基于自然的解決方案在防災減災中的應用進展*

紀 丹，田 健，艾合麥提·那麥提，賀蔚杰，曾 堅

(天津大學 建筑學院，天津 300072)

快速城鎮化帶來的過度人類活動影響了氣候變化，改變了自然災害的規模、頻率和強度，社會經濟發展對人類福祉產生重大影響[1]。傳統應對自然災害的方法主要是發展硬性基礎設施[2]，但其建造、維護和更新成本高昂，阻礙城市可持續發展[3]。2008年，世界銀行提出“基于自然的解決方案”(Nature-based Solutions，NbS)的概念[4]，證明其對減少災害風險和適應氣候變化具有一定積極影響[5]，并被《巴黎協定》簽署國們納入議程[6]。我國發布多項指南[7]和政策[8]等也明確指出其防災減災的重要性[9]。因此，NbS可以作為工程措施的補充或在一定條件下成為替代方案，以提升防災減災的效果和長期持續性[10]。在防災減災中融入NbS理念是必然趨勢，也是傳統防災減災的關鍵轉型。NbS為防災減災方案可持續的問題提供了新思路，在災前、災中、災后工作方面有著一定的應用前景。目前NbS的應用研究集中在對NbS發展歷程的梳理[11-13]；公眾對應用NbS的接受度、感知度及其影響因素[14-15]；國內外納入NbS的政策性文件的梳理[16-17]；NbS在防護效率[18]、成本效益、績效監測與評估[19]、和生態系統服務(ES)[20]等專項技術與模型方面的應用；以及NbS在特定地區應用的案例介紹[18，21-23]等方面。而針對城市應對自然災害風險的NbS應用研究甚少，導致NbS在實踐應用中缺乏理論指導。因此，本文在回顧NbS概念發展、應用歷程、國內外相關研究成果基礎上，歸納了NbS在防災減災實踐中的應用特征，并闡述了NbS在城市防災政策中的應用進展，為城市制定更為本土化、更具針對性的防災減災方案提供了一定思路。

1 NbS的發展概況與應用領域

1.1 NbS概念及發展

NbS是一個復雜的自然系統過程，其概念和應用范圍廣泛。2002年開始出現NbS一詞，后世界銀行將NbS概念引入，指利用生物多樣性來管理氣候變化[24]；2010年，國際自然保護聯盟(IUCN)進一步將NbS概念定義為：利用生態系統及其提供服務來應對氣候變化、糧食安全或自然災害等社會挑戰。并在2016年IUCN發表《基于自然的解決方案應對全球社會挑戰》報告作為應用指南[25]；2015年聯合國制定的可持續發展目標(SDGs)中，共11項目標強調了NbS的實踐與推廣[26]；2020年NbS成為“地平線計劃”(Horizon2020)核心[27](圖1)。

圖1 NbS概念發展歷程

1.2 NbS應用原則及措施

NbS提倡人類積極保護、管理或恢復生態系統，以主動解決重大社會挑戰，而不是被動受益[25]。其應用原則有8點：奉行自然保護規范和原則；可獨立實施或與其他解決方案結合；由特定地域的自然和文化背景決定；公平公正產生社會效益，促進參與；維系生物和文化多樣性，維護生態系統自然發展；適用于景觀尺度；權衡短期經濟利益與長期ES維護；整合總體政策方案、措施或行動。這些應用原則有助于其應用框架的構建。

同時NbS的實施廣泛[28]，IUCN按實施效能、針對問題、管理形式等進行了分類(表1)，以此解決NbS相關應用中在政策、管理體系、規劃、措施、工程等方面的問題。

表1 NbS相關方法與具體實施

1.3 NbS常見應用領域

NbS可通過多種措施對水安全、糧食安全、氣候變化、人類健康、災害風險等各大社會挑戰實施干預措施[25]，已有多方案例進行驗證(表2)。

表2 NbS應對社會挑戰案例

尤其對于災害風險，人們逐步認識到自然是災害風險管理的關鍵解決方案[29]。NbS可通過系統地分析和管理災害的成因，例如減少對危害的暴露、降低社會和經濟脆弱性[30]、有效管理土地和環境以及改善對不利事件的準備[31]，有效減少災害風險[32]，實現人與自然的良性互動。因此基于自然的防災減災解決方案也受到了各個國際科學和政策報告的支持[33-37]。

自然災害通常分為水文氣象、地質、生物災害[38]。由于生物災害治理涉及醫學更多，與前兩種災害治理具有較大差異，因此本研究主要聚焦于水文氣象與地質自然災害[39-45]。因而在自然災害風險的背景下，NbS可定義為：由自然啟發和支持進行主動保護、可持續管理和恢復生態系統的行動，適應性地應對自然災害挑戰，同時提供人類福祉和生物多樣性利益的系統性方案。

1.4 NbS防災減災的應用流程

NbS的應用步驟為①識別突出的自然災害問題→②評估當地情況、制度與適宜尺度，選擇相關行動→③設計NbS解決問題風險的流程→④實施NbS→⑤與利益相關方協商，權衡各方利益→⑥綜合評估實施結果與方案效益→⑦根據評估結果進行適應性調整與管理優化(圖2)，實現NbS最佳實踐。

圖2 NbS防災減災的應用流程

2 NbS防災減災的應用特征

NbS在防災減災過程中以維持生物自然過程和生態資源完整性為原則，通過評估環境承載能力，考慮社會、經濟、生態綜合效益，本土化設計解決方案。同時利用生態系統資源降低社會和經濟脆弱性[28]、提升城市承載力與復原力、應對災后恢復問題[29]，實現人與自然的良性互動。NbS在防災減災中應用潛力十足，并具有綜合與系統性、地域適應性、應用多階段性、效益多重性、動態適應性等等特征。

2.1 綜合與系統性

NbS的防災減災研究具有綜合性，廣泛涉及自然災害風險及其附加問題。這些問題包括不同土地類型和災種，如山地滑坡防護[46]、沿海森林防海浪侵蝕[47]、河流景觀規劃及物種棲息地創造[48]、森林抵御風暴[49]等。同時，它也涉及不同對象，如紅樹林修復[50]、沿海保護區管理和珊瑚修復[22]、城市水安全管理[51]、城市地區生態系統健康和人類健康[52]等。此外，NbS還覆蓋了不同尺度和等級，如宏觀尺度下的城市更新[27]、利用ES適應氣候變化[53]，中觀尺度下的城市GI網絡的氣候敏感干預[54]及微觀尺度下的城市社區彈性提升[55]等。相比傳統防災減災阻攔災害及減少實時影響的方案[56-59]，NbS從更廣泛的角度考慮了不同防災減災問題，更注重可持續發展、生態平衡和社會公平，強調自然與人類的共存與互惠[60]，因而更具前瞻性、整體性和系統性。

2.2 地域適應性

與傳統預防性策略不同[61-63]，NbS是以解決方案為導向的干預措施[64]。它通過借用自然力量助生態防災，并考慮本地社會、經濟、生態等因素，制定防災減災方案。NbS的規劃與建設以解決災害系統與人地系統關系為起點，依據當地本底生態系統情況與尺度因地制宜，確保作用于整個區域空間的社會-經濟-生態復合生態系統[65]。

同時，NbS注重尊重地方文化傳統，鼓勵政府、企業、居民多方利益主體參與管理[5]，形成多利益相關方共同利益、可持續且具有適應性的防災減災方案[26](表3)。

表3 NbS防災減災計劃特點

2.3 應用多階段性

NbS可在應對自然災害風險過程中進行分階段應用。在災前工作中，NbS利用風險評估、相關模型模擬、數據庫構建及多維度風險管理[55]、從各個方面提高前期防災效率并增加利益群體對NbS的接受度[66]。災中工作中，除確保政府職能正常運轉[67]外，NbS會利用生態系統過程提升基礎設施效益[68]；同時注重多部門合作，確保區域ES功能穩定，以滿足區域需求，降低災害帶來的損失；并通過實時監測[69]與效益評估的手段為城市防災規劃提供有效思路。在災后的恢復與重建工作中，除了重建與生產生活相關的項目外，NbS還注重恢復空間生態系統和健康服務[70]、規劃空間GI[71]、提升社區韌性[72]和改善精神健康[73]等措施，以增強區域承載力和復原力。

2.4 效益多重性

NbS的目標與國內生態文明建設的終極目標--構建人與自然生命共同體相契合[16]。NbS旨在通過維持生物自然過程和生態資源完整性，應對全球氣候變化挑戰[60]，實現長期有效減災、動態適應防災、環境可持續、社會公平性和經濟可行性的多方共贏目標。

實施城市防災減災計劃可帶來多方面效益，如減少災害發生頻率和嚴重程度[74]、增強城市抗災能力[75]、促進相關產業發展和經濟增長[76]等。但單一功能的工程防護設施不僅維護成本高，且易對生態系統造成干擾和破壞。而NbS除了具有防災效益外，還可提高土地生產力，實現當地居民增收創收[77]、改善生活質量的經濟效益；減少對生物生境的干預干擾，實現減碳固碳[78-79]、提高生物多樣性、維持生態系統穩定的生態效益；提升大眾對NbS福祉效益的認知[15]、引導居民參與、保障當地文化，并最大限度利用自然資源降低人工成本，實現可持續管理的社會效益。因此，NbS具有廣泛的社會、經濟和生態效益(圖3)。

圖3 NbS多重效益分析

2.5 動態適應性

城市防災減災的后續調整是一個長期過程，需要根據災害情況和社會需求的變化來不斷進行調整。僅僅通過加固或新建物理防災基礎設施工程難以實現彈性防災。NbS在后續調整階段，通過綜合評估實施結果和效益，及時協商多方利益并調整決策與制度[80]，從而實現本土方案的靈活調整[26]，確認其最佳實踐方案。NbS通過適應性管理機制進行動態調整與功能優化，以提升應對自然災害演變的適應能力和減災效能。這種動態適應性的特性可用于城市更新規劃中的可持續策略研究等[81]。

3 NbS在防災減災中的應用進展

NbS在防災減災中的應用進展可根據災前準備、災中應對、災后恢復三個階段[82]進行歸納闡述(圖4)。

圖4 NbS防災減災應用框架

3.1 災前評估準備工作

災前可通過風險管理、風險評估、利益群體接受、應災政策制定等工作有效降低災害損失。

3.1.1 災前風險管理

傳統的災前風險管理傾向于采用單一技術措施來預防和減輕自然災害，但這些措施對環境敏感性和有效性有限。相比之下，基于NbS的風險管理模式更強調多層次的管理，包括：多維度指標評估、結構與非結構性措施結合[55]、以自然流程管理風險、提前考慮實施障礙[83]、社會層面政府與群體之間相互合作[55]以及解決設施效益分布不均問題[84]。

3.1.2 災前風險評估

提高災前評估準確度是傳統防災減災亟須解決的問題。將NbS整合到風險測繪中，配合原位傳感器、機載LiDAR和星載衛星圖像相結合的方案，可有效克服特殊地區生態系統樣性和異質性影響風險測繪準確度的問題[85]。此外，通過收集實踐案例并構建數據庫，結合模型模擬精確不同NbS措施對災害的影響，可提高風險評估的精準度，進而制定未來應災時的應對方案[86]。

3.1.3 災前利益群體接受工作

NbS的多重效益特性可增加群體對減少災害風險方案的支持與推廣。由于NbS基于自然的特性，調查顯示，人們明顯偏愛基于NbS的管理方案[87]，這有利于提升防災減災相關教育、政策發展和社會管理的接受度和支持度[66]。此外，NbS的提供不僅可以降低災害風險，還能增加人們對綠色空間的到訪次數并獲得額外的心理和身體健康益處[73，80]。

3.1.4 災前應災政策制定

合理的災前應災政策對于減少災害風險至關重要。已有研究通過戶外實驗進行現場測量和監測關鍵績效指標，證明NbS的多重效益并建議將其納入政策框架[88]，不少亞洲國家已在其本國背景下開發和實施了NbS，并將其納入了國家戰略或計劃中[89]。NbS提倡以多部門協作的模式制定政策議程。可為政策框架匹配對應機構，依據不同利益群體制定指導方針和戰略，解決利益沖突問題[90]。同時由于NbS強調自然流程，主張政策按照從傳統基礎設施逐步過渡到NbS的邏輯制定，在政策落地過程中可逐步實現NbS的防災減災效益和其他效益。

3.2 災中系統承災工作

有效的災中系統承災可通過應災方案制定、實時監測、基礎設施承災等措施來降低災害對經濟、生態、文化及社會層面造成的損失，并為城市防災規劃提供有效的思路和依據。

企業的戰略分析是整個企業戰略的最重要的部分，是企業戰略的靈魂。戰略分析的正確與否直接影響到了企業戰略的方向和中心思想的正確性，甚至還關系到企業的存亡。企業戰略分析主要針對企業的內部優勢和劣勢、企業外部的優勢和劣勢進行研究。企業戰略分析使得企業對自己企業所處的宏觀環境、產業環境、經營環境以及自身所具備的實力有一個準確的定位，從而為企業接下來的確認方向和目標的工作打下基礎。

3.2.1 災中應災方案制定

NbS與傳統方法結合，可以有針對性地進行干預方案。例如，研究者提出了一種基于流域的干預方法，從土地使用規劃和政策制定(例如林業、農業、資產管理)到管理ES(例如旅游、自然保護、水資源管理)進行干預，解決防災減災中跨部門的協調問題[91]。同時，應災方案鼓勵利益相關的公眾參與環境審查與土地利用管理工作，促進多重效益的落實[92]。NbS還可與DPSIR(驅動力-壓力-狀態-影響-響應)模型結合，構成應用框架，針對性地解釋可持續城市化進程背后的復雜因素和機制[93]，并為城市管理者和決策者制定城市防災減災規劃方法與措施提供工具。總之，基于NbS的應災方案更加針對當地亟待解決的實際問題。

3.2.2 災中監測

通過實施和監測NbS，可以獲得關于災害風險的動態數據[69]。例如開發信息和通信技術平臺可提供實時的NbS績效信息，促進防災減災方案的規劃、升級、實施和運營。在NbS選點實踐中，可對單個站點或多個站點組合進行調整，在災后根據監測數據進行優化。NbS結合傳統灰色基礎設施，通過實時監測以評估混合解決方案的有效性。

3.2.3 災中基礎設施承災

相關實踐證明，NbS可提高基礎設施的綜合效益。例如GI作為NbS的重要形式之一，通過促進自然生命系統健康，提供區域所需的ES，提高社區的健康和經濟效益[56]。GI是維護區域生態系統完整、推動城市韌性和可持續性的重要結構[94]。此外，NbS還可與灰色基礎設施結合[95]，在降低災害風險的同時提供額外好處，如降低污水處理成本、循環利用水資源、美化環境以及促進當地旅游業的發展[96]。從長期效益來看，采用不同類型基礎設施與NbS的混合方式[68]，可以最大限度保留現有基礎設施，并提高防災減災的效率和效益[95]。

3.3 災后恢復與重建工作

災后規劃與修復的必要性在于保證區域更好地恢復與重建，并適應未來威脅[97]，確保區域具有一定抵抗、吸收、恢復和適應的能力。可通過生態修復、社會恢復、ES調節與改善、復原力評估與提升這幾個方面進行NbS災后恢復與重建工作的實施。

3.3.1 災后生態修復

NbS可通過重建更自然的水循環系統和改善水質來降低氣候變化風險。例如阿爾布費拉市通過應用NbS修復河流，實現了長期可持續的ES和社會經濟效益，并增強了居民對地方文化的感知[71]。此外，在災后生態修復過程中，可通過紅樹林恢復、特殊漁業保護區管理和珊瑚修復等NbS措施，實現基于自然的雙重目標，即抗災解決方案和保護生物多樣性[22]。同時NbS方案提倡對災后綠色空間的修復，以維持區域生態系統和健康服務，并提升災后人民的生活質量和社區韌性，實現長期可持續性[98]。

NbS提出利益相關者應共同參與解決社會需求與問題的過程。研究者提出可將森林和景觀恢復(FLR)與社會創新(SI)結合，從社會需求和問題出發，確保災后恢復區域生態功能并改善人民福祉，同時提高社會生態系統的復原力和社會治理能力，進而適應災后轉型[99]。此外，通過恢復和保護生態系統為人們提供多樣化的休閑自然體驗，可以幫助人們減少焦慮、抑郁，并更快地從災難中恢復[73]。

3.3.3 ES的改善與調節

NbS戰略性的規劃、設計和管理，可激發區域ES的能力，從而降低對自然災害的暴露和脆弱性，并維持和改善生物多樣性保護[6]。特別是在三角洲地區，NbS可實現防洪效益的同時提供農業和水產養殖生產力，與ES協同作用制造生物物理與經濟價值[100]。同時有研究表明，NbS可有效減少或不會加劇現有及潛在的環境不公正問題[101]。通過ES供需監管，可有效量化NbS效益，以NbS空間和ES輸送互補的空間模式對區域進行災后的改善與調節，并便于政府制定合適的措施解決減少災害風險問題和潛在空間錯配問題[102]。

3.3.4 復原力評估與提升

NbS強調將土著傳統知識、社區行動、地方實踐及地震災害管理經驗等本土知識納入災害管理，以有效避免不良影響，并為災后重建和復原力提升提供經驗參考[72]。同時，將NbS納入復原力評估框架可為相關研究提供穩健有效的評估方法和決策支持。例如，研究者在復原力評估框架(RAF)中引入NbS概念，構建了基于自然的解決方案的復原力評估框架，從NbS角度評估城市的彈性潛力，有助于未來復原力方案的規劃、實施與管理[103]。另有研究者以地理模型結合NbS，構建了地方氣候變化復原力(C-CROP)評估模型，旨在評估任何地理區域的氣候變化彈性。該模型可識別漏洞熱點、推斷復原力建設干預措施的影響、評估解決方案的有效性等工作，明確了氣候變化復原力的評估方向，并以此提出復原力提升方案[104]。

4 總結與展望

NbS被視為一種經過驗證的更綜合的自然災害解決途徑，具有生態、社會、經濟多方效益，可實現人與自然和諧共生的可持續發展[67]。NbS防災減災與生態環境的良性互動，是對傳統防災減災政策的升級，也是時代發展的必然走向，是可長期有效管理自然災害的方法。

4.1 總結

1)NbS是一個復雜的自然系統過程，其概念和應用范圍廣泛，可積極主動地應對社會挑戰及干預風險，具有防災減災的應用潛力。其應用流程可分為識別問題-評估當地情況-設計流程-實施NbS -效益評估與權衡-適應性調整六個階段，以此來實現最佳實踐方案。

2)在防災減災的應用中，NbS以本地實際情況因地制宜地制定方案，考慮社會-經濟-生態多重效益，針對實際問題設計并實施方案，同時通過適應性管理機制進行動態調整與功能優化。具有綜合性與系統性、地域適應性、多階段應用、多重效益、動態適應性幾大特征。

3)NbS在防災減災的應用中，災前工作通過風險評估、風險管理、災害預測、提高群體接受度、制定政策等措施有效提升前期防災效率；災中NbS則可利用制定干預方案、實時監測、提升基礎設施效益等為城市防災規劃提供創建有效思路；災后的恢復與重建工作中，NbS考慮生態修復、社會恢復及ES改善保障群體日常生活需求，并強調適應性調整及空間規劃，以提升區域適應未來威脅的能力。

4.2 展望

基于以上研究與分析，目前NbS在防災減災中的應用已積累了部分經驗，國內也有部分政策提及對NbS的本土化推廣。但仍存在一些問題需要未來研究解決與改進，以提升NbS的應用效率，推動NbS在防災減災中的進一步發展(圖5)。

圖5 NbS應用展望

1)在相關框架、協議、指南和政策中推行NbS主流化。當前相關文件中，只有34%直接引用了NbS[88]，還需進一步推行，滲透至規劃、設計和實施階段[5]。應明確規劃建設目標，將NbS明確納入城市規劃管理條例，通過相應策略研究減小政策和實踐之間的差距。建議建立國家和區域框架分層次納入NbS，并制定指導方針[89]，加強多部門共同創造，以多樣化的知識、人力及資源更加高效系統地將NbS納入主流[88]。在國家生態文明建設的戰略背景下，加強對NbS的推廣和應用，提高NbS在防災減災中的地位和市場機會。

2)優化與創新NbS在防災減災應用中的相關技術。例如實時監測與反饋、效益量化、GI承災效率提升、ES測算、NbS信息收集與匯總、平臺與數據庫構建等方面技術。此外，還需要進行災害鏈的監測和耦合危險性評估與應對技術[105]的研究。提升這些技術可以更好地提高NbS防災減災的效率和成本效益。

3)需要加強對NbS本土化實踐的研究，積累本土實踐經驗，發展本地應用方法。目前的研究側重于個案分析，缺乏具體、統一的規劃措施，普適性較差，而且多數實踐為國外案例，無法適應中國的特點。同時在國家鄉村振興背景下，也需要針對鄉村地區的實踐進一步研究，以平衡城鄉韌性水平。需要在不同時空尺度下研究NbS的應用策略，在時間尺度上，需要進行不同時間發生的災害的危險性、損失程度和易損區域的比較研究；在空間尺度上，還需擴大到社區、鄉村、城市或群落、生態系統、景觀等以行政區為單位以外的研究形式，以制定合理的NbS實踐安排方案。

4)加強NbS在規劃與實施階段的可行性研究。在NbS的規劃設計階段，倡導政府部門、社會組織、專業人員和城市居民等多方參與，增加社會調查與推廣[106]，保障各方利益和居民滿意度[6]。政府制定適當NbS政策的同時，應主動轉化政策，鼓勵投資、創新和示范項目、進行公眾教育等，提高NbS的公眾接受度[15]。由于NbS具有成本效益和商業優勢，需要專業的研究理論指導，保護社會和經濟的公平和平衡。后續研究可更多地關注個人、社會和NbS之間的相互作用，具體化NbS在實施階段的推進措施，提高NbS的可行性[107]。