探讨不同城市发展模式下洪水灾害的特征及其成因

《Environmental and Sustainability Indicators》：Exploring characteristics and drivers of flood hazard under different urban development patterns

洪水特征与城市发展模式关联性研究：基于珠江三角洲49个单元的模拟与驱动因素分析，采用VIC和CaMa-Flood模型揭示防洪设施使淹没面积减少88%，通过人口与建成区变化划分城市扩张/收缩四类模式，发现植被覆盖、海拔、排水距离和土壤渗透性显著影响洪水风险。

　　### 洪水风险与城市发展的关系研究：以珠江流域为例

城市扩张与洪水风险之间的关系一直是地理学、环境科学以及城市规划领域的重要研究课题。随着城市化进程的加快，越来越多的自然地表被不透水地表（如道路、建筑等）取代，这不仅改变了地表的水文特性，还对区域的洪水风险产生深远影响。因此，理解不同城市发展模式对洪水特征的影响，有助于制定更具针对性的防洪措施，提升城市的抗洪能力。本文以珠江流域的49个研究单元为对象，分析了从1998年至2022年间城市扩张与洪水特征之间的关系，并探讨了影响洪水风险的关键因素。

#### 城市扩张与洪水特征的相互作用

城市扩张通常伴随着不透水面积的增加和渗透能力的下降，这会导致地表径流增加，从而加剧局部地区的洪水风险。然而，不同城市的发展模式会带来不同的结果。例如，一些城市在扩张过程中采取了合理的规划措施，使得洪水风险得到缓解，而另一些城市则因不合理的扩张导致洪水风险持续上升。为了更全面地理解这种差异，研究者通过分析洪水淹没面积和城市扩张模式，将研究单元划分为四种类型：洪水风险改善型扩张单元、洪水风险未改善型扩张单元、洪水风险改善型非扩张单元和洪水风险未改善型非扩张单元。

研究结果表明，几乎2%的城市建成区遭受洪水淹没。然而，通过比较没有防洪设施和达到百年一遇防洪标准的区域，发现防洪设施可以将洪水淹没面积减少约88%。这一结果突显了防洪设施在减少洪水影响方面的重要性。此外，研究还发现，城市扩张导致洪水淹没比例在1998年达到峰值后，逐步下降，这可能是因为近年来城市扩张主要集中在远离河流的区域，而早期的扩张则多发生在靠近河流的地方。这一趋势表明，城市扩张的地理分布和防洪设施的建设水平对洪水风险具有显著影响。

#### 城市发展模式的分类与区域差异

为了识别城市发展模式，研究者利用人口和建成区数据对研究单元进行了分类。根据这些数据，研究单元被分为两类：扩张型和非扩张型。扩张型城市通常表现为人口和建成区面积的增加，而非扩张型城市则可能经历人口减少或建成区面积稳定。进一步分析发现，从1998年至2017年，所有研究单元均属于扩张型；但2018年至2022年间，有24个非扩张型城市出现，这表明城市发展模式发生了变化。这种变化可能与城市发展战略、地理位置和人口动态等因素有关。

在珠江流域的13个城市中，研究单元的分布呈现出明显的区域差异。根据《粤港澳大湾区发展规划纲要》，这些城市被划分为核心城市、节点城市和邻近城市。核心城市如广州，是大湾区发展的引领者，具有较强的经济和交通优势；节点城市如佛山、东莞等，则与核心城市有较强的互动和合作；邻近城市如清远、韶关等则更多地受到节点城市的辐射效应影响。研究发现，邻近城市的非扩张型研究单元较多，这可能与其经济发展水平较低、资源获取能力有限有关。相比之下，节点城市的扩张型研究单元数量较多，显示出更大的发展潜力。

#### 影响洪水特征的关键因素

为了识别影响洪水特征的关键因素，研究者采用了Kolmogorov-Smirnov检验方法，分析了不同城市发展模式下的数据。结果显示，植被覆盖率、海拔、距离最近排水系统以及土壤渗透性是影响洪水风险的四个主要因素。这些因素在不同类型的单元中表现出不同的特征：

1. **植被覆盖率**：洪水风险改善型的单元通常具有较高的植被覆盖率，这有助于减少地表径流，提高地表的渗透能力，从而降低洪水风险。相反，洪水风险未改善型的单元植被覆盖率较低，容易导致地表径流集中，增加洪水发生的可能性。

2. **海拔**：洪水风险改善型的单元多位于较高海拔地区，远离河流，这使得它们在洪水期间更少受到水位上升的影响。而洪水风险未改善型的单元则多分布在低洼地带，容易成为洪水的重灾区。

3. **距离最近排水系统**：距离排水系统较远的单元通常具有更低的洪水风险，因为这些区域的排水系统能够有效缓解洪水的影响。而距离排水系统较近的单元则更容易受到洪水的冲击。

4. **土壤渗透性**：土壤渗透性较强的区域在自然状态下更不容易积水，因此在洪水期间表现出较低的风险。然而，城市扩张可能会改变土壤的渗透性，导致地表径流增加，从而加剧洪水风险。

#### 城市规划与防洪策略的优化建议

基于上述分析，研究者提出了几项针对不同城市发展模式的防洪优化建议。对于扩张型城市，建议在规划新城区时优先选择高海拔地区，并确保与河流保持一定距离，以减少洪水暴露的风险。此外，应加强城市绿地建设，利用自然生态系统来吸收和调节雨水，从而降低地表径流。对于非扩张型城市，由于其建成区面积相对稳定，防洪措施应侧重于提升现有基础设施的防洪能力，如建设防洪堤坝、水库等。同时，应考虑采用“海绵城市”理念，通过提高城市表面的渗透性，减少洪水发生的风险。

#### 研究的局限性与未来展望

尽管本研究取得了一定的成果，但仍存在一些局限性。例如，植被覆盖率和土壤渗透性的影响机制尚未完全明确，可能还存在一些中介变量未被考虑。此外，本研究主要关注洪水风险，未来的研究可以进一步探讨洪水风险的综合评估，包括洪水危害、暴露和脆弱性等因素。这将有助于更全面地理解城市发展中面临的挑战，并为制定更加科学合理的防洪政策提供依据。

#### 结论

本研究通过分析珠江流域49个研究单元的洪水特征及其与城市发展模式的关系，揭示了不同城市扩张模式对洪水风险的影响。研究发现，城市扩张通常会导致洪水风险增加，但通过合理的规划和建设防洪设施，可以有效缓解这一趋势。此外，植被覆盖率、海拔、距离最近排水系统以及土壤渗透性是影响洪水风险的关键因素，它们在不同类型的单元中表现出不同的特征。因此，未来的城市规划应充分考虑这些因素，以实现可持续发展和增强城市抗洪能力。通过科学合理的城市扩张和防洪措施，可以有效减少洪水对城市的影响，保障居民的生命财产安全。