太湖流域城乡建设用地扩张热区与洪涝危险性评价

汝静静^1,2 ， 苏伟忠¹ ， 叶高斌¹

(1.中国科学院 a.南京地理与湖泊研究所，b.流域地理学重点实验室，南京 210008；2.中国科学院大学，北京 100049)

摘要： 城乡建设用地变化及其与环境系统关联机制是流域土地可持续利用的重点方向。采用多期数据及空间分析技术，揭示太湖流域城市化进程最为迅速时期的城乡用地扩张特征及其洪涝危险性。结果表明：1985—2010年城乡用地扩张增量高达5 406.02 km²，扩张增率2000年后急剧上升，以大城市为核心集聚型扩张，上海及沿沪宁线扩张热区持续增加，而沪杭线及沿江扩张热区动态变化；城乡用地扩张从洪涝危险低级区向高级区转移，呈现趋势不明型、低增高减-低减高增型以及低减高增型3种类型，而高危险区新增用地有66.2%来自新区开发；城乡建设用地需求与低洪涝危险区有限供给的矛盾是主因，城镇发展与土地利用政策演变是主推力。高危险区城乡扩张给其自身及其下游都带来更高的洪涝威胁和防洪投资，建议重点研究新区用地优化与海绵设施建设。

关 键 词： 城乡建设用地扩张；洪涝危险性；新区开发；可持续发展；太湖流域

0 引言

土地利用/土地覆盖变化(LUCC)是人类社会经济活动与自然生态过程交互和链接的纽带^[1-2]。以LUCC为核心的土地变化是地理学重要的研究领域之一^[3-4]。目前，LUCC研究强调陆地系统中人类-环境耦合系统的综合集成与模拟研究，尤其对热点区域如发展中国家的典型LUCC规律较为关注^[4-5]。世界城市化水平从1900年13%提高到2014年54%^[6]，而目前发展中国家城市蔓延仍在加速，洪涝灾害等生态环境问题依然严峻^[7-9]。一方面，城乡用地扩张变化研究通过扩张特征与生态影响模式的识别，总结城乡空间发展规律，提出可持续城乡布局模式^[8-14];另一方面，洪涝诱因与防控焦点从末端排水管网设计向源头土地利用控制转变^[15-23]。这两个领域均强调了对土地利用分布格局和生态空间系统进行综合管理的重要性。另外，我国城市化水平由1978年17.92%提高到2014年54.77%，而土地城镇化明显快于人口城镇化^[24]。中国土地利用空间格局发生显著变化^[5]，尤其长三角地区引发了建设布局无序乃至失控、资源环境破坏和洪灾频发等后果^[25]，如1986—1996年太湖流域产水量增加而引发的洪涝灾害^[26]。因此，洪涝灾害与管理开始纳入区域城乡用地规划与管理框架中^[27-28]。城乡用地优化必须建立在对城乡用地扩张规律及与洪涝因子关联机制的客观认识之上。本研究通过太湖流域城乡用地与自然洪涝危险区的空间叠加分析，揭示城乡用地扩张的水文安全性及其驱动机制，为流域城乡用地开发与雨洪管理的有效链接提供依据。

转动副在机械中被广泛应用，常见的转动副一般为简单的销轴连接。但是某型雷达天线重约3t，主要通过转动副承重，且举升机构工作速度较慢，因此雷达天线举升机构中转动副的工况是低速重载。简单的铰链连接强度无法满足工程实际，因而针对此服役环境采用一类复杂的重载转动副，本文所述重载转动副为重载机构的转动副，其结构示意图如图1所示。底座通过一对轴承与轴连接，轴与连杆的孔连接，轴承外圈与底座内孔为间隙配合。此处采用的轴承为30210型圆锥滚子轴承，主要是考虑到圆锥滚子轴承适用于低速重载机构，可以同时承受径向和轴向载荷。

1 区域、数据与方法

1.1 研究区域

太湖流域是长三角城市与经济发展核心区，位于长江下游与钱塘江和杭州湾之间(图1)，面积36 895 km²。2010年流域人口5 724万，占全国人口的4.3%，人口密度1 552人/km²。江苏、浙江、上海属于太湖流域的区域城镇化率分别为67.9%，58.3%，88.9%。流域GDP达42 905亿元，占全国的10.8%。1985年、1995年、2000年和2010年城乡用地面积分别为3 570.32，4 637.46，5 219.17，9 560.8 km^2[29]。年均城乡用地增长量1985—2000年为85.34 km²，2000—2010年为400.39 km²，2010—2015年则降至162.20 km²，2010年是重要转折点。太湖流域洪涝灾害一直都受到关注^[29-31]，城乡用地扩张导致其成为洪涝灾害的重灾区。1985—2010年是太湖流域城乡用地持续增加时期，本研究聚焦这一时间段太湖流域城市用地与洪涝危险区的关系，对城市洪涝管理和辨识海绵建设重点地区具有重要意义。

图1 太湖流域位置

Fig.1 Location of Taihu Lake Basin

1.2 数据来源与分析方法

1.2.1 城乡用地。数据来源于中国科学院湖泊流域数据集成与模拟中心。结合TM/ETM,SPOT,ALOS等影像进行解译和地面调查，采用人机交互的土地利用变化分类判读方式获取水田、旱地、水域、城乡用地、林地数据，其中城乡用地包括城镇、工矿、交通和农村居民点。数据获取时间主要为5—7月，包括1985年、1995年、2000年、2005年和2010年5个年份。

1.2.2 洪涝危险分区指标与方法。狭义的洪涝风险仅指洪涝灾害发生的频率^[27,32]。本研究限于狭义范畴，强调自然孕灾因子和致灾因子的洪涝危险性。选取暴雨强度、暴雨频率、高程、坡度与水网距离为研究因子^[33]。土地利用本身是人为孕灾因子。本研究旨在分析城乡用地活动与流域自然孕灾和致灾因子的空间变化关系。

水网因子选用中国科学院湖泊流域数据集成与模拟中心1982年1∶25万河流数据，计算空间栅格单元与河流湖泊距离，其中河流选择镇级及其以上，湖泊选择面积大于1 km²水体，运用ArcGIS距离分级，并基于文献查询^[36-37]及专家打分赋予不同影响度(表2)。

2.3.2 地市单元城乡用地在洪涝危险区内的扩张特征类型。根据8个城市不同洪涝危险区中城乡用地扩张趋势，可将其归纳为三类。一是趋势不明型，包括杭州和镇江，城乡用地扩张表现出从低危险区向高危险区转移，但转移趋势不显著，虽然城乡用地增加较快，但在低危险区分布较广。二是低增高减-低减高增型，包括湖州和嘉兴，2005年以前城乡用地扩张增量在低洪涝危险区大于在高洪涝危险区，但2005年以后呈现由低洪涝危险区向高洪涝危险区转移态势，且趋势明显。三是低减高增型，包括上海、苏州、无锡和常州，一直保持城乡用地从较低危险区向较高危险区转移的态 势，且趋势很明显，其中常州1995—2000年变化有波动，但不影响总体趋势。可见，各市平均洪涝危险指数与扩张特征类型大体一致。

改进后，依从性评分高于改进前，8分率高于改进前，0～5 分率低于改进前，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

选用层次分析法赋予各洪涝危险评价因子权重^[36-37]，并在yaahp软件中建立层次结构模型和影响因子判断矩阵，计算太湖流域洪涝危险指数。按流域发生洪涝灾害可能性的相对大小，分为低危险区(<3.25)、较低危险区(3.25～4.25)、中等危险区(4.25～5.25)、较高危险区(5.25～6.50)和高危险区(>6.50)(表4，图4)。其中，杭州和湖州较低危险区比例最高，嘉兴、上海和苏州较高危险区比例最高，无锡市和常州市中等危险区比例最高，而镇江市低危险区比例最高。在ArcGIS中运用Zonal Statistics as Table工具统计各市域内洪涝危险指数平均值，上海、嘉兴、苏州、无锡平均危险指数高，其他各市平均洪涝危险指数均远低于流域平均水平，其中常州、湖州和杭州平均洪涝危险指数相近，而镇江市平均洪涝危险指数最低，仅为3.35。

在MoO3还原成MoO2的过程中存在低熔点中间相Mo4O11和MoO2.89的相变过程[5]，该转变过程为放热反应，若料层厚度较厚，则反应过程中的热量较难逸出，易使中间相出现局部熔融从而造成板结形成粗大颗粒，在粒度分布上呈现明显的第二峰。

可见，上海城乡用地规模最大,1995年后扩张减缓;苏南和杭嘉湖地区扩张最快，2005年后苏州、无锡和杭州等地区扩张也变缓;其他地区扩展格局整体以大城市为核心呈集聚型扩张。沪杭线及沿江用地扩张热点区变化幅度大，上海周边及沿沪宁线扩张热点区持续不变。

表1 地形因子影响度分级

Tab.1 Influence degree of terrain factor

表2 河网影响度分级

Tab.2 Grading of river network influence degree

2 结果与分析

2.1 城乡用地扩张特征

2.1.1 城乡用地扩张增量变化。1985年、1995年、2000年、2005年、2010年城乡用地总面积分别为3 578.87，4 632.31，4 958.80，6 877.93，8 984.89 km²(表3、图2)。1985—2010年间，太湖流域用地扩张1.51倍，增量高达5 406.02 km²，苏州、上海、无锡增量位居前三。分时段来看，1985—1995年苏州、常州、上海增量最多；1995—2000年增量大幅减少，上海、苏州和无锡居多；2000—2005年增量大幅增加，苏州、上海最多，嘉兴增幅明显；2005—2010年扩张增量整体格局变化不大。总的来看，太湖流域用地扩张增量集中在2000年以后。

表3 各市城乡用地面积总量及增量 km ²

Tab.3 Gross and increment of urban-rural land area km ²

2.3.1 流域尺度城乡用地在洪涝危险区的变化情况。(1)流域尺度城乡用地在洪涝危险区的分布特征。从不同洪涝危险区面积比例及其城乡用地面积比例比较来看，城乡用地偏向分布在中等及以上危险区，并倾向较高和高危险区扩张。低、较低危险区面积分别占流域总面积的10.14%,20.25%，而其城乡用地比例均分别小于4.91%,13.06%；中等、较高危险区面积分别占流域总面积的29.93%,33.90%，而其城乡用地比例均分别高于34.36%,40.70%；高危险区面积比例仅为5.78%，而城乡用地比例均高于5.58%(表5)。(2)流域尺度城乡用地在洪涝危险区的分布变化。从各时段变化看，2000年之前城乡用地比例在各洪涝危险区的变化较小，而2000年之后变化幅度增大。低危险区、较低危险区和中等危险区城乡用地比例急剧减小，较低危险区减幅尤为凸显，而较高危险区和高危险区城乡用地比例增大，增幅分别达6.09%,29.39%。总体来看，太湖流域城乡用地呈现出向洪涝危险较大区域扩张的趋势。

图2 太湖流域城乡用地扩张

Fig.2 Urban-rural land expansion in Taihu Lake Basin

2.1.3 城乡用地扩张热区。以1 km格网中城乡用地扩张强度作为属性值，运用ArcGIS的Hot Spot Analysis ()工具辨识扩张热区(图3)。总体来看，沪杭线及沿江热区变化呈现不稳定差异性，而上海周边及沪宁沿线一直是城乡用地扩张的热点区域。从各时段看，1985—1995年形成上海市区周边和沿沪宁线及沿江的“一片两带”；1995—2000年趋于分散化，沿沪宁线、沿江等“两带”扩张的趋势弱化而形成“三大片区”，即苏南常州和无锡市区周边、江阴和张家港，上海市区周边及浦东新区，以及杭嘉湖的嘉兴市区、平湖、海宁、桐乡及杭州部分区域；2000—2005年呈现“小集聚大分散”的态势，散布于沿沪宁线、沪杭线区域以及湖西地区；2005—2010年沿沪宁线和沿江进一步增强，而沿沪杭线有所减弱，苏南大城市和上海周边城乡用地扩张热点区明显增多，而环太湖的用地扩张热带显现。

由于人们同情被害方、同情弱者的天性，所以被害人的陈述往往更加容易得到审判人员的采信与认可，相较于犯罪嫌疑人、被告人的供述与辩解来说更容易被法庭作为认定案件事实的证据加以采信。所以可以想象到的情形是：被害人的虚假陈述加上相关办案机关的刑讯逼供，再加上法庭对于未经质证的被害人陈述的轻易采纳，往往会最终导致冤假错案的发生。

她喜欢波提切利细腻稳健的笔法，她从画家笔下那些丰满白皙、充满肉感的女人体里，感受到了活生生的女人气息。那些女人神态端庄安详，体态优美，将那些几近完美的裸体坦然呈现在人们面前。但她们的目光游离在画面之外，你看，或者不看，她们根本不在意。

图3 城乡用地扩张热区

Fig.3 Hotspot of urban-rural land expansion

2.2 洪涝危险分区

地形因子高程数据为SRTM 90 m数据，由中国科学院计算机网络信息中心科学数据中心提供。选用计算栅格周围3 m×3 m邻域内栅格高程的标准差。根据太湖流域多年洪涝灾害灾情分析及已有研究^[34-36]，对太湖流域地形因子影响度进行分级(表1)。

表4 各市洪涝危险区比例及平均洪涝危险指数
Tab.4 Proportion of flood hazard zone and flood hazard index

图4 太湖流域城乡用地洪涝危险分区

Fig.4 Zoning of flood hazard in Taihu Lake Basin

2.3 不同洪涝危险区内城乡用地扩张特征

2.1.2 城乡用地扩张增率变化。1985—2010年城乡用地增率为5.98%，其中苏南的苏州、无锡增率始终偏高，杭嘉湖地区2000年后扩张增快，上海居中；增率最快的时期在2000年之后，4期年均增率分别为2.94%，1.41%，7.74%，6.13%。其中1985—1995年苏南扩张最快，杭嘉湖最慢，而上海较快；1995—2000年上海变化不大，苏南增率大幅下降而杭嘉湖近乎停止增长；2000—2005年各市增率急剧上升，杭嘉湖、苏南上升幅度大而上海仍较稳定；2005—2010年镇江、常州增率增加，上海和湖州基本不变，其他各市均有较大幅度减小。

表5 洪涝危险区面积比例及其城乡用地比例 %

Tab.5 Proportion of urban-rural land in flood risk zone %

暴雨因子数据来源于南京(58238)、高邮(58241)、南通(58259)、吕泗(58265)、常州(58343)、溧阳(58345)、宜兴(58346)、东山(58358)、宝山(58362)、宁国(58436)、杭州(58457)、平湖(58464)、慈溪(58467)、嵊泗(58472)、嵊县(58556)15个气象站1960—2012年日降雨数据[注] 括号内数字为站点编号。 。暴雨强度选取多年暴雨天气(24 h降雨量≥50 mm)，求得暴雨天气降雨量平均值；暴雨频率统计每年暴雨天气次数及其平均值，运用栅格计算器(raster calculator)工具标准化处理。

2.3.3 流域尺度城乡用地在洪涝危险区的分布格局。从各个时段城乡用地扩张热区的分布来看，1985—1995年上海周边城乡用地扩张热区主要分布在较高、高风险区，沿江和沿沪宁线主要分布在较高、中等风险区，浙江部分零散的新增用地扩张热区则位于洪涝风险较低的地区；1995—2000年上海周边及浦东新区扩张热区范围依然主要分布在较高、高风险区，苏南片区在较高、中等风险区内，浙江片区内部则差距明显，平湖大部分位于较高风险区，而海宁则大多位于中等风险区；2000—2005年城乡用地扩张热区较为分散，沪宁沿线主要在中等风险区内分布，沪杭沿线和湖西地区大多分布在较高风险区内；2005—2010年，沪宁沿线的扩张热区向较高风险区转移，上海周边地区则继续在较高、高风险区内分布，浙江地区零散的新增用地扩张热区也逐渐在较低、中等风险区布局。总的来说，太湖流域城乡用地的扩张热区呈现从较低到高风险区转移的趋势。

2.4 扩张特征成因讨论

城市空间扩张表现为旧城改造和向外扩张两种^[38]。城市新区建设对于城市空间跨越式扩张与转型具有举足轻重的作用^[39]。本研究将2000年之后较高、高危险区内的新增城乡用地和新城新区运用ArcGIS空间叠加工具计算，显示高危险区内的新增城乡用地的66.2%来自新城新区。城乡用地在洪涝危险区的分布变化特征基本动力来自国家城市化道路选择和发展政策态势：(1)1985—1995年我国城市化低速发展阶段，国家实施“严格控制大城市规模，积极发展小城镇”发展战略^[40]。太湖流域率先掀起“开发区建设”热潮，城乡用地扩张速度有较大提升，新扩展区域在相对较低洪涝危险区更多。(2)1995—2000年国家实施大中小并举的健康城市化道路。苏南地区出现了环境污染、治理结构缺陷等问题^[41]，苏南城乡用地扩张速度和强度明显减缓，但上海与杭嘉湖沿海成为扩张热点。太湖流域整体表现出城乡用地从较低危险区向较高危险区转移趋势。(3)2000年国家“以全面建设小康社会为目标，坚持大中小城市和小城镇协调发展”，城镇化列车再次加速^[42]。全国各地新城新区建设大幅度向高危险区域扩张。直到2006年，“促进城镇化健康发展”的战略思想开始强调集约利用土地^[41]。(4)2005—2010年太湖流域城乡用地增速略有放缓，但增量依然巨大，城乡用地扩张继续保持从较低危险区域向较高区域转移态势。尤其在上海、苏州、无锡和常州，城乡用地扩张呈现出向洪涝危险较高区域转移的态势，而在镇江、杭州市域的部分山区有向洪涝危险较低的区域扩张之势。

采用无公害综合防治技术进行病虫害防治，确保高产、高质、高环保效应。对印度紫檀和金花茶病害主要用波尔多液及其他铜制剂等低毒无残留无公害的药液喷洒防治，并做好田间清洁，消除病原菌；对虫害防治主要用Bt、杀虫双等低毒无残留无公害农药，兼顾使用杀虫灯、黄板进行诱杀害虫。尽量减少农药使用量和次数。

城乡用地承载着高密度人口与经济活动，城乡用地布局在洪涝危险较高的区域时，不仅对其自身而且对其下游地区造成更高的洪涝威胁,需要付出更多的防洪投资。我国从2013年开始迅速推进海绵城市建设，强调流域、区域、城市、街区等不同尺度之间的关联性，打破现行流域管理与地方行政管理相互割裂的局面，对于统筹考虑与防洪相协调的总体布局具有重要意义。

3 结论

1985—2010年太湖流域城乡用地扩张5 406.02 km²，为起始年的1.51倍，增量高值以上海为中心，集中沿沪宁线和沿江分布，延伸至苏州、无锡和常州；扩张增率2000年后急剧上升，尤其上海和苏南地区整体高于杭嘉湖地区；扩展格局整体以大城市为核心呈集聚型扩张，沪杭线及沿江的城乡用地扩张热点带呈现动态的变化特征，但上海周边及沿沪宁线一直是城乡用地扩张的热点区域。

选择暴雨强度、暴雨频率、地形因子和水网因子等4个自然孕灾和致灾要素，将太湖流域划分为低危险区、较低危险区、中等危险区、较高危险区和高危险区5个洪涝危险等级，太湖流域城乡用地扩张整体呈现出从洪涝危险较低区域向较高区域转移的态势。根据各市在不同洪涝危险区中城乡用地扩张趋势，进一步把各市城乡用地洪涝特征分为三类：趋势不明型的杭州和镇江，低增高减-低减高增型的湖州和嘉兴以及低减高增型的上海、苏州、无锡和常州。

城乡用地在洪涝危险区的分布特征及其变化与其所在地区的洪涝危险区的分布有关，更与以新城新区为载体的城乡用地快速扩张直接关联，而这种城乡用地扩张规模、强度时空格局与国家城市化道路的选择、城镇发展政策制度及经济发展态势有密切的关联。高洪涝危险区的城乡用地布局不仅对其自身而且对其下游地区造成更高的洪涝威胁,需要付出更多的防洪投资，应重点加强新城新区的用地优化和海绵设施建设。

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Assessing Urban -rural Land Expansion and Its Flood Hazard in Taihu Lake Basin

RU Jingjing^1,2, SU Weizhong¹ , YE Gaobin¹

(1.Key Laboratory of Watershed Geographic Sciences ,Nanjing Institute of Geography and Limnology ,Chinese Academy of Sciences ,Nanjing 210008,China ; 2.University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049,China )

Abstract ： The paper aims to assess urban-rural land expansion and its flood hazard by use of the multi-source and multi-period data. The result shows that the incremental area of urban-rural land reached 5 406.02 km², and the growth rate increased rapidly after 2000. Shanghai and South Jiangsu had a growth rate higher than that of North Zhejiang. The expansion presented an agglomerated pattern and developed around big cities as the growth cores. Shanghai City and the transportation corridors of Shanghai-Nanjing is always in the expansion hotpots of urban-rural land. The expansion hotpots varied dynamically along the transportation corridors of Shanghai-Hangzhou and Yangtze River. The urban-rural land tended to grow from the lower to higher flood hazard areas in Taihu Lake basin. Urban-rural land expansion in the flood areas are classified into three types: irregular expansion, low increase-high decrease to low decrease-high increase expansion, low decrease-high increase expansion. The main reason lies in the acute contradiction between the huge land demand for construction land and the limited supply of suitable land. There are 66.2 percent of incremental urban-rural land from new urban districts, which is closely related with the policies of urbanization development and land use. Urban-rural land in high flood hazard areas not only leads to itself but its downstream areas with higher flood threats and protection investment. It is urgent to improve the management of new urban districts. The study is a component of urban-rural sustainable system in urban agglomeration area, and also provides a reference for urban planning and management.

Key words ： urban-rural land sprawl; flood hazard; new urban district; sustainability; Taihu Lake Basin

中图分类号： F301.2

文献标志码： A

文章编号： 1003- 2363( 2019) 03- 0148- 06

doi: 10.3969/ j.issn.1003- 2363.2019.03.027

收稿日期： 2018-03-02； 修回日期：2019-04-25

基金项目： 国家自然科学基金项目(41030745，41571511)

作者简介： 汝静静(1990-)，女，江苏常州市人，硕士，主要从事土地利用与保护研究，(E-mail)rujingjing201710@163.com。

通信作者： 苏伟忠(1977-)，男，山东莱芜市人，研究员，博士，主要从事城市土地可持续利用研究，(E-mail)wzsu@niglas.ac.cn。

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