滋扰性洪水风险：通过流体动力学洪水灾害建模和基于指标的脆弱性评估为城市洪水风险管理开辟新视野

《International Journal of Disaster Risk Reduction》：Nuisance Flood Risk: Defining a New Horizon in Urban Flood Risk Management through Hydrodynamic Flood Hazard Modelling and Indicator-Based Vulnerability Assessment

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近年来，随着全球城市化进程的加速，低强度但高频次的城市内涝问题（Nuisance Flooding, NF）逐渐成为城市防洪管理的难点。这类灾害通常表现为淹没深度小于10厘米、流速低于3米/秒的局部性积水，虽未造成大规模直接损失，但对城市交通、公共服务和居民日常生活的影响显著。然而，NF在现有研究中的关注度仍相对不足，多数文献聚焦于极端洪水事件，忽视了高频次、低强度灾害对城市韧性的长期侵蚀。针对这一研究缺口，印度理工学院鲁尔克城分校的研究团队以孟买Mithi流域为对象，构建了首个针对NF风险的综合评估框架，实现了灾害风险从单一物理因子向“灾害-脆弱性”双维度分析的转变。

### 一、研究背景与问题定位
城市内涝的本质是自然水文过程与人类活动叠加的产物。在沿海超大城市如孟买，复杂的地理环境加剧了NF的形成：既有季风暴雨引发的河渠漫溢，也有潮汐顶托导致的海水倒灌，更叠加了城市扩张对自然水系的破坏。据印度气象局数据，孟买1970-2011年间每小时降雨量最大值达50毫米，而其排水系统设计标准仅为25毫米/小时，这种供需失衡直接导致NF频发。研究显示，2023年7月单次暴雨就造成孟买交通瘫痪、医院运营中断等连锁反应，暴露出现有防洪体系在应对NF时的系统性缺陷。

### 二、数据体系与建模方法
研究团队整合了多源异构数据构建了三维分析框架：
1. **水文气象数据**：采用印度气象局提供的Santacruz站1970-2011年逐小时降雨数据，结合中央水委员会的日径流数据，通过广义极值分布（GEV）提取不同重现期（2年、10年、20年）的设计降雨量。
2. **海洋动力数据**：依托INCOIS机构提供的1900-2100年天文潮汐数据及2011-2015年风暴潮观测数据，运用调和分析提取主要潮汐分量，结合GEV和广义帕累托分布（GPD）计算设计潮位。
3. **地理空间数据**：采用2米分辨率LiDAR地形模型（垂直精度15-25厘米）构建数字高程模型（DEM），配合国家遥感中心提供的56米×56米土地利用/覆盖数据，重点识别了7处关键基础设施节点（机场跑道、地铁换乘站、消防站等）和5个典型社区单元（Dharavi贫民窟、商业中心、滨河居住区等）。

### 三、创新性分析框架
#### （一）双维度耦合风险评估模型
研究突破传统风险评价的单一维度局限，首创“灾害-脆弱性”双因子耦合评估体系：
1. **灾害量化**：采用MIKE+ 1D-2D耦合模型，通过数值模拟生成淹没深度、流速、动量等三维参数。其中，动量（m/s2）被创新性地引入评估体系，有效表征水流冲击力对基础设施的破坏潜能。
2. **脆弱性解构**：建立包含18项指标的脆弱性评价体系，涵盖基础设施（地铁、医院、加油站）、地理特征（海拔、排水密度）、社会属性（贫民窟占比、人口密度）等维度。通过Shannon熵确定指标权重时，发现排水管网覆盖率、地下空间比例等工程参数权重占比达67%，而人口密度、贫困率等社会因子权重为33%。
3. **风险耦合机制**：开发Bivariate Flood Risk Classifier（BFRC）模型，将灾害等级（低/中/高/极严重）与脆弱性等级（低/中/高/极严重）进行矩阵叠加。研究显示，48.7%的区域呈现“脆弱性主导型风险”（Vulnerability-Dominated Risk, VDR），34.2%为“均衡驱动型风险”（Dual-Driven Risk, DDR），仅17.1%区域以灾害强度为主（Hazard-Dominated Risk, HDR）。

#### （二）孟买Mithi流域实证分析
研究选取面积73平方公里的Mithi流域作为试验场，该区域集中了孟买40%的地下管网、35%的医院和78%的贫民窟。通过MIKE+模型模拟发现：
1. **灾害时空特征**：2年重现期下，18.1%区域达到高 hazard等级（淹没深度＞0.3米或流速＞0.5米/秒）；当考虑动量指标时，高 hazard区域占比提升至16.3%-22.1%。
2. **脆弱性空间分异**：25%的社区（集中在Dharavi、BKC等区域）被判定为“极高脆弱性区”，其共同特征包括：
- 地形低洼（海拔＜5米区域占比82%）
- 排水管网密度低于全市均值（0.8公里/平方公里 vs 1.2公里/平方公里）
- 建筑密度＞5倍/平方公里
3. **敏感性分析揭示关键阈值**：
- 当排除贫民窟数据时，73%区域的脆弱性评分下降
- 地铁站点存在性使风险降低42%
- 消防站覆盖半径＜500米可减少周边区域风险值28%

### 四、风险管理启示
#### （一）基础设施优化策略
研究显示，将排水管网设计标准从25毫米/小时提升至40毫米/小时，可使NF发生频率降低62%。在BKC商务区试点“地下蓄水舱”后，模拟显示峰值动量下降37%，交通中断时间缩短55%。建议：
1. 建立“分级响应”排水系统，对医院、消防站周边实施双倍管径设计
2. 在潮汐敏感区（如孟买码头）部署可调式闸门，可降低30%的潮灾风险
3. 推进智慧排水系统改造，通过压力传感器实时监测管网堵塞情况

#### （二）社会韧性提升路径
针对脆弱性主导区域（占研究区48.7%），提出“3E”韧性建设框架：
1. **工程增强（Engineering）**：在Dharavi等高风险区实施“海绵城市+”工程，包括：
- 建设下沉式绿地（Swales）提升地表渗透率
- 改造10公里河道段，恢复自然缓冲带
- 安装500套智能水位监测仪
2. **教育赋能（Education）**：针对高脆弱性社区开展“防洪能力建设”项目，重点提升：
- 医疗应急队伍的潮汐洪水应对培训（覆盖率目标＞90%）
- 贫民窟居民自救技能（如简易排水工具使用）
- 数字化风险地图的社区普及（目标下载量＞5万次/月）
3. **经济激励（Economic）**：设立NF风险补偿基金，对实施防洪改造的企业给予：
- 水务系统升级补贴（最高达项目成本30%）
- 风险保险费率优惠（最低至基准值的60%）
- 环保税减免（按投资额的5%-15%）

#### （三）政策协同建议
研究揭示了NF管理的三重矛盾：
1. **短期应急与长期规划矛盾**：2年重现期事件频次已达设计标准的1.8倍，但现有排水系统投资周期长达15年
2. **公共设施与私人产权冲突**：在Mithi河沿岸，78%的高风险区域存在违建，强制拆除面临法律挑战
3. **多主体责任分配失衡**：市政部门承担67%的基础设施维护责任，但企业、社区参与度不足

为此建议：
- 建立“1+3+N”责任体系（1个牵头部门，3类责任主体，N项协同机制）
- 开发NF风险动态评估系统，实现每季度风险更新
- 设立城市内涝保险基金，首期规模建议为GDP的0.3%

### 五、理论创新与实践价值
本研究首次将“双阈值耦合”理论引入NF评估：
1. **物理阈值**：设定淹没深度＞0.1米、流速＞0.3米/秒为NF触发条件
2. **社会阈值**：当基础设施受损率＞15%或人员疏散延迟＞2小时时，启动社会应急响应
这种双阈值机制使风险预警准确率提升至89%，较传统单阈值模型提高42%。

在实践层面，研究成果已应用于孟买2024-2025年防洪改造规划，重点工程包括：
- 拓建Mithi河主槽（工程量1.2亿立方米）
- 新建地下排水泵站（设计流量3.5立方米/秒）
- 在Dharavi实施“防洪券”制度（每户补贴价值200美元）

研究证实，当基础设施改进与社区韧性建设投入比例达到1:0.7时，NF造成的经济损失可降低83%。这种“硬件+软件”的协同治理模式，为全球200多个面临类似挑战的沿海城市提供了可复制的解决方案。

### 六、研究局限与未来方向
当前研究存在三方面局限：
1. 模型未充分考虑海平面上升（当前速率2.5毫米/年）的累积效应
2. 脆弱性评估中未能纳入实时社交媒体数据
3. 风险传播模拟缺乏多主体交互机制

未来研究建议：
- 开发融合机器学习的动态风险评估系统
- 构建包含300万人口微单元的社会经济数据库
- 研究极端天气情景下（如百年一遇暴雨+50厘米海平面上升）的叠加效应

该研究为城市内涝管理提供了从理论到实践的完整解决方案，其双维度评估框架已被联合国减灾署（UNDRR）纳入《城市内涝管理指南（2025版）》，标志着NF研究从边缘走向主流灾害管理体系的核心位置。