基于自然解决方案（NbS）的洪水风险管理绩效评估——气候变化背景下的太湖流域实证研究

《Journal of Environmental Management》：Evaluating flood risk management performance under climate change based on nature-based solutions — empirical evidence from Taihu Lake Basin

　　

识别一种与天然-社会复合生态系统可持续发展目标相一致的洪水风险管理（Flood Risk Management, FRM）绩效评估方法，对于有效且及时地应对洪水风险至关重要。研究人员以太湖流域（Taihu Lake Basin, TLB）为案例，系统考察了气候变化背景下洪水风险管理的演进需求，并提出了一种基于自然解决方案（Nature-based Solutions, NbS）的绩效评估方法。该方法涵盖洪水资源、社会经济和环境等多个维度。研究人员采用主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）评估了太湖流域2010年至2020年间洪水风险管理水平的变化。主要发现如下：第一，太湖流域的洪水风险管理呈现非线性上升趋势，综合洪水风险管理评分从1.07增至9.01，且在2016年前后表现出显著差异。第二，2010年至2016年间，综合评分年均增长率达到30.27%。生态保护和农业防洪的较低得分揭示了基础设施建设的侧重不平衡。第三，2016年至2020年，在将自然解决方案引入流域层面的洪水风险管理后，与自然生态、生态环境和农业生产韧性相关的组分分别实现了45.34%、36.93%和179.80%的年均增长率。这些发现强调了将自然解决方案纳入洪水风险管理以及针对气候诱发洪水风险调整政策的重要性。该研究为洪水风险管理提供了结构化方法，有助于太湖流域的可持续发展规划，并为类似地区提供参考。

洪水风险管理正面临气候变化带来的前所未有的挑战。全球变暖及极端天气事件频率增加显著改变了自然水循环系统，导致城市地表径流增大及洪水发生频率上升。据预测，到2050年，目前百年一遇的洪水事件将在全球40%的管辖区域内发生频率翻倍，这加剧了全球对自然灾害的脆弱性。传统以工程设施为核心的洪水管理策略在应对不断变化的气候条件时已显不足，因此，与生态过程和自然系统相协调的策略日益受到重视。自然解决方案作为一种强调长期可持续性、促进人与自然系统协同发展的理念，在当代洪水管理实践中得到越来越广泛的应用。然而，现有关于自然解决方案在洪水风险管理中的应用多停留在概念层面，针对气候诱发洪水情景下其实际绩效的实证评估仍然有限。与此同时，现有洪水风险管理绩效评估方法存在两大主要挑战：一是多数方法强调工程措施，针对非工程措施的评估方法有限；二是多数评估聚焦于经济产出，较少涉及社会、生态及资源相关的广泛影响。在此背景下，研究人员以太湖流域为研究对象，将自然解决方案融入洪水风险管理，开发适用于气候变化情景的绩效评估方法，以期为全球流域尺度洪水管理提供实践参考。

太湖流域位于中国东南沿海，属亚热带季风气候，水网密集，地形由中心向外围渐高，洪水频发，尤其在气候变化影响下风险加剧。自2010年以来，太湖水表温度以每年约0.05°C的幅度上升，极端降雨事件频率增加。该流域横跨江苏、浙江、安徽和上海多个省级行政区，是中国人口最密集、城镇化水平最高、工业最集中的区域之一。截至2023年，太湖流域仅占中国国土面积的0.4%，却拥有全国7.0%的水资源，承载了11.4%的人口，贡献了18.8%的国内生产总值。正是基于其水文脆弱性、经济规模和社会环境复杂性，太湖流域成为评估洪水风险管理策略的典型案例，为检验自然解决方案绩效评估方法的适用性和可推广性提供了合适情境。

研究人员首先构建了适用于太湖流域洪水风险管理绩效评估的指标体系。该体系通过三条路径建立：需求导向路径，基于实地调查和文献综述从洪水管控、社会、经济和生态影响四个维度识别必需指标；协议导向路径，将自然解决方案标准纳入评估框架并检验其与太湖流域具体情境的兼容性；经验导向路径，借鉴国内外自然解决方案洪水管理案例，提取具有广泛适用性的公认指标。最终形成的指标体系包含24项指标，涵盖洪水资源、社会、经济和生态环境四大领域，具体包括汛期最大降雨量、洪峰流量、工程排水量、年末水库蓄水量、人均生活用水量、亩均灌溉用水量、万元工业增加值用水量、生态用水量、受灾人口、流域总人口、公众培训演练次数、公众满意度、直接经济损失、防洪排涝投资、流域人均GDP、流域人均可支配收入、城市建成区面积、城市公园数量、城市绿地面积、湿地覆盖率、植被覆盖率、太湖营养状态指数、生物多样性指数和蓝藻密度等。

在技术方法上，研究人员采用主成分分析进行降维和综合评价。该方法通过将一组相关变量转化为少数不相关的综合指标，有效解决多元共线性问题，确保主成分的统计独立性，同时保留原始数据集的信息内容。与其他主观赋权方法相比，主成分分析在赋权方面具有更高的客观性，可避免评估者偏见。研究中对24项指标进行Z-score标准化处理，构建相关系数矩阵，求解特征值和特征向量，并根据Kaiser准则（特征值大于1）和累积方差贡献率（≥85%）确定保留的主成分数量。最后，以方差贡献率为权重计算综合得分。

研究结果显示，基于特征值和累积贡献率，前五个主成分的特征值均大于1，累积方差贡献率达到92.87%，超过90%的常用阈值，表明所选成分保留了原始数据集的绝大部分信息。据此，研究将24个原始指标降维为五个主成分因子：综合发展水平因子（F1）、洪水灾害因子（F2）、自然生态水平因子（F3）、生态环境因子（F4）和农业生产影响因子（F5），其方差贡献率分别为55.22%、12.78%、11.20%、7.63%和6.04%。

在综合评估方面，2010年至2020年间，太湖流域洪水风险管理绩效整体提升，综合评分从1.07增至9.01，年均复合增长率达23.75%，但增长轨迹呈非线性，年际波动显著。2016年前洪水管理水平波动较大，2016年后波动趋于平缓，反映了两个阶段洪水风险管理规划和策略的转变。

2010年至2016年为第一阶段，以基础设施为重点的发展阶段存在生态短板。此期间洪水风险管理水平大幅提升，综合评分从1.070增至5.299，年均增长率达30.27%。这一改善主要由F1和F2驱动，年均增长率分别达34.73%和74.02%。相比之下，F4贡献极小，年均仅增长2.64%；F3和F5则持续下降，年均降幅分别为21.80%和44.17%。F5由正转负，表明此阶段对生态保护和农业防洪关注不足。尽管2012年至2013年洪水管理绩效评分激增74.6%，体现了发展规划和应急基础设施投入的效果，但生态指标的负面趋势制约了进一步提升。

2016年至2020年为第二阶段，自然解决方案整合促进均衡发展。此期间综合评分从5.229增至9.011，年均增长率仍为30.27%，且五个主成分因子均呈上升趋势。尤为突出的是，F3和F4分别增长了45.34%和36.93%，F5由负转正，年均增长率高达179.80%。这标志着向更加平衡和综合的洪水管理模式转变。2016年至2017年，F3、F4和F5均录得十年间最高增长率，反映了生态修复、农业韧性增强和灾害响应能力提升的战略重心转移。2016年极端厄尔尼诺事件和重大洪水后的先发措施和及时响应，以及2020年《太湖超标洪水应急调度预案》的实施，成功应对了超标洪水事件。这些发展凸显了自2016年以来基于自然解决方案的行动在洪水风险管理中的有效性，标志着从应急主导的规划向生态恢复、社会经济发展和灾害风险降低相协调的多目标策略转变。

研究人员进一步梳理了太湖流域洪水风险管理中自然解决方案干预的结构转变。2016年前，管理以国务院2008年部署为中心，主要依赖水闸、堤防和泵站等硬工程措施防洪，辅以针对点源和非点源污染的末端治理。2016年后，《发展规划（2016年）》确立"生态优先"原则，《综合环境（2017年）》正式将"生态保护和修复"提升为核心战略，与污染减排同等重要，标志着自然解决方案在太湖流域洪水风险管理中的系统性融入。

在讨论部分，研究人员指出，2016年后综合洪水风险管理评分的稳步上升反映了策略转变。生态修复与农业防洪措施的结合使F5趋势逆转，年均增长率达179.80%，验证了洪水风险管理应同时纳入结构性和非结构性方法的观点，揭示了自然缓冲措施在气候 change背景下对洪水风险管理的动态调节机制。研究人员也指出，2016年至2020年洪水风险管理绩效的显著改善是多重因素协同作用的结果，除自然解决方案措施的大规模应用外，还包括河长制的全面实施、长江经济带发展规划推动的产业 restructuring、智慧水务平台的部署以及公众参与机制的探索等。研究表明，自然解决方案措施是洪水风险管理绩效改善的重要驱动力，但受数据可得性和研究重点限制，未能量化各因素的独立效应，未来研究可采用准实验设计进行更精确的分解。

基于实证研究，研究人员提出以下政策建议：一是建立"生态优先"的资源配置机制，数据显示2016年前F3年均下降21.80%、F5年均下降44.17%，而2016年后分别转为年均增长45.34%和179.80%，表明生态投资的边际效益显著高于传统结构性方法；二是建立"效率驱动"的产业转型激励体系，万元工业增加值用水量从2016年前的86.57 m³降至之后的67.80 m³，降幅21.68%，而流域人均GDP同期增长97.33%，体现了绿色发展的可行性；三是建立"全社会参与"的洪水风险管理体系，公众培训次数增长84.12%、公众满意度提升57.14%与受灾人口减少61.35%之间存在强相关性，凸显了公众参与在防洪中的关键作用。

研究结论部分指出，聚焦于将自然解决方案融入洪水风险管理评价，研究人员将自然解决方案概念引入太湖流域洪水风险管理的多维评估框架，开发了综合考虑洪水资源、社会、经济和生态维度的综合评价方法，并以2010年至2020年数据进行了实证应用。该框架适应不同流域的自然、社会和经济特征，支持跨区域管理效果的动态分析，核心概念是将自然解决方案生态措施与工程策略融合，支持分阶段策略优化，强化软措施与硬措施的协同。模型中嵌入的气候敏感性参数可替换为本地化数据，确保评估结果与区域风险特征和政策目标一致。采用主成分分析方法识别和分解洪水风险管理的关键驱动因素，计算年均复合增长率以探索洪水管理效果的时间演变及自然解决方案在提升绩效中的作用。主要发现包括：第一，太湖流域综合洪水风险管理评分从2010年的1.07增至2020年的9.01，年均复合增长率23.75%，但不同阶段呈现 distinct 模式。第二，2010年至2016年，洪水风险管理主要由基础设施发展和应急响应改善驱动，F1和F2年均增长率分别为34.73%和74.02%，而F3和F5的负增长凸显了重基础设施轻生态的不平衡。第三，2016年至2020年，在自然解决方案引入洪水管理策略后，F3、F4和F5分别实现45.34%、36.93%和179.80%的年均增长，反映了向注重生态修复、发展协调和灾害风险降低的综合洪水管理模式转变。与以往主要强调工程成果或经济效率的研究不同，本研究构建了符合自然解决方案原则的社会-生态-经济综合评估模型，为评估从反应性多维应急响应向主动多目标协调策略的转变提供了工具。