石 怡，許有鵬，蔡 娟

（南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院，南京210093）

城市化是一個復(fù)雜的空間形態(tài)變化和社會經(jīng)濟發(fā)展過程?？焖俪鞘谢M(jìn)程下，人類活動加劇，城市下墊面性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)變化，加劇了城市的防洪壓力。同時伴隨城市不透水面的不斷增加、區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不合理布局以及城市管網(wǎng)排水的脆弱現(xiàn)狀，現(xiàn)有排水能力難以應(yīng)付較大暴雨，發(fā)生洪澇的可能性進(jìn)一步增大，城市化對洪水風(fēng)險影響正日趨受到人們關(guān)注。

美國、日本等發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)50，60年代就開始開展洪災(zāi)風(fēng)險研究［1］，我國的洪澇災(zāi)害風(fēng)險研究始于20世紀(jì)80年代中期［2－5］。目前，關(guān)于洪澇災(zāi)害風(fēng)險評價，主要采用地貌學(xué)方法［6］、水文水力學(xué)模型與系統(tǒng)仿真模擬方法［7－8］、基于歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)的方法等［9］。雖然研究方法不斷完善，但目前已有研究中較少以城市化為背景來開展。為此本文以長江下游秦淮河流域為典型，探討城市化對洪澇災(zāi)害風(fēng)險的影響。近年來秦淮河流域中下游城市化快速崛起，選取該流域開展城市化對洪澇災(zāi)害風(fēng)險研究具有較好的典型性，其研究將為城市化地區(qū)防洪減災(zāi)提供借鑒和參考。

1 研究區(qū)概況

秦淮河流域地處長江下游南京河段南岸，為感潮河網(wǎng)地區(qū)。秦淮河有溧水河、句容河兩源，兩源在江寧區(qū)西北村匯合為秦淮河干流。干流長約34 k m，流域集水面積2 631 k m2。秦淮河流域是一典型山間盆地，沿河兩岸是低洼圩區(qū)，地面高程6～8 m，圩區(qū)后是丘陵山區(qū)，地面高程300 m以下。流域位于亞熱帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，降水豐沛。秦淮河中下游地區(qū)由于地勢平坦，平原區(qū)洪澇水相互交織，外洪頂托、內(nèi)澇難排，共同導(dǎo)致該平原區(qū)洪澇災(zāi)害風(fēng)險高、防汛壓力大。改革開放30多年來，秦淮河中下游地區(qū)經(jīng)歷了快速城市化階段，2000年流域人口城市化水平已達(dá)59．3%。隨著流域內(nèi)城市的擴展和開發(fā)區(qū)的建設(shè)，流域下墊面結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，水體面積減小，不透水面大幅增加。另一方面，研究區(qū)內(nèi)管網(wǎng)排水能力較脆弱，排澇標(biāo)準(zhǔn)偏低，一旦遇到較大降雨，往往雨水就會滯留雍高，給流域人民生命和財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。為分析秦淮河中下游平原區(qū)洪澇給南京市主城區(qū)和江寧大部分區(qū)域帶來的風(fēng)險和影響，本文選取以秦淮河干流和秦淮新河為主干河道、自前垾村向下游直至長江河口，面積為564．8 k m2的秦淮河中下游泛平原地區(qū)為研究區(qū)。

2 資料和方法

本文以秦淮河中下游地區(qū)的2003年1∶50 000數(shù)字地形圖，1994年、2001年和2008年三期遙感圖為數(shù)據(jù)源，參考《南京統(tǒng)計年鑒》獲取社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)。

從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境的自然屬性和承災(zāi)體的社會屬性［10］兩方面出發(fā)，選取降水、過境洪水、地形、區(qū)內(nèi)水系和不透水面作為洪澇災(zāi)害危險性評價因子，人口密度、單位面積地區(qū)生產(chǎn)總值、固定資產(chǎn)投資和工農(nóng)業(yè)增加值為洪澇災(zāi)害易損性評價因子，綜合利用Arc GIS的疊加、內(nèi)插和表面分析等空間分析功能和專家賦值法、層次分析法及因子疊加法，分別從時、空維度分析城市化對洪澇災(zāi)害風(fēng)險的影響。空間維度上，評價以2008年為代表的快速城市化背景下洪澇災(zāi)害危險性和易損性的空間分布，綜合兩者，得到洪災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃；時間維度上，以1994－2001年、2001－2008年為研究期，評價城市化過程引發(fā)的洪澇災(zāi)害危險性和易損性變化分布，最終得到該區(qū)洪澇災(zāi)害風(fēng)險變化的空間布局。技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 洪澇災(zāi)害風(fēng)險評價技術(shù)路線圖

3 秦淮河中下游城市化下洪澇災(zāi)害風(fēng)險評價

秦淮河中下游地區(qū)在快速城市化過程中，受人口聚集程度、經(jīng)濟發(fā)展水平等影響，同一時期，不同區(qū)域的城市化速度有所差別，城市化水平空間分布不均，有必要從空間維度評價城市化帶來的洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)域差異。

3．1 洪澇災(zāi)害危險性評價

3．1．1 致災(zāi)因子

（1）降水對洪澇災(zāi)害危險性的影響。降水是誘發(fā)洪澇災(zāi)害最重要的致災(zāi)因子。降水越大，洪澇災(zāi)害危險性越大。本文從該流域1960s以來歷年洪水過程中，選取1983年長江型洪水、1991年和1996年流域型洪水及2003年和2007年區(qū)域型洪水共5 a災(zāi)害損失嚴(yán)重的典型洪水和14個雨量站的降水?dāng)?shù)據(jù)作為研究基礎(chǔ)，計算各典型年的逐日面平均降水量［11］，得出最大7日、15日和30日面平均降水量及出現(xiàn)時間，并對比各水位站最高水位出現(xiàn)日期，選取典型洪澇年份的最大7日平均降水量作為秦淮河流域的致災(zāi)因子雨量指標(biāo)［12］。

將面雨量的克里金空間內(nèi)插結(jié)果經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化得到圖2a所示的典型年降水對洪澇災(zāi)害的影響分布圖。降水影響的高值區(qū)分布在前垾村－東山－秦淮新河閘一線，向東北和西南方向遞減。該區(qū)域的低平地勢、不同下墊面和顯著的城市化進(jìn)程均會對氣象產(chǎn)生反饋作用，導(dǎo)致降水量增加。研究區(qū)西部的地勢相對較高，“迎風(fēng)坡降水機制”表現(xiàn)顯著；隨著城市化進(jìn)程加劇，研究區(qū)的下墊面發(fā)生變化，建設(shè)用地比重增大，耕地及水域縮減，導(dǎo)致下墊面的熱力學(xué)性質(zhì)改變，極大地影響了城市氣候，產(chǎn)生并強化了“熱導(dǎo)效應(yīng)”和“雨島效應(yīng)”，最終反饋為降水量的變化。

（2）過境洪水對洪澇災(zāi)害危險性的影響。秦淮河流域地處長江下游，受長江干流洪水頂托明顯。當(dāng)長江汛期水位較高時，長江洪水的頂托導(dǎo)致秦淮河洪水不能順利下泄、排水不暢，使得流域內(nèi)各干支流水位得到抬升。

中華民族遠(yuǎn)古不同的部落有不同的圖騰，在部落融合的過程中，其圖騰也實現(xiàn)融合。中華民族主要圖騰龍和鳳均是融合了諸多動物元素的產(chǎn)物。良渚人對鳥的崇拜應(yīng)看成是中華民族鳳崇拜的先聲。

本文綜合考慮了秦淮河中下游地區(qū)的地理區(qū)位和洪水淹沒的可能深度，選取研究區(qū)與長江主干河道的距離和典型洪水淹沒情景下洪水水位與地面高程之差作為指標(biāo)［5］，得到兩者對研究區(qū)洪澇災(zāi)害危險性的影響分布，標(biāo)準(zhǔn)化后疊加得到過境洪水對洪澇災(zāi)害危險性的影響區(qū)劃圖（圖2b）。

除了西南和東北角有幾個相對低值區(qū)，過境洪水淹沒導(dǎo)致的洪澇災(zāi)害危險性普遍較大，距離長江越近，危險性越大。區(qū)內(nèi)地勢低洼、坡度平緩，水位高、徑流量大，加上河道縮窄嚴(yán)重，共同導(dǎo)致行洪緩慢，從而產(chǎn)生較大的洪澇災(zāi)害危險性。西南和東北角分布有低山，危險性相對較小。

3．1．2 孕災(zāi)環(huán)境

（1）地形對洪澇災(zāi)害危險性的影響。地形對洪澇災(zāi)害危險性的影響體現(xiàn)在高程和坡度變化兩方面。本文利用數(shù)字地形圖生成DEM和坡度分布，標(biāo)準(zhǔn)化后疊加得到圖2c所示的地形對洪澇災(zāi)害危險性的影響分布。

地形和坡度對洪澇災(zāi)害的影響基本一致。大部分區(qū)域地勢低平、地形變化小，洪澇災(zāi)害危險性很高。秦淮河干流兩側(cè)的危險性最高，距干流越遠(yuǎn)，危險性越弱。西部和東北部地勢相對高、地形變化大，洪澇災(zāi)害危險性較小。

（2）水系對洪澇災(zāi)害危險性的影響。秦淮河干流自西北村北流，在東山街道分為兩支：北支繞城南、城西至三汊河入長江，西支為秦淮新河，經(jīng)西善橋至金勝村入長江。

平原區(qū)地勢低平，距離水體越近，洪澇災(zāi)害危險性越大。本文經(jīng)遙感圖解譯提取出水體部分，選取水面率和主干河道的緩沖區(qū)兩個指標(biāo)研究水系對洪澇災(zāi)害危險性的影響［9］。利用格網(wǎng)法計算水面率；并分別對干流、一級支流和較大湖泊建立不同寬度的的二級緩沖區(qū)［5］。綜合兩者得到水系對洪澇災(zāi)害危險性的影響分布圖，如圖2d所示。

（3）不透水面對洪澇災(zāi)害危險性的影響。秦淮河中下游地區(qū)的城市化進(jìn)程迅速，不透水面擴張顯著。隨著不透水面的增大，洪峰時間提前，洪峰流量增大，洪水危險性加大。本文采取了格網(wǎng)化方法，得到圖2e所示的不透水面密度對洪澇災(zāi)害危險性的影響。

圖2 致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境對洪澇災(zāi)害危險性的影響

由圖2可知，從前垾村沿秦淮河干流至東山、再到南京城區(qū)是城市化水平最高的區(qū)域，不透水面對洪澇災(zāi)害危險性的影響最大。低值區(qū)主要分布在西南片云臺山、牛首山及北部鐘山附近。

本文綜合分析了致災(zāi)因子——降水、過境洪水和孕災(zāi)環(huán)境——地形、區(qū)內(nèi)水系和不透水面，得出2008年研究區(qū)內(nèi)前垾村至東山段是洪澇災(zāi)害危險性最高的區(qū)域，雨花臺區(qū)和南京城區(qū)其次，危險性最低的是研究區(qū)的西南和東北角。

3．2 洪澇災(zāi)害易損性評價

相同量級的洪澇發(fā)生在不同的承災(zāi)體上，效應(yīng)不同。洪澇災(zāi)害易損性評價針對承災(zāi)體易于遭受致災(zāi)洪水損害的程度進(jìn)行評估。承災(zāi)體的社會經(jīng)濟屬性直接影響了其對洪澇災(zāi)害風(fēng)險的承載能力。

本文選取人口密度、單位面積地區(qū)生產(chǎn)總值、農(nóng)業(yè)和工業(yè)增加值及固定資產(chǎn)投資為指標(biāo)，定量研究該區(qū)的社會承災(zāi)能力。人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、工農(nóng)業(yè)增加值是對當(dāng)年狀況的反映，固定資產(chǎn)投資則預(yù)測了未來洪澇風(fēng)險的可能大小，這是由于經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)進(jìn)一步發(fā)展的動力也較強。為方便資料收集，本文以行政區(qū)為單元統(tǒng)計單位面積社會經(jīng)濟指標(biāo)［13］。根據(jù)社會經(jīng)濟水平越高，易損性越大的原則，采用層次分析法，得到洪澇災(zāi)害易損性分布圖（附圖4b）。

圖3 洪澇災(zāi)害危險性變化分布圖

對比兩個階段，洪澇災(zāi)害危險性沿秦淮河干流急劇增大，增大區(qū)域向東部呈面狀擴展，以東南部和東北角最明顯。1994－2001年，危險性增大區(qū)域主要分布在江寧區(qū)的東山附近、南京城南和沿江地帶；2001－2008年，危險性增大區(qū)域沿秦淮河干流上移至前垾村附近，東北角也有所擴展，而南京城區(qū)的危險性變化不大，雨花臺區(qū)甚至出現(xiàn)局部減小的情況。

分析可知，中心城區(qū)人口稠密，以商業(yè)為主，經(jīng)濟發(fā)展最迅速，一旦發(fā)生洪澇，造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失最高。南京主城南部的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏向工農(nóng)業(yè)，易損性也較高。而江寧區(qū)等郊區(qū)面積廣闊，社會經(jīng)濟密度較低，人口、產(chǎn)業(yè)集中度不高，對洪澇災(zāi)害易損性的貢獻(xiàn)也相對低。

3．3 洪澇災(zāi)害風(fēng)險評價

參照有關(guān)的研究成果，確定出危險性和易損性的權(quán)重［14］，最終得到以2008年為代表的快速城市化時期秦淮河中下游地區(qū)的洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖（附圖4c）。

2008年，秦淮河干流沿岸的洪澇災(zāi)害風(fēng)險較高，其中南京城南地區(qū)風(fēng)險最高，表明社會經(jīng)濟屬性對洪澇災(zāi)害風(fēng)險的影響較大。區(qū)內(nèi)西南部和東北角屬山地，若發(fā)生洪澇，過水迅速，不易產(chǎn)生積水，造成的損失較小。

4 城市化對洪澇災(zāi)害風(fēng)險變化的影響

本文選取1994－2001年和2001－2008年兩個階段，分析每個階段各因子的變化及其導(dǎo)致的洪澇災(zāi)害風(fēng)險變化，并從時間維度對比各因子在兩個階段中的變化速度與幅度的差異。

4．1 洪澇災(zāi)害危險性的變化分析

本文分別計算1994年、2001年和2008年研究區(qū)的水面率和不透水面密度，得到1994－2001年、2001－2008年兩者變化的空間分布，按0．450 2和0．549 8權(quán)重疊加，得到洪澇災(zāi)害危險性變化的空間分布，如圖3所示。

圖4 洪澇災(zāi)害易損性變化分布圖

研究表明以水體縮減和不透水面擴張為特征的城市化過程在90年代主要發(fā)生在南京主城區(qū)和江寧城區(qū)；進(jìn)入21世紀(jì)，城區(qū)的城市化發(fā)展已進(jìn)入穩(wěn)定階段，城市化過程沿秦淮河干流向郊區(qū)蔓延，江寧區(qū)和棲霞區(qū)均出現(xiàn)了明顯的城市化過程。總體來說，由城市化進(jìn)程推進(jìn)的洪澇災(zāi)害危險性空間變化呈現(xiàn)出由西北片向東南方向大幅轉(zhuǎn)移的趨勢。

4．2 洪澇災(zāi)害易損性的變化分析

伴隨著城市化發(fā)展，人口、地區(qū)生產(chǎn)總值和固定資產(chǎn)投資顯著增長，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有所調(diào)整。城市化進(jìn)程加劇了各因子的空間布局變化。以人口由鄉(xiāng)村向城市遷移、地區(qū)生產(chǎn)總值增長的城鄉(xiāng)差異加劇和固定資產(chǎn)投資向城市傾斜為主要標(biāo)志。城市化過程一方面導(dǎo)致洪澇災(zāi)害易損性增強，即洪澇一旦發(fā)生在人口稠密、經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)，將產(chǎn)生巨大損失；另一方面，防洪減災(zāi)能力相應(yīng)提高，對洪災(zāi)的社會承災(zāi)能力增強。

本文收集了1994年、2001年和2008年研究區(qū)的行政區(qū)劃和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)［16］，得到1994－2001年和2001－2008年各指標(biāo)的變化分布，按權(quán)重疊加，得出研究區(qū)易損性的變化（圖4）。綜觀整個研究時期，南京市的行政區(qū)劃頻繁調(diào)整，城區(qū)面積不斷擴大，郊區(qū)和縣頻繁微調(diào)。由于各行政區(qū)的經(jīng)濟實力等有所差異，行政區(qū)劃調(diào)整使得人口密度、經(jīng)濟發(fā)展水平等重新布局，抗災(zāi)減災(zāi)能力也隨之改變，共同導(dǎo)致承災(zāi)體的洪澇災(zāi)害易損性發(fā)生變化。

1994－2001 年，行政區(qū)劃發(fā)生重大調(diào)整，主城區(qū)面積急劇擴張，郊區(qū)變化不大。由人口聚集帶來的洪澇風(fēng)險表現(xiàn)出主城區(qū)減小的趨勢。另一方面，在城市化的起步階段，各產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，經(jīng)濟投資增加，導(dǎo)致洪澇易損性明顯增大。綜合人口和社會經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r，該階段的洪澇災(zāi)害易損性呈現(xiàn)出南京主城區(qū)下降，江寧等郊區(qū)變化不大、甚至略有增長的總體趨勢。

2001－2008 年的快速城市化時期，人口膨脹、經(jīng)濟急劇增長，其中，南京主城區(qū)發(fā)展起步早，目前已由高速發(fā)展逐步進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)；江寧等郊區(qū)的發(fā)展起步較晚，但勢頭強勁，現(xiàn)正處于急速發(fā)展階段。洪澇災(zāi)害易損性的變化表現(xiàn)出相同的趨勢。主城區(qū)的易損性增大顯著；江寧等郊區(qū)面積廣闊，單位面積社會經(jīng)濟水平低于主城區(qū)，該階段易損性的變化不大。建鄴區(qū)由于面積明顯增大，易損性呈減小趨勢。

4．3 城市化引起洪澇災(zāi)害風(fēng)險的變化分析

將危險性變化和易損性變化的空間分布按權(quán)重疊加，得到研究區(qū)城市化進(jìn)程引發(fā)的洪澇災(zāi)害風(fēng)險變化的空間分布（圖5）。洪澇風(fēng)險的變化是自然危險性和社會經(jīng)濟易損性的綜合。風(fēng)險變化在總體趨勢上與危險性變化相同，其中疊加了社會經(jīng)濟發(fā)展帶來的易損性變化。

1994－2001 年城市化引發(fā)的洪澇災(zāi)害風(fēng)險增大主要發(fā)生在南京城南和沿江地帶。2001－2008年風(fēng)險增大區(qū)域沿秦淮河干流向中上游發(fā)展，前垾村附近的風(fēng)險明顯增大，研究區(qū)東北角也呈現(xiàn)出風(fēng)險增大趨勢。

圖5 洪澇災(zāi)害風(fēng)險的變化分布圖

對比研究同時期的城市化進(jìn)程，20世紀(jì)90年代，主城區(qū)城市化發(fā)展迅速，郊區(qū)進(jìn)程相對緩慢。江寧的城鎮(zhèn)用地增長主要來源于開發(fā)區(qū)建設(shè)；位于城市內(nèi)邊緣的東山地區(qū)，工業(yè)化發(fā)展快、交通便利，逐漸成為南京主城區(qū)的相連部分［15］，但江寧的總體城市化進(jìn)程仍相對緩慢。進(jìn)入21世紀(jì)，城市化進(jìn)入快速增長階段，并逐步向郊區(qū)擴展。其中，江寧在撤縣設(shè)區(qū)的帶動下，城鎮(zhèn)用地以大學(xué)城的形式快速增長，東山新市區(qū)已發(fā)展為城市化空間集聚的核心［15］。

可見，不同階段的洪澇災(zāi)害風(fēng)險變化與城市化進(jìn)程表現(xiàn)出了一致的空間分異狀況，城市化過程成為洪澇災(zāi)害風(fēng)險增大的重要驅(qū)動力之一。

伴隨主城區(qū)和郊區(qū)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、城鎮(zhèn)用地增長，下滲模式改變，天然水體的洪水調(diào)蓄功能下降。然而，防洪減災(zāi)措施卻未跟上，稍顯薄弱，明顯增大了洪澇災(zāi)害風(fēng)險性。針對洪澇災(zāi)害風(fēng)險變化趨勢，除了完善南京主城區(qū)的防汛措施外，應(yīng)加強對流域中上游新興城市化區(qū)的防洪減災(zāi)工程建設(shè)，對中上游獨特的工農(nóng)產(chǎn)業(yè)制定有針對性的防汛政策，建設(shè)有效、可用性強的水利設(shè)施。

5 總結(jié)與展望

（1）氣象條件等自然因素誘發(fā)產(chǎn)生洪澇災(zāi)害，以人類活動為代表的城市化過程明顯加劇了洪澇災(zāi)害風(fēng)險性；城市化與洪澇災(zāi)害風(fēng)險的空間分布呈現(xiàn)一致性；平原區(qū)的快速城市化發(fā)展導(dǎo)致其洪澇災(zāi)害風(fēng)險明顯大于低山丘陵地區(qū)。

（2）伴隨城市化發(fā)展，1994－2001年洪澇災(zāi)害風(fēng)險增大主要發(fā)生在南京城南和沿江地帶，2001－2008年洪澇災(zāi)害風(fēng)險增大區(qū)域沿秦淮河干流向中上游發(fā)展，前垾村附近的風(fēng)險增大明顯；到2008年，秦淮河干流沿岸的洪澇災(zāi)害風(fēng)險相對較高，南京主城區(qū)的洪澇災(zāi)害風(fēng)險最大，研究區(qū)西南和東北角的洪澇災(zāi)害風(fēng)險較小。

（3）秦淮河下游南京主城區(qū)和江寧新市區(qū)的防汛壓力加大。應(yīng)加強防汛水利綜合配套工程建設(shè)及科學(xué)調(diào)度，提高洪澇災(zāi)害氣象預(yù)報能力。對中上游新興城市化區(qū)，應(yīng)結(jié)合其工農(nóng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)制定有針對性的防洪措施。

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