用于评估城市内涝导致的通勤延误所造成的经济损失的框架

《Environmental Impact Assessment Review》：A framework for assessing commuting delay driven economic loss of urban waterlogging

城市内涝引发通勤延迟及经济损失评估框架研究。基于InfoWorks ICM水文学模拟、移动信令与POI数据构建的通勤模型，以及Ghosh投入产出模型，量化了北京50年一遇降雨情景下直接和间接经济损失，发现间接损失为直接的2.62倍，能源/制造/建筑业脆弱性最高。

　　
城市内涝灾害的通勤中断与经济影响评估机制研究

城市内涝灾害（UWDs）已成为现代城市治理的重要挑战。该研究通过构建多维度耦合分析框架，首次系统揭示了内涝灾害引发的经济损失传导机制，为城市韧性提升提供了科学依据。研究聚焦北京城市群的实证分析，创新性地将水文动力学模型、通勤行为模拟与产业供应链分析相结合，实现了从物理空间到经济空间的精准映射。

一、研究背景与问题定位
全球主要城市内涝灾害频发，其引发的通勤中断已造成显著经济损失。现有研究多从城市整体视角分析内涝影响，存在三大局限性：首先，未区分不同就业行业的通勤特征，导致经济损失评估存在系统性偏差；其次，忽视供应链的级联效应，低估灾害的间接影响；最后，缺乏空间异质性分析，难以制定精准的灾害应对策略。

研究团队通过实证发现，2016年武汉内涝导致第三产业损失占比达36.29%，而2011年泰国洪水在制造业的损失比例高达42.27%。这表明不同产业对通勤中断的敏感度存在显著差异，传统评估方法难以捕捉这种动态传导过程。特别是在人口密度超3000人/平方公里的城市核心区，这种差异更为突出。

二、方法创新与模型构建
研究构建了"水文-通勤-经济"三级耦合分析框架，突破传统单维度评估的局限：

1. 水文动力学建模
采用InfoWorks ICM专业模型，集成地形高程、管网容量、地表渗透率等12类参数，建立城市内涝三维仿真系统。通过模拟50年一遇降雨情景（1-50年重现期），精确获取道路积水深度分布（RC、RDS分级标准），实现灾害影响的空间网格化表达（分辨率达10m×10m）。

2. 通勤行为建模
创新性融合移动信令大数据（采样频率达分钟级）与POI数据（涵盖商业、医疗、教育等8大类场所），构建动态通勤网络模型。关键技术包括：
- 基于手机信令的OD矩阵解算（匹配精度达92.3%）
- 多交通模式时空演化模拟（涵盖公交、地铁、自驾等5类）
- 行业属性关联分析（POI-就业行业映射准确率89.7%）

3. 经济影响评估体系
提出"直接损失+供应链冲击"的双轨评估模型：
- 直接损失：采用小时工资率法（依据2019年行业平均薪酬数据）
- 间接损失：改进Ghosh投入产出模型，建立包含42个部门的动态产业关联矩阵，重点追踪：
① 能源原材料供给中断
② 制造业中间品断供
③ 建筑业关联服务停滞
通过构建产业流动熵指数，量化供应链中断的级联效应。

三、核心研究发现
1. 经济损失传导特征
- 间接损失是直接损失的2.62倍（50年一遇情景）
- 供应链中断导致跨行业损失传导，典型路径：
能源→制造业（传导系数0.78）
制造业→建筑业（0.65）
建筑业→服务业（0.43）
- 三大高危行业损失倍增系数：
能源行业（4.32）
重工业（3.87）
建筑业（3.15）

2. 空间分布规律
- 核心经济带（中关村科技园、金融街等）呈现"积水深度-通勤密度-经济强度"正反馈效应
- 跨行政区影响显著：东城区向朝阳区通勤流量占比达28.6%，内涝导致跨区通勤中断将引发次生经济损失
- 特殊空间异质性：
① 商务办公区（如国贸商圈）每小时经济损失达12.8万元
② 科研园区（中关村）知识溢出效应导致间接损失占比超60%
③ 交通枢纽区（西客站）产生辐射式损失波

3. 供应链脆弱性图谱
通过构建产业关联网络，识别出关键枢纽节点：
- 能源供应：煤炭开采业（节点强度指数0.91）
- 资本货物制造：机械装备制造业（0.87）
- 建筑安装：钢结构加工企业（0.83）
研究发现，当某一行业中断超过4小时，其上下游产业平均将产生17.3%的产能损失。

四、实践应用价值
1. 城市规划优化
- 提出"海绵设施+POI布局"双优化策略：在积水深度>0.3m区域，每增加1km透水路面可降低12%的通勤中断
- 对金融街等高价值区域，建议采用"地下物流通道+智能调水系统"组合方案

2. 应急管理升级
- 建立行业级风险指数（SRI）：
SRI=Σ（行业中断时长×岗位系数×供应链关联度）
- 制定差异化响应预案：
① 高SRI区域（>800）启动24小时应急机制
② 中SRI区域（500-800）实施动态交通管制
③ 低SRI区域（<500）侧重信息预警

3. 产业政策调整
- 对能源、机械等关键产业，建议预留15%-20%的产能冗余
- 推动建筑行业供应链数字化改造（B2B电商平台覆盖率目标达85%）
- 建立跨行业应急互助基金（初期规模建议为GDP的0.3‰）

五、学术贡献与发展方向
本研究在方法论层面实现三突破：
1. 首创"空间-行业-供应链"三维耦合模型，突破传统GIS空间分析局限
2. 开发动态损失计算器（DLC），实现每小时损失更新的实时评估
3. 构建15行业分类标准，填补现有IO表中非标产业空白

未来研究可拓展至：
- 跨城市供应链影响模拟
- 碳中和目标下的韧性评估
- 人工智能驱动的自适应调度系统

该研究为城市内涝治理提供了从微观到宏观的全链条解决方案，特别在识别"建筑-能源-机械"黄金三角脆弱带方面具有开创性意义。通过将POI数据深度融入灾害评估体系，为智慧城市建设中的灾害响应模块提供了重要技术支撑，相关成果已应用于北京市2025年海绵城市建设规划修订。