《International Journal of Disaster Risk Reduction》：Mountainous Urban Development Unintentionally Reshapes Spatial Patterns of Flood Disaster Risk
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在山地地区，刚性地形约束限制了城市化进程，并常驱动无序扩张进入脆弱的洪泛区。理解这种空间转移如何改变灾害暴露度并放大洪涝危害，对减轻灾害风险至关重要。本研究调查了在地形约束与快速城市化的双重压力下，城市洪涝脆弱性的动态演化。研究人员通过整合野外调查、Telem
在山地地区，刚性地形约束限制了城市化进程，并常驱动无序扩张进入脆弱的洪泛区。理解这种空间转移如何改变灾害暴露度并放大洪涝危害，对减轻灾害风险至关重要。本研究调查了在地形约束与快速城市化的双重压力下，城市洪涝脆弱性的动态演化。研究人员通过整合野外调查、Telemac-2D水动力模型（Telemac-2D hydrodynamic modeling）及LightGBM-SHAP可解释机器学习（interpretable machine learning），量化了2000年至2020年间地形、植被和排水密度对洪水淹没的时空贡献。分析表明，发展中的山地城市无意中重塑了灾害风险的空间格局。地形约束迫使不透水面密集扩张至低洼区域，这大幅增加了高价值资产和人口暴露于极端洪水事件的概率。此外，研究人员识别了由灰色基础设施能力饱和驱动的拐点效应。超过该拐点后，工程性灰色基础设施无法缓解极端洪水，且相较于自然土地覆盖，系统性地放大了城市脆弱性。加剧这些脆弱性的是严重的地貌约束，特别是下游河道束窄显著阻碍了洪水下泄，将水体困在人口稠密的城市中。研究人员强调，单纯加密排水管网无法克服刚性的地形瓶颈。为系统性降低灾害风险，山地城市必须停止向洪泛区的无序不透水扩张，并严格保护河岸缓冲带以恢复天然蓄洪能力。
期刊来源：《International Journal of Disaster Risk Reduction》
论文解读
研究背景与意义
在全球气候变化导致极端降水频率和强度不断攀升的背景下，洪涝已成为制约社会经济发展的首要因素，造成日益严重的人员伤亡和经济损失。山地城市因其陡峭的地形梯度和有限的可建设用地，对气候变化的敏感性尤为突出。在中国西部大开发战略的推动下，山地流域的城市化进程空前加速，但这种无序扩张从根本上改变了下垫面性质和河岸带，导致高价值资产和密集人口大量涌入淹没区。尽管平原大城市的内涝空间格局已有较多记录，但针对山地城市化过程中洪涝风险如何动态迁移，以及局地地形如何主动加剧暴露度的机制仍不明确。现有的研究多从静态或单一情景视角评估洪水机制，难以捕捉土地利用变化与洪水驱动因子之间复杂的长期时空动态相互作用。因此，迫切需要开展系统性的动态演化研究，以便在危险的土地利用模式变得不可逆之前，抓住主动进行空间规划的时机。
研究方法概述
研究人员选取贵州省榕江县作为典型研究区，构建了融合野外调查、物理模型模拟、统计模型分析与基于可解释人工智能的洪水驱动归因的综合研究框架。研究采用了2000年至2020年多期土地利用数据（CNLUCC）、道路网数据（作为排水管网的代理变量）、ALOS卫星12.5米分辨率数字高程模型（DEM）及归一化植被指数（NDVI）数据集。利用Patch-generating Land Use Simulation（PLUS）模型模拟城市扩张轨迹，结合Telemac-2D二维水动力模型求解圣维南方程组（Saint-Venant equations），模拟不同降雨重现期下的洪水淹没过程。同时，引入上游流量边界以更真实地反映山地河流特性。模型验证采用2025年6月榕江特大洪水后的实地调查数据进行校准。最后，利用Light Gradient Boosting Machine（LightGBM）结合SHapley Additive exPlanations（SHAP）解释器，量化地形、排水密度和植被在不同时期的非线性贡献及交互作用。
研究结果
3.1 2000年至2020年城市扩张分析
研究期内，榕江县不透水面面积近乎翻倍，从3.00平方公里增至5.89平方公里，且呈现向北纵向扩张的趋势。驱动因子分析显示，2000年至2010年主要受自然因素（如降水）约束，反映了早期人类聚落受河谷环境限制；而2010年至2020年则转变为社会经济驱动为主，GDP和道路成为主要驱动力。全时段来看，高程成为不透水面扩张的首要驱动因子，表明山地城市的开发被迫向更低洼平坦的区域，特别是河岸带推进。
3.2 不同发展阶段洪水淹没的时空格局
模拟结果显示，在常规降雨（20年一遇降雨+常规流量）条件下，2020年的平均淹没深度较往年显著增加。而在极端降雨（100年一遇降雨+极端流量）条件下，虽然整个三江流域的平均淹没深度稳定在约8.73米，但主城区的平均淹没深度逐年上升，2020年达到10.264米。值得注意的是，随着人类活动强度的增加，主城区内常规与极端降雨造成的淹没深度差异逐渐缩小，表明人类活动正在削弱这两种情景后果的差别。空间自相关分析进一步证实，极端降雨下的淹没增量主要集中在主城区，且呈现出显著的聚集特征。
3.3 地形、排水密度和NDVI对洪水淹没的时空贡献变化
地形始终是所有情景下洪水风险的主导驱动因子，表现出显著的负相关性，且存在一个明显的阈值效应：海拔低于300米的区域，地形对洪水的正贡献急剧增强。排水密度的贡献表现出强烈的情景依赖性，在极端降雨下其影响幅度是常规降雨的3至4倍。研究识别出排水密度的饱和拐点约为1.5 km/km2，超过此阈值后，增加排水密度对降低极端洪水深度的边际效益趋于零。NDVI（归一化植被指数）在极端降雨下的绝对贡献约为常规降雨的三倍，在高强度事件中发挥着关键的阻滞削峰作用。
讨论与结论
讨论
研究指出，受地形约束的城市化驱动了“风险向城市核心迁移”的现象。灰色基础设施虽然在常规降雨下有效，但营造了一种安全错觉，吸引高价值资产向脆弱区集中，导致其在极端事件中成为主要受灾目标。根本矛盾在于下游河道的突发性束窄与三河交汇形成的急流顶托，造成了严重的水力瓶颈（Hydraulic bottleneck）。一旦下游水位因回水效应（Backwater effect）升高至排水口以上，城市排水的水力梯度完全消失，此时单纯加密管网是徒劳的。此外，灰色基础设施存在阈值效应，过度依赖工程措施会加速径流汇聚，反而可能加深低洼区的淹没。相比之下，“灰绿协同”（Grey-green synergy）策略，即结合植被增加地表粗糙度以延缓洪峰，是打破排水悖论的有效路径。
结论
本研究建立了一个定量框架，阐明了受地形约束的山地城市洪涝灾害的动态演化机制。以榕江县为例，研究表明无序城市化无意中重塑了灾害景观（Hazardscape）。二十年来，不透水面向低洼河岸带的扩张驱动了洪水风险的时空迁移，将灾害从周边农村逐步转移并集中在人口稠密的城市核心区，大幅增加了其对极端事件的暴露度。历史模拟揭示，在极端降雨下，工程性灰色基础设施的表现显著劣于原始自然土地覆盖。高密度排水管网的建设非但未能缓解淹没，反而通过将径流快速导入低洼核心区，系统性地放大了城市脆弱性，完全抵消了其理论防洪效益。叠加这一集中脆弱性的是严峻的地貌瓶颈，下游河道的突发性束窄诱发回水效应，将累积的洪峰困于城中。为降低城市洪涝暴露度，未来的策略应聚焦于限制向脆弱低洼区的不透水扩张、疏解下游河道瓶颈，并优化绿色与灰色基础设施的布局。本研究阐明机制为类似发展中的山地流域提供了宝贵的洪涝风险管理参考。
