城市洪澇災(zāi)情評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)管理初探

王遠(yuǎn)坤，王 棟，黃國如，馬建威

(1.南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院水科學(xué)系，江蘇南京 210023；2.華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院，廣東廣州 510640；3.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038)

城市洪澇問題歷來是一個(gè)非常突出的問題[1]。近年來，在全球氣候變化背景下我國城市洪澇災(zāi)害問題日趨嚴(yán)重，逢大雨即澇，已成為我國城市的一種通病。2016年汛期，武漢、南京、景德鎮(zhèn)等城市又輪番上演“城市看?！钡木跋骩2]。城市洪澇災(zāi)害已成為影響我國城市公共安全的突出問題和制約國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素。隨著城市化的快速發(fā)展，我國城市洪澇災(zāi)害形式、機(jī)理發(fā)生著急劇的變化，城市化和人類活動(dòng)引起的下墊面變化，影響了產(chǎn)流匯流機(jī)制，一定程度上破壞了城市的排水和除澇系統(tǒng)[1,3]。城市防洪治澇和減災(zāi)體系建設(shè)工作面臨著新的壓力與挑戰(zhàn)，城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。城市洪澇災(zāi)害評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)管理是城市洪水管理的重要內(nèi)容之一，它是分析、評(píng)估、預(yù)防和應(yīng)對(duì)城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)的一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。為緩解當(dāng)前日益加劇的城市洪澇災(zāi)害問題，加強(qiáng)對(duì)城市洪澇災(zāi)害評(píng)估的系統(tǒng)性研究勢(shì)在必行。因此，加強(qiáng)城市洪澇災(zāi)害評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)管理研究，對(duì)城市洪澇綜合治理具有重要意義。

科學(xué)有效的洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)和評(píng)估是防災(zāi)減災(zāi)決策的重要依據(jù)，提高洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估的時(shí)效性和精度是加強(qiáng)洪澇災(zāi)害管理的迫切需求[4]。衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)具有覆蓋范圍廣、周期短、時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)，在洪澇災(zāi)害中得到越來越多的應(yīng)用。我國高分衛(wèi)星的不斷投入使用和無人機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，為準(zhǔn)確評(píng)估城市洪澇災(zāi)害提供了有效手段[5]。另外，大量專家學(xué)者投入到城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究工作中，并取得了一定的研究成果[6-8]，主要側(cè)重于評(píng)價(jià)方法和模型的研究。由于城市洪澇應(yīng)對(duì)具有明顯的時(shí)效性，如何快速對(duì)城市洪澇損失和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估鮮有報(bào)道。城市洪澇災(zāi)害損失快速定量評(píng)估對(duì)城市洪澇災(zāi)情損失開展快速精準(zhǔn)評(píng)估及減災(zāi)管理具有極其重要的指導(dǎo)作用，因此開展城市洪澇災(zāi)害損失快速定量評(píng)估勢(shì)在必行。

1 研究目標(biāo)

針對(duì)城市洪澇災(zāi)情開展災(zāi)情評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)研究，采用高分衛(wèi)星遙感技術(shù)和無人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立一套城市洪澇災(zāi)害的精細(xì)化評(píng)估方法體系；綜合考慮承災(zāi)體的脆弱性和恢復(fù)能力，開發(fā)一套基于易損性分析的城市洪澇災(zāi)害損失快速定量評(píng)估系統(tǒng)；研究提出城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、評(píng)估和區(qū)劃方法體系；針對(duì)我國典型城市洪澇特征，提出不同類型城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理與對(duì)策，為城市洪澇災(zāi)害防治提供科學(xué)支撐。

2 研究?jī)?nèi)容

從城市洪澇災(zāi)情快速評(píng)估、城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理3個(gè)方面開展研究，形成一套城市洪澇災(zāi)情監(jiān)測(cè)、評(píng)估和管理技術(shù)。

(1)城市洪澇災(zāi)情評(píng)估方法。采用高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)和無人機(jī)組網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立城市洪澇災(zāi)害多頻次、精細(xì)化監(jiān)測(cè)體系，結(jié)合城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)庫，獲取受淹道路、房屋等受災(zāi)體以及洪水圍困人口分布信息；基于城市洪澇一體化模擬仿真系統(tǒng)，根據(jù)模擬水深或遙感獲取的淹沒范圍，計(jì)算供水、供電、交通等生命線工程中斷歷時(shí)，建立以淹沒水深、淹沒面積、淹沒歷時(shí)等洪澇災(zāi)害特征的城市洪澇災(zāi)害評(píng)估模型；開展城市洪澇災(zāi)害淹沒范圍快速影響評(píng)估，并基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性分析，快速定量評(píng)估損失量，為調(diào)度決策提供依據(jù)。

(2)城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃。綜合考慮城市洪澇災(zāi)害危險(xiǎn)性、社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性及承災(zāi)體的脆弱性和恢復(fù)能力等因素，選擇城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行城市洪澇災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，采用人口密度和GDP等進(jìn)行城市洪澇災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)，構(gòu)建基于智能算法的城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，開發(fā)基于危險(xiǎn)性和易損性分析的城市洪澇災(zāi)害損失快速定量評(píng)估系統(tǒng)。探索城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、評(píng)估和區(qū)劃方法，基于城市洪澇災(zāi)害特征，提出洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法。針對(duì)示范區(qū)城市洪澇災(zāi)害淹沒特點(diǎn)，基于情境模擬開展洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，構(gòu)建不同示范區(qū)城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖編制方法，制定城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃技術(shù)規(guī)范。

(3)城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理與對(duì)策。調(diào)研典型城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理特征，剖析城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理現(xiàn)狀及存在問題?；趪鴥?nèi)外城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理的經(jīng)驗(yàn)，提出我國城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理的基本框架，建立城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理評(píng)價(jià)模型。通過對(duì)示范城市的洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和情景分析，從氣候變化適應(yīng)的城市防洪排澇工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、不同類型城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理對(duì)策、風(fēng)險(xiǎn)管理制度等方面研究提出綜合防治對(duì)策。

3 研究方案及技術(shù)路線

3.1 研究方法

采用我國天繪、資源、高分等高分辨率影像衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)源，配合無人機(jī)等空中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)和遙感技術(shù)對(duì)城市洪澇災(zāi)害開展全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控，對(duì)洪澇災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)；采用人口密度和GDP等進(jìn)行城市洪澇災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)，構(gòu)建基于智能算法的城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，開發(fā)基于易損性分析的城市洪澇災(zāi)害損失快速定量評(píng)估系統(tǒng)平臺(tái)；應(yīng)用地理信息系統(tǒng)GIS和遙感技術(shù)RS對(duì)典型洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估和區(qū)劃，繪制風(fēng)險(xiǎn)圖。

3.2 研究范圍

研究范圍選擇我國4個(gè)典型易發(fā)洪澇災(zāi)害城市：① 北京市，中心城區(qū)坐落在燕山山脈山前迎風(fēng)區(qū)上，受西北部山區(qū)洪水和中心城區(qū)澇水的共同影響；② 濟(jì)南市，南繞丘陵，北環(huán)孤山，呈低洼盆地形式，城市排澇泄洪負(fù)擔(dān)較重；③ 深圳市，沿海城市，城市防洪排澇受潮汐頂托影響問題突出；④ 成都，西部城市，外洪內(nèi)澇問題交織。這4個(gè)城市在我國具有很好的代表性和示范意義。

3.3 技術(shù)路線

圖1 技術(shù)路線Fig.1 Technology road-map of the project

采用高分辨率影像衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)源，配合無人機(jī)等空中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)和遙感技術(shù)對(duì)城市洪澇災(zāi)害開展全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控，對(duì)洪澇災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)，構(gòu)建一套城市洪澇災(zāi)害的精細(xì)化監(jiān)測(cè)和預(yù)估方法體系；采用人口密度和GDP等進(jìn)行城市洪澇災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)，構(gòu)建基于智能算法的城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，開發(fā)基于易損性分析的城市洪澇災(zāi)害損失快速定量評(píng)估系統(tǒng)平臺(tái)；應(yīng)用地理信息系統(tǒng)GIS和遙感技術(shù)RS對(duì)典型洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估和區(qū)劃，繪制典型城市風(fēng)險(xiǎn)圖，建立一套城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、評(píng)估和區(qū)劃方法體系。調(diào)研典型城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理特征，提出我國城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理的基本框架，建立城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理評(píng)價(jià)模型，最終提出城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理對(duì)策。技術(shù)路線框架見圖1。

4 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題或關(guān)鍵技術(shù)問題

(1)城市洪澇災(zāi)害全過程快速定量評(píng)估技術(shù)。采用高分衛(wèi)星和無人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立城市洪澇災(zāi)害的精細(xì)化監(jiān)測(cè)技術(shù)體系；建立城市洪澇災(zāi)害快速災(zāi)情評(píng)估系統(tǒng)。開展城市洪澇災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，進(jìn)行城市洪澇災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)，構(gòu)建基于智能算法的城市洪澇災(zāi)害評(píng)價(jià)模型，開發(fā)基于危險(xiǎn)性和易損性分析的城市洪澇災(zāi)害損失快速定量評(píng)估系統(tǒng)，應(yīng)用于典型示范區(qū)城市洪澇災(zāi)害快速定量評(píng)估。

(2)構(gòu)建城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合管理體系。綜合考慮城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)特征、承災(zāi)體脆弱性和恢復(fù)力，編制城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖，提出城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃技術(shù)方法，構(gòu)建城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合管理體系，為城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控與決策提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

5 預(yù)期創(chuàng)新性成果

(1)理論創(chuàng)新。基于城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)特征，制定城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖編制辦法，提出城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法，構(gòu)建城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合管理體系，為城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控與決策提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)參考。

(2)技術(shù)創(chuàng)新。利用高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)和無人空中遙測(cè)技術(shù)，構(gòu)建城市洪澇災(zāi)情精細(xì)化監(jiān)測(cè)技術(shù)和預(yù)警預(yù)估技術(shù)，建立城市暴雨洪澇立體監(jiān)測(cè)體系，提升城市暴雨洪澇的預(yù)測(cè)水平。

(3)集成創(chuàng)新。集成暴雨洪澇精細(xì)化監(jiān)測(cè)技術(shù)、預(yù)警預(yù)估技術(shù)、災(zāi)情動(dòng)態(tài)評(píng)估、調(diào)度決策等方法、技術(shù)和模型，城市洪澇模擬仿真模型的基礎(chǔ)上，研發(fā)城市洪澇災(zāi)害損失快速定量評(píng)估系統(tǒng)平臺(tái)，為城市洪澇災(zāi)害損失快速定量和防控快速應(yīng)急響應(yīng)提供關(guān)技術(shù)支撐和平臺(tái)服務(wù)。

6 結(jié) 語

根據(jù)我國不同類型城市洪澇災(zāi)害特征，突破高度城市化背景下城市災(zāi)情精細(xì)化評(píng)估、損失快速定量評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)管理等方面關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)遙感技術(shù)、深度學(xué)習(xí)理論和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別理論，構(gòu)建一套適用于不同類型城市洪澇災(zāi)情評(píng)估和城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理的關(guān)鍵技術(shù)和理論，并在4個(gè)典型易發(fā)洪澇災(zāi)害城市開展示范應(yīng)用，為城市洪澇災(zāi)害防治與管理決策提供具有可操作性的科技支撐，不僅預(yù)期社會(huì)效益高，而且該技術(shù)和理論體系具有巨大推廣應(yīng)用價(jià)值。