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变化环境下的水文水资源研究是当前水文科学的热点问题之一。气候变化和人类活动是造成流域水文过程变化的两个主要因素,而随着人类经济的发展和改造自然能力的加强,人类活动的影响越来越显著地表河流水系被改造,土地利用状况也发生改变,流域水文过程和水文规律发生变化,导致了区域洪涝灾害、水资源与水环境等问题随之加剧,因此快速城市化地区的河网水系演变和水文过程变化研究十分迫切。 秦淮河流域位于长江下游的南京市和镇江市境内,其中南京作为江苏省省会,是全省的政治、教育、文化、交通、信息和技术中心。半世纪以来,随着流域城市的扩展和开发区的建设,高强度的人类活动导致流域的水环境水生态问题日益突出。因此,探索研究城市化影响下的秦淮河中下游平原区的水系格局、水文效应及洪灾风险,具有较大的理论意义与实践意义。 本论文以秦淮河中下游平原河网区为研究对象,基于自然地理学、河流地貌学、地理水文学等理论,综合运用RS、GIS、地统计学、时间序列分析等方法,进行了河网水系、水文过程及洪灾风险研究,探讨了以城市化和水利工程建设为代表的人类活动对流域水系格局、水文情势及洪涝灾害风险的影响。主要研究内容与成果如下: (1)下垫面变化分析。以多期遥感影像为基础,运用ERDAS软件进行解译,得到其土地利用类型分布图。计算土地转移矩阵和城市土地扩展强度指数,以此为依据,将水利片区划分为高、中、低度城市化区域,作为研究区城市化水平的初步判断依据。1979-2006年研究区下垫面的总体变化情况显示,伴随城市的扩展和开发区的建设,城镇建设用地激增,水体微增,水田、旱地等农用地小幅下降、林地下降明显。从空间分布上看,城市化进程与距离秦淮河干流、东山的远近呈负向相关关系。 (2)城市化下的水系格局及调蓄能力研究。以多期遥感图像、数字地形图为数据源,提取得到二十世纪60年代、80年代及2009年共3期数字水系图,在此基础上探讨了城市化发展下的河网水系结构特征及其调蓄功能的变化。研究表明,随着城市化水平提高,河网结构简化,河网稳定程度减弱,河网水系调蓄能力与城市化水平总体上呈逆向关系。 (3)城市化下的水文过程变化研究。对于降水过程,以二十世纪60年代初至2000年以后的水文气象实测数据为基础,采用统计分析相关方法,对城区和郊区的若干降雨指标的差异进行对比分析;对于地表水文过程,采用变化范围法,研究了人类活动干扰前后的水位变化,探讨城市化及水利工程建设对流域水文情势的影响。研究结果表明,在年雨量、汛期雨量、暴雨日数三个指标方面,城区的增大趋势较郊区更显著,城郊降水差距在增大,城市“雨岛效应”明显;秦淮河流域的年雨量通常集中在6、7两个月,城郊年雨量的集中度均呈现减少趋势,且郊区减小速度略大于城区。 (4)洪涝灾害风险研究。基于遥感与GIS方法,从时、空变化两方面,分析了城市化对秦淮河中下游洪涝灾害风险的影响。研究表明,城市化过程加剧了洪涝灾害风险,城市化发展与洪涝灾害风险的空间分布呈现一致性;伴随城市化发展,1994-2001年,洪涝灾害风险的增大以南京城南和沿江地带较为突出,2001-2008年,风险增大区域沿秦淮河干流向中上游发展;至2008年,秦淮河干流沿岸的洪涝灾害风险相对较高。