第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
在气候变化和城市化不断发展的背景下，洪涝灾害在全球范围内频繁发生，其导致的死亡人数不断增多。根据全球紧急事件数据库（EM-DAT）计算统计，在 2019 年，全球洪涝灾害发生次数占所有自然灾害发生次数总量的 49%，受其影响的人数占受所有自然灾害影响人数总量的 32.7%，其所造成的死亡人数占受所有自然灾害死亡人数总量的 43.5%，其所造成的经济损失占因受所有自然灾害造成经济损失总量的 35.7%（CRED, 2020）。2019 年洪涝灾害发生的次数相较于 2009～2018 年平均水平（十年内平均每年发生的次数），其洪涝灾害发生的次数增多 45 次，因为受到洪涝灾害而造成的死亡人数增加 197 人（CRED, 2020）。暴雨内涝是洪涝灾害的一种。当处于城市区域内的降雨量超过城市地区的路面、管道等的排水能力时，非常容易出现城市暴雨内涝，会对居民正常的生产生活产生影响（Yang et al., 2015; Paron, 2014）。中国是处于快速城市化阶段的发展中国家，同时也是其城市暴雨内涝频频出现的国家。据统计，在 2008～2010 年间，中国有多达 74.6%的城市出现过城市内涝积水，其积水深度大于 50 mm（谢映霞, 2013）。对于城市暴雨内涝出现的比率，中国城市每年至少出现一次的城市数量比率是 62%（谢映霞, 2013）。当城市地区出现暴雨内涝时，会影响城市安全稳定的运行，也会影响城市的可持续发展。暴雨内涝不仅会影响居民正常交通出行，也会对居民的生命财产带来威胁，比如居民建筑物进水受损，会造成室内财产损失（ten Veldhuis et al., 2011; 石勇, 2015）。暴雨内涝会对城市环境造成污染，比如污染道路（ten Veldhuis et al., 2011）。当暴雨内涝较为严重，内涝积水较深时，暴雨内涝的灾害影响会大大增加。
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1.2 国内外研究进展
1.2.1 土地利用/覆被变化的暴雨内涝灾害效应
土地利用是指人类根据土地的特点，按一定的经济与社会目的，采取一系列生物和技术手段，对土地进行长期性或周期性的经营活动，是将土地的自然生态系统转变为人工生态系统的过程（Lambin et al., 2013; 谢平等, 2010; 于新晓等, 2010）。土地覆被是指地表自然形成的或者人为引起的覆盖状况，它强调土地的自然属性以及人类活动的结果（Lambin et al., 2013; 谢平等, 2010; 于新晓等, 2010）。土地利用是土地覆被变化的外在驱动力，而土地覆被又会反过来影响土地利用的方式，两者在地表构成了一个统一的整体（谢平等, 2010）。全球变化研究中因两者联系紧密，常结合起来给予关注。国际地圈-生物圈计划（IGBP）和全球环境变化中的人文领域计划（HDP）自 1995 年提出土地利用/覆被变化（Land Use-Cover Change, LUCC）研究计划后，土地利用/覆被变化研究一直是国内外学者的研究热点，其中土地利用/覆被变化所带来的环境效应越来越受到重视（谢平等, 2010）。土地利用/覆被变化对流域的水文过程和水资源量有着重要的影响。土地利用/覆被变化对流域的水文过程和水资源量的影响主要体现在蒸散发、产汇流、洪涝灾害三个方面（谢平等, 2010）。土地利用/覆被变化影响雨水的截留、填洼、下渗、蒸散发等水文要素及其产流过程，并进而影响流域出口断面的流量过程，改变流域洪涝灾害发生的频率和强度（万荣荣等, 2005; 谢平, 2010）。土地利用/覆被变化是暴雨内涝灾害产生的原因之一，土地利用/覆被变化的水文效应目前已多有研究（Feng et al., 2021; Du etal., 2015a; Du et al., 2015b; 罗伟林等, 2021; 孙占东等, 2019; 杨柳等, 2015），但对于其暴雨内涝灾害效应研究较少，缺乏其对暴雨内涝灾害影响的深入研究，可通过灾害风险理论进行探讨暴雨内涝灾害效应如风险分析和评估的研究。
图 3-1 研究区影像预处理结果图
第2章 研究区、数据与方法
2.1 研究区概况
长三角区域一体化发展是我国国家发展的重大战略。而长三角生态绿色一体化发展示范区是落实这一战略的地理核心区域，是这一区域更高层次、更高质量发展的战略先行区。长三角生态绿色一体化发展示范区位于上海市、江苏省、浙江省三地交界处。该区共包括 2 区 1 县，即上海市青浦区、江苏省苏州市吴江区、浙江省嘉兴市嘉善县，面积约 2300 km2。长三角生态绿色一体化发展示范区整体地势低，起伏不大。该区位于长江三角洲平原河网地区，处太湖流域下游，黄浦江上游，区域内河湖众多，水系众多。该区处中纬度地区，属于亚热带季风气候区，气候温和湿润、四季分明，雨量充沛，受梅雨和台风暴雨影响较大，雨季较长，为雨热同步变化的区域，年降雨量在 1000 mm 以上，年平均气温在 14.6～17 ℃（许有鹏, 2012）。
青浦区位于长三角生态绿色一体化发展示范区东部，总面积 669.7 km2。青浦区属太湖水系，境内河港纵横，湖塘密布，地表水及地下水资源丰富。淀山湖在青浦境内面积为 46.7 km2，约占 75.4%（左倬, 2010）。由于土壤母质的沉积和变化，水动力条件和水体中泥沙组成不一，青浦区构成由东北向西南逐渐低下的地形，构成平原众多碟形小洼地（地方志编纂委员会, 2012）。土壤类型主要有青黄土、青紫土等土属（董鹏宇, 2019）。青浦冬夏两季的平均天数占全年天数的三分之二，春秋两季的平均天数占全年天数的三分之一。1986～2000 年间，青浦区年平均气温 16.1 ℃。其中 7 月最热，月平均气温 27.8 ℃。1 月最冷，其月平均气温 4.2 ℃。全年无霜期平均为 236 天。1986～2000 年，年平均降水量是 1178.4 mm，比 1959～1985 年年平均降水量多 122.0 mm。其中 6月、7 月、8 月降水量最多，平均分别为 195.2 mm、168.5 mm、168.7 mm；11 月、12 月降水量最少，平均分别为 47.4 mm 和 31.7 mm。年际和月际的降水差异较大。1986～2000 年，年平均降水日数 134 天；降水日最多的年份是 1990年，为 150 天；最少的年份是 1995 年，为 119 天。梅雨（或称黄霉雨）是初夏阶段较集中降的雨。1990 年以来，梅雨期的降水量明显增多，且降水强度加大（地方志编纂委员会, 2012）。
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2.2 数据与预处理
本研究所用数据为 1990～2010 年土地利用/覆被数据、2020 年 Landsat 8遥感影像数据、2020 年高分辨率卫星影像、土壤数据、2019 年建筑数据、2020年住宅用地数据、2020 年房价数据、CoastalDEM 数据以及 2019 年行政区划数据。土地利用/覆被数据来源于刘纪远团队，可在中科院资源环境科学与数据中心下载，其网址是（http://www.resdc.cn/）。其一级土地利用/覆被分类综合评价精度可到 90%以上，其数据格式为 shp 矢量数据。Landsat 8 遥感影像数据来源于美国地质调查局（United States Geological Survey, USGS），其数据下载网址是（https://earthexplorer.usgs.gov/）。（下载编号是 LC08_L1TP_118038_20200512_20200526_01_T1、LC08_L1TP_119038_20200503_20200509_01_T1、LC08_L1TP_119039_20200503_20200509_01_T1）。影像云量均小于 1%。其数据格式为 tif 数据。高分辨率卫星影像下载于水经注万能地图下载器 X3，其空间分辨率可达 2 米。中国土壤类型空间分布数据可在中科院资源环境科学与数据中心下载。建筑数据下载于万能地图下载器 X3。住宅用地数据来源于宫鹏团队，其数据下载网址是（http://data.ess.tsinghua.edu.cn）。房价数据来源于安居客网页，通过浏览器 F12 键选点获取。数据由经纬度、房价组成，共有 321 个点。在 ArcGIS 中对住宅建筑区域房价点进行克里金插值，得到房价面数据。CoastalDEM数据来源于 Climate Central,其网址是（https://go.climatecentral.org/coastaldem/），空间分辨率为 90 m。行政区划数据可在国家基础地理数据中心下载。
以上所获取的数据皆通过 ArcGIS 或 ENVI 软件处理至研究区空间范围。相关操作有表格数据、shp 数据、tif 数据格式输入转换、叠加以及裁剪操作（汤国安等, 2012; 邓书斌等, 2014）。
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第 3 章 土地利用/覆被变化及地表径流响应.............................13
3.1 土地利用/覆被现状遥感解译 ................13
3.1.1 数据预处理 ...................13
3.1.2 图像分类 .........................13
第 4 章 暴雨内涝灾害风险研究........................26
4.1 暴雨情景构建 ..........................26
4.2 淹没水深................................27
第 5 章 结论与展望.............................33
5.1 结论 ...................33
5.2 创新点 ...........................34
第 4 章 暴雨内涝灾害风险研究
4.1 暴雨情景构建
以上一章计算出的不同重现期下的暴雨强度结果，构建暴雨情景，结合SCS 模型进行暴雨径流深度计算。分别计算研究区 2020 年暴雨重现期为 2、5、10、20、50、100 年下的径流深度和平均径流深度。经过制图表达和统计后，结果见图 4-1、表 4-1。
.......图 4-1 2020 年研究区不同暴雨重现期径流深度图
研究发现，研究区地表平均径流深度随着暴雨重现期的增加而增加。重现期由两年一遇增至五年一遇时，平均径流深度增加 10.8 mm；重现期由五年一遇至十年一遇时，平均径流深度增加 8.5 mm；重现期由十年一遇增至二十年一遇时，平均径流深度增加 8.6 mm；重现期由二十年一遇增至五十年一遇时，平均径流深度增加 11.6 mm；重现期由五十年一遇增至百年一遇时，平均径流深度增加 8.9 mm。重现期由两年一遇增至百年一遇时，地表平均径流深度由 28.4mm 增至 76.8 mm，共增加 48.4 mm。
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第 5 章 结论与展望
5.1 结论
本文基于 1990～2010 年土地利用/覆被数据以及 2020 年 Landsat 8 遥感数据解译所得土地利用/覆被数据，对长三角生态绿色一体化发展示范区 1990～2020 年土地利用/覆被进行时空变化和转移矩阵分析，然后通过 SCS 模型以设计暴雨重现期 100 年，暴雨持续时间 1h 为例，来研究地表径流深度对土地利用/覆被变化的响应。接着构建研究区重现期 2、5、10、20、50、100 年暴雨情景以及对研究区高程进行修正，通过 SCS 模型、等体积法计算淹没水深，并进行空间制图表达和统计分析。最后以研究区住宅建筑为例，进行暴雨内涝风险评估，构建了研究区暴雨内涝住宅建筑超越概率—损失曲线，得到研究区住宅建筑暴雨内涝年均期望损失即风险值。研究可为城市规划、海绵城市建设，以及防灾减灾提供参考，具有现实意义。主要研究结论如下：
（1）分析 1990～2020 年研究区土地利用/覆被变化。该区 30 年来土地利用/覆被变化较为明显，主要表现为耕地（其占比由 69.2%下降至 29.4%）减少，建设用地（其占比由 10.4%增加至 42.9%）增多。该区林地、草地、水域变化相对较少。自 1990 年至 2020 年，青浦区、吴江区、嘉善县三地建设用地类型多成片增加，其增加的空间位置主要分布在青浦区北部区域、吴江区北部和东南部区域、嘉善县中南部区域。研究同时发现吴江区南部地区林地增加较为集中。对于长三角生态绿色一体化发展示范区耕地类型转换为建设用地类型，自1990 年至 2020 年，耕地不断转换为建设用地，且转换面积数量以每间隔十年来看是不断增加的。即 1990 年至 2000 年、2000 年至 2010 年、2010 年至 2020年、1990 年至 2020 年研究区耕地类型转换为建设用地类型，其面积转换值分别 44 km2、292.9 km2、485.5 km2、767 km2。以研究区 1990 年至 2020 年来看，后十年（2010 年至 2020 年）耕地类型转换为建设用地的面积数量是前十年（1990 年至 2000 年）转换面积数量的 11 倍。耕地类型转为建设用地类型的面积量对于建设用地类型转入总面积量的贡献，以研究区 1990 年至 2000 年、2000 年至 2010 年、2010 年至 2020 年、1990 年至 2020 年分阶段来计算，得到其贡献率分别为 98.0%、93.2%、83.9%、90.1%。这一结果说明耕地类型的转换量对于建设用地类型总的转入量的贡献，以十年为间隔来看虽是不断下降的，但其值仍然高达 80%以上，耕地类型的转入仍是建设用地转入的主导因素。这一结果也意味着其它用地类型转为建设用地的贡献在增加。
参考文献（略）