新一代全球洪水防治数据库

《International Journal of Disaster Risk Reduction》：A new generation of global flood protection database

社区基础设施洪水风险多驱动机制研究——以费城为例。通过整合潮汐动力、流域水文与城市水文学模型，模拟1985-2019年间70次洪水事件，揭示沿海、河流及降雨性复合洪水对商业、工业设施的空间异质性影响，提出基于集中曲线的风险优先级分配方法，并量化评估电力中断引发的连锁风险。

　　洪水事件正日益成为对社区基础设施（以下简称CI）构成重大威胁的因素之一，其潜在影响不仅限于直接的物理损害，还可能波及到社区的基本功能和服务。这一挑战在沿海城市尤为突出，因为这些地区的城市洪水动态复杂性受到海岸、河流和降雨等多种洪水机制的影响。为了应对这一问题，我们以美国费城为例，利用一种综合性的海岸-水文-水动力建模方法，对过去35年（1985-2019）期间的洪水事件进行了模拟，并据此分析了CI的洪水风险特征。我们的研究从多个角度出发，探讨了不同洪水驱动因素对各类CI的影响，包括洪水暴露的相对分布、各类CI在不同洪水类型下的风险评估、单个和整体洪水造成的损害分析，以及CI洪水风险的地理空间模式与洪水相关变量之间的关系。

此外，我们还进行了情景分析，以评估洪水引发的变电站停电如何间接导致相互关联的基础设施系统出现连锁性中断。通过这种方式，我们不仅关注了洪水对CI的直接影响，还深入研究了其可能引发的次生影响。研究结果表明，虽然河流洪水事件通常造成局部且频繁的损害，但由多种洪水机制共同作用的复合型洪水事件则可能导致更为严重和广泛的破坏。特别是商业和工业类CI设施，由于其多分布在低洼地区，对洪水的敏感度较高。这说明，在城市规划和灾害管理中，需要特别关注这些高风险区域的基础设施布局和防护措施。

本研究的一个重要创新在于首次将基础设施集中曲线（concentration curves）应用于CI的洪水风险评估。集中曲线是一种图形化工具，用于展示某一变量（如洪水风险）在不同群体或个体（如CI设施）之间的分布情况。通过这一方法，我们能够更直观地识别CI在洪水风险中的集中程度，并据此制定更具针对性的防洪减灾策略。这种方法为城市管理者提供了一个新的视角，使他们能够基于风险特征，优先考虑那些对洪水最为敏感的基础设施，从而更有效地分配有限的资源，提升整体的防洪能力。

在研究过程中，我们还发现，传统的洪水风险评估方法往往局限于极端但罕见的洪水事件，而忽视了那些虽然强度较低但频率较高的洪水事件。这类事件虽然在短期内造成的损害较小，但由于其重复发生，累积效应可能非常显著。因此，为了更全面地评估CI的洪水风险，我们需要将多种类型的洪水事件纳入考虑范围，包括沿海、河流和降雨洪水等。这种多事件分析的方法有助于更准确地识别CI在不同洪水机制下的脆弱性，并为长期的灾害韧性规划提供科学依据。

城市基础设施作为支持社区基本生活质量和各项服务的重要组成部分，其功能的中断不仅会影响居民的日常生活，还可能对整个社会经济系统产生深远的影响。例如，电力供应的中断可能导致医院、交通系统和通信网络等关键设施无法正常运作，进而引发一系列连锁反应。在费城这样的沿海城市，由于地形平坦和基础设施老化，这种连锁反应的风险尤为突出。通过本研究的分析，我们希望为相关决策者提供一个系统性的框架，使他们能够在面对洪水威胁时，更加科学地制定应对策略。

为了实现这一目标，我们构建了一个涵盖多种洪水机制的模拟框架。该框架结合了流域水文、海岸动力学和城市水动力学等模型，能够准确反映费城城市流域内洪水的生成和传播过程。通过这一框架，我们模拟了包括河流洪水、沿海洪水和降雨洪水在内的多种洪水类型，并分析了它们对不同类型CI的影响。例如，河流洪水可能对交通网络和供水系统造成较大冲击，而沿海洪水则可能对能源设施和通信网络产生更为严重的影响。同时，降雨洪水在低洼地区的影响不容忽视，因为其可能与河流或沿海洪水相互作用，形成更为复杂的洪水情景。

在对CI的洪水风险进行评估时，我们不仅关注了洪水的物理特征，还考虑了CI的地理空间分布及其与其他系统的相互作用。通过分析CI在不同洪水类型下的暴露程度、危害水平和风险特征，我们能够识别出哪些区域或类型的基础设施最容易受到洪水影响。此外，我们还利用集中曲线对CI的洪水风险进行了不均衡性分析，以揭示哪些基础设施在洪水风险中处于相对较高的集中状态。这种分析方法有助于更精准地定位需要优先保护的基础设施，从而在有限的资源条件下实现更高效的防洪减灾。

值得注意的是，洪水风险的评估不仅仅是一个静态的过程，而是一个动态的、持续演化的系统性工作。随着气候变化的加剧，海平面上升和极端天气事件的增多，未来洪水的发生频率和强度可能会进一步上升。因此，对CI的洪水风险进行长期监测和动态评估，对于制定可持续的防洪策略至关重要。本研究的结果为费城的洪水管理提供了重要的参考，同时也为其他沿海城市提供了可借鉴的经验。

在实际应用中，洪水风险评估的结果可以用于指导基础设施的建设和改造，以及制定更为科学的灾害应对计划。例如，针对洪水暴露较高的区域，可以采取加固堤坝、改善排水系统等措施来降低洪水带来的威胁。同时，对于那些在洪水风险中处于集中状态的基础设施，可以优先考虑实施更具针对性的防护措施，如建立应急电源、优化应急响应流程等。这些措施不仅可以减少洪水对CI的直接损害，还能够降低因洪水引发的次生灾害对社会经济系统的影响。

此外，本研究还强调了跨部门协作在提升城市灾害韧性中的重要性。由于CI之间存在高度的相互依赖性，任何单一基础设施的受损都可能对其他系统产生连锁反应。因此，需要建立一个综合性的管理机制，使各个相关部门能够共享信息、协调行动，共同应对洪水带来的多重挑战。例如，在面对沿海洪水时，能源部门、交通部门和通信部门需要密切配合，确保在洪水发生后能够迅速恢复关键服务，减少对居民生活和社会运行的干扰。

总的来说，本研究通过对费城城市流域内洪水事件的长期模拟和分析，揭示了CI在不同洪水驱动因素下的风险特征，并提出了基于集中曲线的洪水风险评估方法。这一方法不仅有助于识别高风险基础设施，还能够为城市管理者提供科学依据，以制定更加精准和有效的防洪减灾策略。随着全球气候变化的持续影响，提升城市基础设施的抗洪能力将成为保障社区安全和可持续发展的重要任务。因此，本研究的成果具有重要的现实意义和应用价值，为未来城市洪水管理提供了新的思路和方法。