快速城市化地区土地利用变化对流域水文过程的影响模拟与预测研究

At present, hydrological impacts of land use and land cover change (LUCC) on water cycle, flood, drought and water resources have been the research priorities and hot spots of global change and hydrology studies. How to model and predict the hydrological impacts of potential land use change a watershed scale in the rapid urbanization areas? This has been one of the challenging topics at the forefront field of hydrology study. Studies in this respect are very meaningful, especially for Pearl River Delta region, because of rapid and unbalanced urbanization of its inner region. Therefore, to study hydrological laws of impacts of LUCC on water cycle, this topic intends to set up the Dongjiang watershed distributed hydrologic model (DJWDHM) based on Remote sensing (RS), Geographic Information System (GIS) and digital watershed technology, taking the downstream region of Dongjiang River basin as an example. And to simulate and forecast land use spatial patterns under different development scenarios in the future(2011-2030), this topic plans to build a LUCC prediction model (LUCA) based on intelligent cellular automata (ACO-CA) and system dynamic (SD) model. In this study, we use the DJWDHM model, dynamically coupled with the LUCA model, to model and predict the hydrological impacts of potential land use change in the downstream region of Dongjiang River basin, Pearl River Delta region in rapid urbanization, then assess the size of influence degree of three different development scenarios. This study adds new knowledge to watershed literature through a dynamic assessment of impacts of land use changes on watershed hydrological process. Theoretical study on hydrological cycle and LUCC will be further richened and developed by above achievements and results, which can also provide references for planning, management and sustainable use of water and land resources for the downstream region of Dongjiang River basin.

土地利用/覆被变化(LUCC)对流域水循环、洪水、干旱和水资源的影响已成为当前全球变化与水文学研究的重点与热点。如何模拟并预测快速城市化地区LUCC对水文过程的影响，是目前水文学研究领域富有挑战性的前沿课题之一。本项目拟以城市化水平极不均衡的东江流域下游为例，基于遥感(RS)、地理信息系统(GIS)与数字流域技术，构建考虑LUCC影响的分布式水文模型(DJWDHM)，定量衡量LUCC 对水文要素变化的影响；基于智能地理元胞自动机模型(ACO-CA)与系统动力学模型(SD)建立具有动态性、空间性的LUCC模拟模型(LUCA)，模拟未来不同发展情景下的土地利用空间格局；动态耦合LUCA 与DJWDHM 模型，定量预测和评价未来土地利用情景对水文过程的影响。本项目不仅对丰富和发展LUCC与水文循环研究具有重要的理论意义，而且在应用上可为流域土地与水资源规划、管理以及可持续利用提供决策依据。

土地利用/覆被变化(LUCC)对流域水循环、洪水、干旱和水资源的影响已成为当前全球变化与水文学研究的重点与热点。如何模拟并预测快速城市化地区LUCC对水文过程的影响，是目前水文学研究领域富有挑战性的前沿课题之一。本项目主要研究内容与重要结果如下：（1）在土地利用变化研究方面：本项目构建了基于面向对象的影像分类技术与土地利用变化模型，选取处于剧烈变化环境下的东江流域为研究对象，对其1980~2008年的土地利用变化特征进行了研究；选取20项评价指标，运用PSR模型构建了广东省佛山市土地生态安全评价指标体系，通过熵权法和综合指数法测算佛山市土地生态安全综合指数。（2）在研究区土地利用与气候变化对流域水文过程的影响相关研究方面：开展了快速城市化地区不同变化环境背景下非平稳性洪水频率对比研究；开展了城市化影响区域北江干流年最大洪峰流量变化特征、年最枯月流量变化特征及其影响因素研究；构建了基于GIS的集对分析模型与多种智能算法模型，评价结果较好地反映了流域实际情况，验证了模型的合理性，可为流域防洪减灾和灾害评估工作提供参考；构建了基于随机森林(RF)智能算法的洪灾风险评价模型，并成功地将其应用于东江流域洪灾风险评价中，为流域洪灾风险评价提供了新的思路。（3）研究区未来土地利用变化及其对流域水文过程的影响相关研究方面：以珠江三角洲高度城市地区东莞市为例，构建了基于SWMM的暴雨洪水模拟模型，应用效果较好。基于上述的研究成果，分别为广州、深圳和东莞等城市水务部门编写了咨询报告书，为当地暴雨内涝防灾减灾措施的制定提供了参考依据。本项目研究进展顺利，已经发表本基金资助标注论文 22 篇，其中 SCI 论文 4 篇（包括国际顶尖水文期刊Journal of Hydrology论文1篇），EI论文8 篇。本项目不仅对丰富和发展土地利用变化与水文循环研究具有重要的理论意义，而且在应用上可以为流域土地资源与水资源规划、管理以及持续利用提供决策依据。