災(zāi)損失,然后通過計(jì)算有限的典型的場次洪水的風(fēng)險(xiǎn)來度量流域綜合洪水風(fēng)險(xiǎn);二是針對(duì)研究流域內(nèi)各地筑有大量圩區(qū)的現(xiàn)象,研究了圩區(qū)建設(shè)對(duì)洪水淹沒方式、洪水淹沒深度的影響,并以1999年特大洪水為例對(duì)考慮圩區(qū)影響的洪水淹沒深度進(jìn)行了模擬計(jì)算。 (4)利用ArcGIS Desktop桌面應(yīng)用環(huán)境及以ArcMap為載體的VBA二次開發(fā)環(huán)境,建立了基于ArcGIS的流域洪水風(fēng)險(xiǎn)量化分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)以典型洪水事件的風(fēng)險(xiǎn)量化為研究的出發(fā)點(diǎn),通過對(duì)流域內(nèi)各縣級(jí)行政單位社會(huì)經(jīng)濟(jì)值的空間展布、主要土地利用類型平均損失率的計(jì)算,及第四章求得的考慮圩區(qū)影響的洪水淹沒深度計(jì)算結(jié)果,以棚格為基本計(jì)算單位得出了1999年特大洪水流域內(nèi)各柵格、各縣的洪水災(zāi)害損失分布圖。通過有、無圩區(qū)工程時(shí)同一典型洪水事件流域洪災(zāi)損失的對(duì)比,得出在遭遇200年一遇洪水時(shí)圩區(qū)建設(shè)可給研究區(qū)太湖流域減少46.8636億元的洪災(zāi)損失的結(jié)論;但是從洪災(zāi)損失空間分布可發(fā)現(xiàn):各地區(qū)在本區(qū)域內(nèi)建設(shè)圩區(qū)工程、以期減少洪災(zāi)損失的同時(shí),也將洪水風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移給了鄰近區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低的地區(qū)。 (5)首先從定性角度分析了城市化發(fā)展對(duì)洪水災(zāi)害發(fā)生、洪水災(zāi)害損失大小的影響及城市圩區(qū)建設(shè)與洪水風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系,然后利用已建立的洪水風(fēng)險(xiǎn)量化分析系統(tǒng)及未來代表年研究流域內(nèi)各城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用類型變化的預(yù)測值,研究了同等洪水淹沒深度條件下城市化發(fā)展帶來的各縣級(jí)、地級(jí)行政單位及全流域洪水災(zāi)害損失的變化。太湖流域的研究實(shí)例表明:若現(xiàn)有防洪保護(hù)設(shè)施不變(即同等洪水淹沒深度條件),城市土地利用類型以現(xiàn)在的城市化發(fā)展速度變化,并且各縣級(jí)行政單位、地級(jí)行政單位的洪災(zāi)損失均呈增大的趨勢。對(duì)此,提出了減少隨著城市化及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不斷增加的洪災(zāi)損失的若干建議。 最后對(duì)全文做出總結(jié),并對(duì)有待于進(jìn)一步研究的問題進(jìn)行了展望。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：F293.2;TV122

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本文編號(hào)：2699042