复合风险下的城市洪涝韧性评估：降水与河水位联合影响机制研究

针对当前洪涝韧性评估仅考虑单一降雨因素的局限，武汉研究团队创新性提出基于Copula函数、情景模拟与多子系统性能的复合风险评估框架，揭示了长江水位(YWL)与降雨的联合概率分布规律，证实管网系统韧性最高而湖泊系统波动最大，为河滨城市雨洪管理提供了量化工具与策略依据。

　　

在全球气候变化与快速城市化的双重压力下，极端降水与洪涝灾害已成为威胁城市安全的重大挑战。中国长江中下游地区尤为突出，2013-2022年间洪涝造成的直接经济损失年均达GDP的0.44%。传统洪涝韧性评估往往仅关注降雨单一因素，忽视了河滨城市特有的"降雨-河水位"复合风险机制。2020年武汉长江汉口站28.77m高水位导致泵站排水效率下降的案例，凸显了现有评估体系的局限性。

为此，武汉的研究团队以典型河湖交错型城市武汉东沙湖流域（186.2km²）为研究对象，在《Sustainable Cities and Society》发表研究，构建了包含Copula联合概率分析、暴雨管理模型(SWMM)水文模拟、多子系统性能评估的复合风险评估框架。研究团队采集2013-2023年武汉站日降雨与汉口站长江水位(YWL)数据，通过Clayton Copula函数量化双变量联合风险，设置9种复合情景模拟城市水循环过程，并首次将排水管网、湖泊、地表径流三大子系统的性能函数纳入韧性评估体系。

关键技术包括：(1)基于非对称Archimedean Copula的双变量联合概率建模；(2)SWMM模型构建涵盖34.5%不透水面的城市水文过程；(3)采用恢复速度、性能损失率等指标量化子系统韧性；(4)通过灰色-绿色-蓝色基础设施组合方案验证韧性提升效果。

【Change characteristics and marginal distributions of single factor】
数据分析显示，武汉日降雨≥50mm的暴雨集中发生于5-8月，7月峰值超200mm；长江水位超警戒线27.3m同样高发于7-8月。广义极值分布(GEV)拟合表明，降雨与YWL的边际分布最优阈值分别为50mm和25m。

【Joint probability and design combination】
Clayton Copula（θ=1.34）最能刻画降雨-YWL的负相关结构。百年一遇情景下，单因素超越概率为1%，而双变量联合概率达1.89%，证实复合风险显著高于独立风险。当降雨量级增大时，YWL的顶托效应贡献率从12.7%（20年一遇）升至28.3%（100年一遇）。

【Hydrological response under composite scenarios】
SWMM模拟显示：管网子系统在9种情景下保持85%以上的性能水平，韧性最强；湖泊系统性能波动达43.2%，受YWL顶托效应影响最大；地表径流产流系数随降雨强度呈非线性增长，50mm降雨时YWL升高3m可使积水面积扩大17.8%。

【Resilience assessment of subsystems】
性能函数分析揭示：管网系统因拓扑结构冗余度较高，恢复速度达0.82d^-1；湖泊系统受闸泵调度制约，性能损失率达0.34；绿色基础设施可使地表径流峰值延迟15-25分钟，但需与灰色基础设施协同才能应对50年以上重现期事件。

【Conclusion】
该研究创新性地将复合风险理论引入城市洪涝韧性评估，证实：(1)传统单因素风险评估会低估实际风险17-89%；(2)高重现期事件中河水位贡献率呈指数增长；(3)灰色-绿色-蓝色基础设施组合可使系统整体韧性提升23.6%。研究成果为河滨城市制定"海绵城市+韧性城市"协同建设方案提供了量化工具，特别指出在长江流域城市需重点优化闸泵联合调度策略以应对气候变化的叠加效应。