未来土地利用变化对城市洪涝灾害的动态影响研究——以中国郑州市贾鲁河流域为例

针对快速城市化加剧极端降雨引发的洪涝灾害问题，研究人员整合Markov-PLUS模型与HEC-HMS/HEC-RAS 2D水文-水动力模型，构建了基于情景分析的评估框架。通过模拟郑州市贾鲁河流域在自然发展（ND）、经济发展（ED）和生态保护（EP）三种情景下的土地利用变化与10/50/100年一遇降雨的耦合效应，发现ED情景将增加7.53%中高风险洪涝区，而EP情景可降低5.66%风险。该研究为优化城市土地规划与韧性提升提供了科学依据。

　　

随着全球气候变化加剧，极端降雨事件频发，快速城市化地区正面临日益严重的洪涝灾害威胁。中国郑州市作为典型代表，2021年“7·20”特大暴雨导致398人遇难，直接经济损失达409亿元，暴露出城市防洪体系的脆弱性。这一灾难性事件背后，是城市化进程中土地利用变化与水文循环的恶性互动——不透水地表扩张导致雨水下渗受阻，地表径流激增，而传统排水系统难以应对。如何量化未来土地利用变化对洪涝灾害的影响，成为城市规划与灾害防控的关键科学问题。

针对这一挑战，中国某高校的研究团队在《Geography and Sustainability》发表了一项创新性研究。该工作以郑州市贾鲁河流域为案例，首次整合了土地利用模拟与水文-水动力耦合模型，构建了多情景分析框架。通过模拟2035年自然发展（ND）、经济发展（ED）和生态保护（EP）三种土地利用情景，结合10年、50年和100年一遇的降雨设计，定量揭示了不同发展路径对洪涝风险的差异化影响。

研究采用三大关键技术方法：1）基于随机森林算法的Markov-PLUS模型（包含土地扩张分析策略LEAS和多类型随机斑块种子CARS模块），模拟2035年土地利用空间分布；2）采用Gumbel分布和芝加哥雨型法，计算不同重现期降雨过程；3）耦合HEC-HMS水文模型（采用SCS-CN曲线法）与HEC-RAS 2D水动力模型，构建降雨-径流-淹没全过程模拟体系。数据来源于中国资源环境科学数据中心、气象观测站及实地调查。

3.1 未来土地利用时空变化
模拟结果显示：相较于ND情景，ED情景下建设用地面积增加2.5%（29.33×10⁶ m²），森林、草地和水体分别减少6.6%-10.9%；而EP情景则使生态用地增加5.2%-8.1%，建设用地减少0.6%。空间上，ED情景的扩张集中在东部平原区，印证了郑州“东扩”发展战略的潜在风险。

3.2 不同情景下的降雨-径流-淹没模拟
模型验证显示：径流峰值流量模拟误差仅-8.247%，Nash效率系数达0.908。关键发现包括：

• 相同降雨强度下，ED情景平均径流深度（51.221 mm）显著高于EP情景（49.052 mm）；
• 百年一遇降雨时，ED情景中高风险洪涝区面积较ND情景增加8.08%，而EP情景可降低5.66%；
• 高强度EP措施（建设用地减少3%）能使高风险区面积进一步减少12.67%。

4.3 关键发现与实践启示
研究揭示出土地开发与生态保护的“风险杠杆效应”：每增加1%建设用地，中高风险洪涝区面积扩大约3%。这一发现为国土空间规划提供了量化依据——在郑州东部新城等重点发展区域，需同步实施“蓝绿基础设施占比≥30%”等刚性管控指标。

该研究的创新性在于突破了传统风险评估中“气候与土地利用割裂分析”的局限，通过耦合模型实现了“政策驱动-地表响应-灾害链”的全过程模拟。其建立的9种情景组合（如50ED、100EP等）可作为其他快速城市化地区的分析模板，特别适用于北京、深圳等面临类似挑战的城市。正如作者强调的，在气候变化与城市扩张双重压力下，“以生态空间换安全冗余”将成为未来韧性城市建设的核心策略。