城市暴雨積澇災害風險評價指標體系與概念模型

陳鵬+張立峰+孫瀅悅+劉家福

[摘 要] 城市暴雨積澇災害是一種突發性強、破壞性較大、處置救助較為困難的氣象災害之一，給城市居民生命安全及城市基礎設施建設帶來重大損失。研究依據自然災害風險理論及自然災害風險形成機制，闡述了城市暴雨積澇災害相關概念，在此基礎上構建了城市暴雨積澇災害風險評價概念框架，從致災因子的危險性、承災體的暴露性與脆弱性、防災減災能力四個方面選取評價指標并構建指標體系，利用加權綜合評價法、層次分析法建立城市暴雨積澇災害風險評價模型，為城市暴雨積澇災害風險定量評價研究提供了依據。

[關鍵詞] 城市暴雨積澇災害；風險評價；指標體系；概念模型

[中圖分類號] F230 [文獻標識碼] A

Abstract： Urban waterlogging caused by excessive rain is a meteorological disaster that happens abruptly with great destructiveness and difficulties for relief， bringing about dangers to the safety of urban residents and infrastructure. The study elaborates the definition of urban waterlogging disaster caused by excessive rain on the basis of risk theory and risk formation system of natural disasters. It also builds a conceptual model for the risk evaluation and an index system from four aspects， including the risk of disaster-inducing factors， the exposure degree and vulnerability of hazard-bearing body， and the ability for preventing disasters and reducing damage. A risk evaluation model is set up by means of weighted-evaluating and analytic hierarchy process， providing a basis for the study of quantitative assessment of risks of urban waterlogging disaster.

Key words： urban waterlogging disaster caused by excessive rain， risk evaluation， index system， conceptual model

隨著城市化進程與全球氣候變暖日益加劇，導致城市暴雨積澇災害頻發，給城市居民出行安全、交通、地下管線等造成重大威脅，已經嚴重阻礙了我國城市可持續發展。城市暴雨積澇災害作為城市災害的一種，受到氣象條件、下墊面條件、排水管網分布等自然和人為因素影響，其發生原因極為復雜，具有一定的隨機性和不確定性。由于國際災害管理發展的趨勢已經向風險管理轉變，在城市災害的預防、防備和減災工作中風險管理是災害預防的重要工具[1]，因此災害風險評估作為災害風險管理的核心內容，是現代國際防災減災工作中研究普遍關注的熱點問題[2]。

目前，城市暴雨積澇災害風險評價常用方法主要歸納一下三點（1）從風險自身角度，將災害風險定義為一定概率條件的損失[3-4]，該方法利用歷史數據擬合出承災體的損失曲線，實現城市暴雨積澇災害風險評價。但此方法用到的歷史調查數據進行擬合損失曲線，當歷史1數據有缺失的情況下，會導致擬合曲線結果誤差較大；（2）從致災因子的角度，認為災害風險是致災因子出現的概率[5-6]，以積澇數值模型為基礎，對城市可能受到的積澇災害風險進行評價。該方法實際上只是從積澇災害的危險性進行評價，對承災體的脆弱性、暴露性及防災減災能力并沒有考慮；（3）以災害風險系統理論為基礎，定義為災害風險是致災因子危險性、暴露性及脆弱性共同作用的結果。但此種方法并沒有考慮城市的防災減災能力，由于城市的防災減災能力大小對城市暴雨積澇災害發生的可能性及大小都有所影響，因此防災減災能力是必不可缺少的因子之一。

近年來，城市暴雨積澇災害的發生已經給城市居民的生命、財產等造成巨大損失。同時，也給城市發展及經濟建設、社會安定帶來巨大的負面影響，嚴重阻礙了城市可持續發展。因此，需對城市暴雨積澇災害進行風險管理，開展城市暴雨積澇災害風險管理相關研究，實現我國城市暴雨積澇災害由危機管理向風險管理的轉變，提升我國城市暴雨積澇災害應急管理能力。

一、城市暴雨積澇災害風險基本概念與形成機制

城市暴雨積澇災害風險研究中涉及到城市暴雨積澇、城市暴雨積澇災害、城市暴雨積澇災害風險三個基本概念。目前對城市暴雨積澇災害風險中的基本概念界定不清，尚未得到統一，對后續的一些研究帶來不便。因此，在城市暴雨積澇災害風險研究前要先聲明相關概念的相關性與差異性。

暴雨（torrentialrain）是降雨強度很大的雨，雨勢很大。一般指每小時降雨量16mm以上，或連續12h降雨量30mm以上，或連續24h降雨量50mm以上的降水。根據國家氣象局規定，24h降水量為50mm或以上的雨量稱為“暴雨”。按其降水強度大小又分為三個等級，即24h降水量為50-99.9mm稱為“暴雨”；100-250mm降水量為“大暴雨”；250mm以上降水量為“特大暴雨”。endprint

（一）城市暴雨積澇的含義

城市積澇是指由于短時強降水或過程雨量偏大造成徑流過多，在地勢低洼、排水不暢等情況下而形成城市道路積水。目前，城市暴雨積澇形成原因主要包括：（1）隨著全球氣候變暖與城市化進程加快，城市暴雨發生的強度與頻次日益增加，是城市積澇的誘因；（2）城市化進程加快，城市下墊面中的植被、土地由混凝土、瀝青、水泥路等所代替，導致地面下滲率降低，地表產匯留時間大大縮短，加劇了城市積澇形成；（3）城市擴展過快，排水管網建設跟不上城市建設，尤其是老城區的排水管網覆蓋率較低，不能滿足排水需要。

（二）城市暴雨積澇災害的含義

城市暴雨積澇災害是指由于城市區域遭受短時強降雨或是過程雨量偏大，在地勢低洼、排水不暢等情況下而形成城市道路積水，并對城市居民出行安全、城市基礎設施、地下管網等造成嚴重損失。城市暴雨積澇災害主要是降雨引起的，尤其是暴雨，其中暴雨發生強度與頻次是主要的致災因子。承災體為城市居民、建筑物、城市基礎設施、地下管網等。孕災環境為城市特殊的下墊面、地下排水管網及城市局地氣候等。

（三）城市暴雨積澇災害風險內涵

城市暴雨積澇災害風險是指未來若干年內可能達到的災害程度及其發生的可能性。城市暴雨積澇災害具有突發性、隨機性、損失性和不確定性特征。當城市暴雨積澇發生后對城市居民、基礎設施、地下管網等造成損失時才能稱為災害。而城市暴雨積澇災害風險則是災害發生的可能性，只有可能性變為現實才成為災害。因此城市暴雨積澇、城市暴雨積澇災害、城市暴雨積澇災害風險三個概念不能等同。

（四）城市暴雨積澇災害形成機制與概念框架

城市暴雨積澇災害風險作為氣象災害風險的一種，是城市人地系統相互作用的產物。城市暴雨積澇災害風險是城市暴雨積澇災害危險性及其后果變成現實的可能性的定量特征。據自然災害風險的形成機理，本研究把城市暴雨積澇災害風險的形成機理概括為致災因子的危險性（H），承災體的暴露性（E）和脆弱性（V），防災減災能力（R）相互作用的結果[7]（圖1）。由于城市暴雨積澇災害的特殊性，所以城市暴雨積澇災害風險的各個因素之間關系是區別于其它自然災害的重要特征。

圖1 城市暴雨積澇災害風險形成機理

城市暴雨積澇災害積澇災害危險性是城市區域發生積澇災害的危險程度，還可理解為發生的可能性。在危險性評價指標體系中包括孕災環境和積澇災害暴雨發生因素。根據城市暴雨積澇災害歷史資料發現，其發生的主要致災因子為暴雨，表示方法用暴雨強度或是頻度；孕災環境為某地區的積澇災害的環境狀況，文中選擇不透水面積、地面糙率、高程、坡度、坡向、排水管網密度為孕災環境因子。

城市暴雨積澇災害暴露性因子選擇主要有生命暴露性和經濟暴露性。生命暴露性因子為研究區居民數量、密度；經濟暴露性包括建筑物數量、道路基礎設施數量、地下管線密度、地鐵網絡密度等。

城市暴雨積澇災害脆弱性或易損性包括生命脆弱和經濟脆弱性。生命脆弱性因子選擇0-14歲、60歲以上年齡居民，經濟脆弱性選擇平房數量、地下室數量、道路基礎設施類型、道路類型、地下網線、電線等材質、積澇災害等級經濟損失額度比等。

城市暴雨積澇災害防災減災能力包括研究區防澇人員數量、排澇設備數量、反應時間、防澇資金投入、人均可支配收入、積澇災害保險、應急避難所、應急反應時間等。基于上述城市暴雨積澇災害風險形成機制及四因子分析結果，構建圖2城市暴雨積澇災害風險概念框架。

二、城市暴雨積澇災害風險評價研究方法與技術流程

（一）研究方法

1.自然災害風險指數法

自然災害風險指標未來若干年內可能達到的災害程度及其發生的可能性。在區域自然災害風險形成過程中，危險性（H）、暴露性（E）、脆弱性（V）及防災減災能力（R）四者綜合作用的結果，自然災害風險度計算公式為[7]：

自然災害風險度=H×E×V×R

自然災害危險性是指造成災害的自然變異的程度，主要是災變活動規模（強度）和活動頻次（概率）決定的[8]。當至災因子強度越大、頻次越高，所造成的破壞損失越嚴重，災害風險也就越大。暴露性是指承災體（人、財產、建筑物等）暴露于災害危險中的數量與程度。某地區暴露于危險因素的人、財產等越多即受財產價值密度越高，可能遭受潛在損失就越大，災害風險越大。脆弱性是指在給定危險地區存在的所有任何財產由于潛在的危險因素而造成的傷害或損失程度，綜合反映了自然災害的損失程度。承災體的脆弱性越低，災害損失就越小，災害風險也就越小，反之越大。承災體脆弱性大小，與其物質成分、結構有關，同時與防災減災能力也密切相關。防災減災能力則是指災區在長期或短期內能夠從災害中恢復程度，包括減災投入、應急能力、資源裝備等。防災減災能力越高，可能遭受潛在損失就越小，災害風險越小。

2.層次分析法（AHP）

層次分析法是目前較為常用的一種對指標進行定量分析方法。該方法的思路主要是利用相關領域的多位專家的經驗，對每個因子進行兩兩比較、判斷并賦值，得到判斷矩陣，經過計算得到評價指標中每一個因子的權重值，并進行一致性檢驗。通過對指標進行一對一的比較，可以連續進行并能隨時進行改進，是比較常見的一種計算方法[9、10]。

3.加權綜合評價法

加權綜合評分法是假設由于指標i量化值得不同，而使每個指標i對于特定因子j的影響程度存在差別，公式為：

CVj=∑mi=1QVijWCi （1）

式中，CVj是評價因子的總值，QVij是對于因子j的指標i（QVij），WCi是指標i的重值（0≤WCi≤1），通過AHP方法計算得出，m是評價指標個數。

（二）城市暴雨積澇災害風險評價技術流程

依據上述城市暴雨積澇災害風險形成機制與概念框架，本文提出了城市暴雨積澇災害風險評價基本過程。其過程包括基本步驟如下：1）數據收集與處理；2）城市暴雨積澇災害數據庫構建；3）城市暴雨積澇災害風險辨識與風險模型建立；4）城市暴雨積澇災害風險評價。endprint

圖3 城市暴雨積澇災害風險評價技術流程

三、城市暴雨積澇災害風險評價指標體系與評價模型

（一）城市暴雨積澇災害風險評價體系建立

城市暴雨積澇災害主要對城市居民出行安全[11]、交通、地下管網及基礎設施造成重大威脅。具體表現在當積澇災害發生時會造成城市道路大量積水，造成交通阻塞，居民無法正常出行，在某些積水較重路段會對居民生命安全造成嚴重影響；當地下設施進水，會造成地下設施、管網遭受破壞，地鐵被淹等。根據上述城市暴雨積澇災害風險的形成機制與概念框架，并依據指標體系選取原則，利用層次分析法（AHP），綜合構建城市暴雨積澇災害風險評價指標體系（見下表）。

城市暴雨積澇災害風險評價指標體系表

（二）城市暴雨積澇災害風險評價指標量化

對于指標體系中無法直接量化的指標，可以采取賦值法對該指標進行賦值。如：受教育程度、地下網線、電線等材質，可根據專家經驗賦予相應的值。

（三）城市暴雨積澇災害風險評價模型構建

式中CRWD是城市暴雨積澇災害風險指數，用來表示城市暴雨積澇災害風險程度，其值越大，城市暴雨積澇災害風險指數越大；H、E、V、R分別表示城市暴雨積澇災害風險的危險性、暴露性、脆弱性及防災減災能力因子指數；WH、WE、WV、WR分別表示危險性、暴露性、脆弱性及防災減災能力因子的權重；Xi是指標i量化后的值；Wi為指標i的權重，表示各指標對形成城市暴雨積澇災害風險的主要因子的相對重要性。變量α是常數（0≤α≤1），用來描述防災減災能力對于減少總的CRWD所起的作用。

四、結論

本文依據自然災害風險理論及城市暴雨積澇災害風險形成機制，討論了城市暴雨積澇、城市暴雨積澇災害及城市暴雨積澇災害風險三者之間相關性與差異性，并依此為基礎，給出了城市暴雨積澇災害風險評價的基本概念框架，構建了城市暴雨積澇災害評價指標與模型。城市暴雨積澇災害是近些年城市常見的一種氣象災害，其評價過程較為復雜，目前針對此項研究的內容較少，至今缺乏統一的程序與范式，尤其是針對城市地區小尺度的暴雨積澇災害風險評估理論和方法的系統研究尚待深入開展。因此，本文著重對此方面進行了探討，并提出了一套城市暴雨積澇災害風險評估的思路與方法，創建了城市暴雨積澇災害的風險評估模型與范式，以充實、完善城市自然災害風險評估研究理論與方法，為我國制訂城市暴雨積澇災害風險管理和規劃提供依據。

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[責任編輯：劉玉梅]endprint