气候变化视角下上海黄浦江滨水区洪涝风险评估与分区分策_朱黎青.pdf

第42卷 第4期2023年 7月华中农业大学学报Journal of Huazhong Agricultural UniversityVol.42 No.4July 2023，4252气候变化视角下上海黄浦江滨水区洪涝风险评估与分区分策朱黎青1，高翅2，朱春阳21.上海交通大学设计学院，上海 200240；2.华中农业大学园艺与林学学院，武汉 430070摘要 为进一步降低河口城市滨水区因气候变化引起的洪涝灾害风险，提高城市抗洪能力，基于政府间气候变化专门委员会（IPCC）关于风险的定义，按照危险性、脆弱性、暴露度构建洪水风险指数评估模型，选取11个评价指标，采用场景模拟与GIS空间叠加的方法计算洪水风险指数。选取上海市黄浦江滨水空间为研究区，并分别以2030年、2050年及2100年为时间节点进行情景模拟，进一步按照人口密度单因子进行叠加评价，通过情景模拟识别黄浦江滨水空间景观，更新“三区三策”。结果显示：根据黄浦江滨水区气候变化目标下洪水风险的空间格局，显示风险度等级逐年提高；在2050及2100年的场景模拟中，黄浦江上、下游两部分均显示了高洪涝风险段。采取抵抗（抗洪）策略的岸线逐年增长，对城市高密度人口区等区域威胁日益增大；采取疏散策略的岸线逐年增长，水岸的宜居性降低；采取共处（承洪）策略的岸线逐年减少，需要采取更多抵抗策略与疏散策略。根据气候变化视角下黄浦江滨水区洪涝风险分区分策，泛洪区位于宝山区以东及浦东新区西北角，黄浦江滨水空间需要采取后退疏散策略，实施人口疏散，规划“河口保护计划”，以及在中游松江区内进行生态湿地建设；抗洪区位于中心城区，滨水空间需要继续采取抵抗洪水策略，且风险日益扩大；承洪区位于大部分黄浦江滨水空间，可采取与洪共处策略，但潜力日益缩小。关键词 气候变化适应；河口城市；滨水区；洪涝风险评估；适洪策略中图分类号 X43 文献标识码 A 文章编号 1000-2421（2023）04-0042-11工业革命以来，位于海陆河交界处的河口城市快速发展，人口与经济活动高度密集。然而，温室气体增加所导致的全球气候变化，使得河口城市面临前所未有的极端天气和超出自然变率的异常洪涝。此外，快速城市化引发自然水面减少及下渗困难，将加剧台风风暴潮及洪涝带来的危害，影响河口城市居民生产和生活安全。如何对灾害进行预判及进行适应以降低预期灾害损失，相关学者基于历史典型台风风暴潮与未来风暴潮不同重现期的预测，进行了情景模拟和风险评估等研究1-3。贺芳芳等4进行了基于情景预测的综合风险研究，重点关注了台风风暴潮。宋城城等5及Wang 等6-7分别模拟了 2040年与 2030年/2050年/2100年上海风暴潮复合灾害情景的洪涝淹没情况。Wang 等7以上海为案例城市，模拟沿海气候灾害，评估了地面沉降、海平面上升与风暴潮等因素综合后上海在 2030 年/2050年/2100年面临的洪涝风险。殷杰等3模拟了2030 年及 2050 年黄浦江风暴潮漫滩情况。Wang 等1系统地收集上海风暴潮、海平面上升和地面沉降数据，使用MIKE研究海堤和堤防被破坏的21种模型，并模拟了海防与堤防受破坏造成黄浦江漫滩的灾难场景（2030年/2050年/2100年），研究结果表明，洪水对未来黄浦江滨水空间用地影响极大，且洪水的分布在空间上呈现非匀质性。洪涝风险指数常以集水区规模为标准，朱诗尧8基于高精度地形表面模型进行雨洪模拟，对抗涝韧性进行了度量；Zonensein9基于巴西等发展中国家实际情况定义了洪涝风险指数，该指数由洪涝属性与洪涝后果乘积组成，后果代表洪涝的暴露度与脆弱性。Miguez等10采用MODCEL模型诠释了洪涝收稿日期：2022 10 30基金项目：国家留学基金委资助项目（2015 3069号）朱黎青，E-mail：通信作者：高翅，E-mail：朱黎青，高翅，朱春阳.气候变化视角下上海黄浦江滨水区洪涝风险评估与分区分策 J.华中农业大学学报，2023，42（4）：4252.DOI：10.13300/ki.hnlkxb.2023.04.006的属性，探讨了河流、雨水径流及下水道排水对洪涝属性的影响；Zhang 等11对大流域尺度进行洪涝风险评估，构建了空间多指标模型。这些指数和指标模型能够规范化地在空间上协同量化风险，从而评估洪涝的空间分布危险指数，对分区施策带来极大帮助。面对气候变化日益增长的风险，城市管理思路将从城市排水转向洪涝风险管理，进一步建立综合洪涝风险指数和洪涝风险的概念，构建城市洪涝风险管理模型，将能够预测未来超过设计标准的防洪响应10。根据IPCC提出的风险定义，洪涝风险由危险、脆弱性与暴露度组成。将洪涝风险进行叠加和分析，生成综合洪涝风险空间分布图，显得十分重要。但目前有关城市空间洪涝风险该如何采取对策的研究尚处于空白。上海市是典型的河口城市，黄浦江贯穿上海陆域，黄浦江两岸受风暴潮及相关洪水影响最大的范围约为沿岸纵深23 km。面对未来气候变化，黄浦江滨水区域脆弱且暴露度大，未来极端洪涝灾害极可能给黄浦江沿岸带来严重影响。管控未来洪涝风险、增强气候灾害适应能力特别是洪涝灾害适应能力是上海市黄浦江滨水空间更新过程中必须正视的现实问题。本研究选取上海市黄浦江滨水区作为对象，基于气候变化视角，对城市滨水区洪涝风险评估与分区分策进行研究，目的在于提高城市抗洪能力，为城市洪涝风险韧性空间的规划提供理论和实践依据，以降低洪灾风险。1材料与方法1.1研究区域概况上海市人口高度密集且地势低洼，海拔34 m，四分之一区域位于海拔3 m以下，黄浦江贯穿上海陆域。上海经常受到极端热带风暴潮的影响，过度淹没的风险很大。1.2气候变化适应性评价与流程根据IPCC有关气候变化相关术语，危险性是指自然灾害发生的严重程度和概率，而脆弱性则是指社会、经济和环境系统在应对自然灾害时的抵抗能力；脆弱性越高，系统面对自然灾害的承受能力就越低；暴露性指的是人类活动和财产在不同自然灾害中的暴露程度。当危险性、脆弱性和暴露性相互作用时，就会产生风险。因此，风险评估需要综合考虑这3个要素，以便更好地理解和管理自然灾害造成的风险。本研究基于未来洪涝风险的危害性、暴露性与脆弱性及其对应的指标层进行全面审查和分析要点，获取上海市黄浦江滨水空间需要解决的洪涝风险的空间分布；再与人口密度等叠加，统筹权衡并识别出抗洪区、承洪区与泛洪区。针对不同滨水空间带采取“三区三策”，包括抵抗治洪策略、与洪共处策略及迁离水岸的策略。1.3评价准则与指标1）准则层与指标层。按AHP方法，以评价的目标层定义洪涝风险，危险性、脆弱性与暴露度组成评价的准则层。根据准则层建立多指标评价体系。根据因气候变化导致的洪涝风险相关的危险性、暴露度及脆弱性的相关研究，以及对国土空间双评价的有关洪涝风险的成果中的指标进行了收集分析，得到河流滨水洪涝风险指标集（表1）。基于文献阅读、专家咨询、数据的可获得性及空间布局的可行性，建立基于GIS空间分布的多指标模型来评估河口城市的滨水空间景观更新所面临的洪涝风险（表2）。多指标体系包含目标层、准则层和指标层，其中目标层的指标是河流洪涝风险指数，而准则层则包括危险指数、脆弱指数和暴露指数。对指标层进行GIS空间叠加分析，试模拟所涉及到的11个指标在2030年、2050年及2100年的空间分布，归一化处理后，再叠加分析，计算评价结果。在01表 1气候变化适应性目标下的洪涝风险指标集Table 1Flood risk indicators set under climate change adaptation goals第 4 期朱黎青 等：气候变化视角下上海黄浦江滨水区洪涝风险评估与分区分策的属性，探讨了河流、雨水径流及下水道排水对洪涝属性的影响；Zhang 等11对大流域尺度进行洪涝风险评估，构建了空间多指标模型。这些指数和指标模型能够规范化地在空间上协同量化风险，从而评估洪涝的空间分布危险指数，对分区施策带来极大帮助。面对气候变化日益增长的风险，城市管理思路将从城市排水转向洪涝风险管理，进一步建立综合洪涝风险指数和洪涝风险的概念，构建城市洪涝风险管理模型，将能够预测未来超过设计标准的防洪响应10。根据IPCC提出的风险定义，洪涝风险由危险、脆弱性与暴露度组成。将洪涝风险进行叠加和分析，生成综合洪涝风险空间分布图，显得十分重要。但目前有关城市空间洪涝风险该如何采取对策的研究尚处于空白。上海市是典型的河口城市，黄浦江贯穿上海陆域，黄浦江两岸受风暴潮及相关洪水影响最大的范围约为沿岸纵深23 km。面对未来气候变化，黄浦江滨水区域脆弱且暴露度大，未来极端洪涝灾害极可能给黄浦江沿岸带来严重影响。管控未来洪涝风险、增强气候灾害适应能力特别是洪涝灾害适应能力是上海市黄浦江滨水空间更新过程中必须正视的现实问题。本研究选取上海市黄浦江滨水区作为对象，基于气候变化视角，对城市滨水区洪涝风险评估与分区分策进行研究，目的在于提高城市抗洪能力，为城市洪涝风险韧性空间的规划提供理论和实践依据，以降低洪灾风险。1材料与方法1.1研究区域概况上海市人口高度密集且地势低洼，海拔34 m，四分之一区域位于海拔3 m以下，黄浦江贯穿上海陆域。上海经常受到极端热带风暴潮的影响，过度淹没的风险很大。1.2气候变化适应性评价与流程根据IPCC有关气候变化相关术语，危险性是指自然灾害发生的严重程度和概率，而脆弱性则是指社会、经济和环境系统在应对自然灾害时的抵抗能力；脆弱性越高，系统面对自然灾害的承受能力就越低；暴露性指的是人类活动和财产在不同自然灾害中的暴露程度。当危险性、脆弱性和暴露性相互作用时，就会产生风险。因此，风险评估需要综合考虑这3个要素，以便更好地理解和管理自然灾害造成的风险。本研究基于未来洪涝风险的危害性、暴露性与脆弱性及其对应的指标层进行全面审查和分析要点，获取上海市黄浦江滨水空间需要解决的洪涝风险的空间分布；再与人口密度等叠加，统筹权衡并识别出抗洪区、承洪区与泛洪区。针对不同滨水空间带采取“三区三策”，包括抵抗治洪策略、与洪共处策略及迁离水岸的策略。1.3评价准则与指标1）准则层与指标层。按AHP方法，以评价的目标层定义洪涝风险，危险性、脆弱性与暴露度组成评价的准则层。根据准则层建立多指标评价体系。根据因气候变化导致的洪涝风险相关的危险性、暴露度及脆弱性的相关研究，以及对国土空间双评价的有关洪涝风险的成果中的指标进行了收集分析，得到河流滨水洪涝风险指标集（表1）。基于文献阅读、专家咨询、数据的可获得性及空间布局的可行性，建立基于GIS空间分布的多指标模型来评估河口城市的滨水空间景观更新所面临的洪涝风险（表2）。多指标体系包含目标层、准则层和指标层，其中目标层的指标是河流洪涝风险指数，而准则层则包括危险指数、脆弱指数和暴露指数。对指标层进行GIS空间叠加分析，试模拟所涉及到的11个指标在2030年、2050年及2100年的空间分布，归一化处理后，再叠加分析，计算评价结果。在01表 1气候变化适应性目标下的洪涝风险指标集Table 1Flood risk indicators set under climate change adaptation goals项目 Item危险性 Hazard脆弱性 Vulnerability暴露度 Exposure归纳的指标 Inductive metrics降水因子、风暴潮因子、河流洪涝影响因子、内涝影响因子等高程、坡度、地面沉降、排水密度、地表径流因子、植被覆盖因子、水面率、绿地率、堤防达标率、排水管网密度、河湖蓄容量、监测和预警能力等人口密度、地均GDP、土地利用类型、空间类型与建筑质量、水土流失度、现场污染风险、未成年人口比例、65岁及以上比例、残疾人比例、老式房屋和低标住宅比例、每10万人中刑事案发生率等引用文献 Cited literature1-2,6-7,11-161,6-7,11-12,14-15,17-1913,15,17-18,20-2143第 42 卷 华 中 农 业 大 学 学 报区间内，数值越高，表示气候变化适应性视角下的