基于TELEMAC-2D模型的湿地自然解决方案对加纳快速城市化区域洪水风险缓解的情景分析

针对撒哈拉以南非洲快速城市化区域洪水风险加剧问题，研究人员采用TELEMAC-2D水动力模型与光谱指数（MNDWI/NDVI/NDBI）技术，评估了湿地作为自然解决方案（NbS）的洪水缓解潜力。研究发现，通过洪泛区恢复与湿地创建的组合方案可实现峰值流量降低16-24%，为数据稀缺地区的NbS规划提供了可复制的决策框架。

　　

在撒哈拉以南非洲（SSA）快速城市化的背景下，加纳库马西大都会区（GKMA）正面临日益严重的洪水威胁。过去十年间，该地区洪水事件激增十倍，每年影响超百万人口。究其原因，湿地生态系统59%的消失与建成区134%的扩张导致自然水文调节功能严重退化，而传统工程解决方案成本高昂且生态副作用显著。这一困境促使国际研究团队探索基于自然解决方案（Nature-Based Solutions, NbS）的创新路径。

由德国联邦教育与研究部（BMBF）资助的FURIFLOOD项目团队，联合加纳克瓦米·恩克鲁玛科技大学（KNUST）等机构，首次将TELEMAC-2D水动力模型与多时相遥感技术结合，对GKMA的阿博博流域（Aboabo catchment）开展系统性研究。该成果发表于《Nature-Based Solutions》，为数据稀缺地区的NbS量化评估提供了范式转移。

研究采用三项关键技术：1）基于Landsat影像的光谱指数（MNDWI/NDVI/NDBI）分析1986-2023年土地利用变化；2）采用12米分辨率TanDEM-X数字高程模型构建TELEMAC-2D水动力模型，设置5种NbS实施情景（现状/洪泛区修复优先/洪泛区修复全流域/湿地景观创建/组合方案）；3）基于DACCIWA降雨网络数据，通过广义极值分布（GEV）模拟百年一遇降雨事件。

【结果】
3.1 水文生态系统时空演变
通过MNDWI阈值分析发现，研究区水体相关生态系统占比从5.2%锐减至2.2%，NDBI显示建成区扩张至89.4%。模型模拟显示，2023年2小时暴雨的峰值流量较1986年增加21%，但累计径流量减少85%，印证了城市化导致的"短时强流"水文特征转变。

3.2 NbS情景效能评估
"全流域洪泛区修复"方案在2小时短历时暴雨中表现最优（峰值流量降低24.4%），而"组合方案"在12-24小时长历时降雨中保持16-19%的稳定削减效果。值得注意的是，"景观创建"方案因实施空间受限，仅实现1-3%的微弱改善，凸显空间靶向性的重要性。

3.3 流量动态调控机制
热力图分析显示，"组合方案"能有效延迟峰值出现时间，在12小时降雨的中后期仍维持18.7%的削减率。相比之下，单一修复方案对长历时降雨的调控持续性不足，证实混合干预策略的时空互补优势。

【结论与意义】
该研究突破性地验证了TELEMAC-2D模型在SSA数据稀缺环境的适用性，揭示NbS实施效果存在显著的情景依赖性：洪泛区系统修复对短时强降雨更有效，而结合分散式湿地创建能增强长历时降雨的调控韧性。研究建议采用"支付生态系统服务"（PES）机制解决78%非国有土地的NbS实施障碍，并强调需将NbS与传统工程措施（如滞洪池）形成时空互补的混合系统。

政策层面，成果为落实加纳《缓冲带政策》和《湿地管理条例》提供了量化依据，直接支持可持续发展目标SDG11（可持续城市）和SDG13（气候行动）。方法论层面，建立的"遥感筛查-模型模拟-情景优化"技术框架，可推广至达累斯萨拉姆、坎帕拉等面临相似挑战的SSA城市。未来研究需结合实时水文监测与社区参与式设计，进一步提升NbS在快速城市化地区的实施精准度与社会接受度。