基于遥感影像和社交媒体的武汉市南湖土地利用变化及内涝响应分析

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近年来,城市化进程的加剧了城市土地利用结构变更,尤其在城市湖泊地区造成了巨大的空间压力,导致城市湖泊区域土地利用/覆被的剧烈变化,这种变化突出表现为湖区水域面积大幅下降,水域和其他土地利用类型转化为建设用地。水域面积下降导致区域蓄水功能减弱,建设用地扩张使得不透水面面积增加,导致区域渗水功减弱,改变了区域水文状况和水循环,提升了城市内涝的可能性和严重性,对城市健康造成了巨大隐患。因此,在城市化进程不断加速的过程中,对土地利用变化的环境效应特别是城市内涝的考量是城市湖区的土地开发的重要方面。  目前武汉城市扩张迅猛,2016年城市化率达到79.77%,城市化进程加快引起了城市湖泊区域土地利用快速变化。本文以2016年发生严重内涝灾害的武汉市南湖地区为研究区域,运用地理信息技术,景观学,土地管理和城市规划相关知识,基于历史图件和多年期遥感影像,结合相关的社会经济资料,先对1988-2017年武汉市南湖地区土地利用类型时空演变过程进行了分析,再通过对社交媒体中研究区域内涝灾害信息进行挖掘,发掘内涝灾害数据并深入探讨了城市湖泊区域内涝灾害和土地利用变化之间的关系,进一步提出基于防范或降低内涝灾害的城市湖泊区域土地利用开发建议。研究表明:  (1)南湖地区建设用地持续扩张,建设用地面积由1988年的2033ha增至2017年的5109ha,29年间累计增加3076ha,平均年增加量为106ha;建设用地一直是南湖其他土地利用类型最主要的转换方向,其中建设用地占到南湖地区水域损失总面积的61.4%,草地流失总面积的58.2%,同时水域和草地先转换为其他用地后,第二阶段转换为建设用地数量也较多;住宅用地又是最主要的建设用地利用类型,伴随着住宅及其配套措施的建设,南湖地区不透水面比重由1988年35.5%增至2017年71.5%。  (2)南湖地区水域面积大幅下降,区域水域面积由1988年1730ha降至2017年861ha,在29年的时间里共减少869ha,平均每年减少量30ha。水域下降过程可分为:损失量增加阶段(1988-1996)→损失量最大阶段(1996-2004)→损失量减少阶段(2004-2010)→水域变化静止阶段(2010-2017)。  (3)通过社交媒体内容分析可挖掘得到内涝积水点的空间和属性信息。通过对官方通告、新闻报道和自媒体的内涝灾害信息分析和挖掘的过程中,共计获得79处积水点,其中频次在两次以上的积水点有46处;出现频次在六次以上的共计15处;出现频次在十次以上的共计5处。  (4)通过对积水点和南湖地区土地用变化、地势、降水和建筑密度等因素的叠加分析,发现内涝灾害多发生在原南湖水域和南湖沿岸低地势区域内,在极端降雨条件下,以建设用地扩张为主的土地利用变化导致的下垫面硬化和南湖西部区域低地势是内涝灾害发生的主要原因;  (5)南湖地区土地利用变化和内涝灾害响应情况可以看出,随着城市湖泊区域的其他用地类型不断被侵占并转换成住宅用地等其他建设用地,区域湿地蓄水排水能力下降,同时城市湖泊区域海拔较低,原水域范围内发生涝灾的概率和危害程度也随之提高。在未来的城市发展过程中,政府需要出台更强力的湖区开发管控政策以及更合理的城市湖区土地开发规划,合理配置透水面和不透水面比例,降低城市内涝发生的可能性。
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