基于多主体动态耦合模型的沿海城市风暴洪水疏散策略研究——以上海为例

针对沿海城市风暴洪水疏散中动态洪水演进、人类行为不确定性和应急资源限制等多重挑战，研究人员开发了基于多主体的动态沿海洪水疏散模型（DCFE），耦合洪水淹没、人类行为响应和GIS交通网络模块。以上海千年一遇洪水情景为例，研究发现提前24小时预警可将疏散时间从24小时缩短至9小时，但庇护所容量限制导致整体疏散成功率仅提升11.2%。该研究为全球沿海特大城市优化疏散策略提供了科学依据。

　　

随着全球海平面上升和极端气候事件频发，沿海城市面临的风暴洪水威胁日益严峻。历史教训触目惊心：2005年新奥尔良飓风卡特里娜造成1800余人死亡，2021年上海"烟花"台风导致全市大范围积水。传统防洪工程虽能部分缓解风险，却可能引发"安全错觉"效应，使居民低估潜在危险。更棘手的是，洪水演进具有高度动态性——堤防可能在持续高水位和波浪冲击下突然溃决，原本安全的疏散路线转瞬间被淹没。与此同时，人类疏散行为受年龄、教育水平和从众心理等多因素影响，而应急庇护所的空间分布不均又可能加剧疏散效率的差异。这些复杂因素的相互作用，使得沿海特大城市的洪水疏散成为典型的"社会-水文耦合系统"难题。

针对这一挑战，南京大学信息工程大学等单位的研究团队在《International Journal of Disaster Risk Reduction》发表研究，创新性地开发了动态耦合洪水疏散模型（DCFE）。该模型首次实现了高分辨率二维洪水淹没模拟、多主体人类行为决策和GIS交通网络的实时交互，通过上海案例揭示了预警时间、庇护所容量和空间公平性对疏散效率的定量影响。研究发现，在千年一遇洪水情景下，无预警时24小时内仅24.2%人口能成功疏散；提前24小时预警虽将疏散时间压缩至9小时，但因庇护所容量限制，整体成功率仅提高11.2%。更值得关注的是，优化决策算法可使疏散效率翻倍，而不均衡的庇护所分布会导致边缘城区疏散成功率相差达37%。这些发现为全球沿海城市制定分级预警策略和基础设施规划提供了科学依据。

研究采用三项核心技术方法：1）基于流体力学方程的二维洪水淹没模块，空间分辨率达10m×10m；2）嵌入前景理论的多主体系统（ABM），模拟12类人口属性的行为决策；3）耦合实时路况的GIS交通网络分析，动态更新6000余条道路通行状态。数据来源于上海市人口普查（社区级）和1:2000地形图。

Flood evacuation scenarios
模拟显示千年一遇洪水将淹没1021.44km²（占上海面积15%），影响384万人口。疏散区划分为三级风险区，其中外围的Zone 3因路网畅通，初期疏散成功率显著高于中心城区。

The effects of response rates on evacuation
分析发现，高风险区居民响应速度每提高1小时，整体疏散时间可减少18%，但庇护所饱和会导致后期效率骤降。情绪传染模型显示，超过23%的延迟疏散由从众行为引发。

Conclusion
研究得出三大结论：1）疏散效率存在明显时空异质性，中心城区受道路瓶颈制约显著；2）预警时间与疏散成功率呈非线性关系，24小时预警的边际效益最高；3）庇护所空间公平性比绝对数量更能影响弱势群体生存率。该模型为评估"工程-管理"协同减灾策略提供了量化工具，特别适用于长三角、珠三角等河口型特大城市。

讨论部分强调，未来研究需整合实时气象预报与动态人口迁移数据。作者建议采用"分级触发"预警机制——当洪水位达到警戒线50%时启动老弱病残疏散，80%时实施全域撤离。该成果已被纳入上海市新一轮防灾规划，其方法论框架可推广至其他面临复合型灾害的沿海城市。