城市暴雨积涝灾害风险评价指标体系与概念模型

[摘 要] 城市暴雨积涝灾害是一种突发性强、破坏性较大、处置救助较为困难的气象灾害之一，给城市居民生命安全及城市基础设施建设带来重大损失。研究依据自然灾害风险理论及自然灾害风险形成机制，阐述了城市暴雨积涝灾害相关概念，在此基础上构建了城市暴雨积涝灾害风险评价概念框架，从致灾因子的危险性、承灾体的暴露性与脆弱性、防灾减灾能力四个方面选取评价指标并构建指标体系，利用加权综合评价法、层次分析法建立城市暴雨积涝灾害风险评价模型，为城市暴雨积涝灾害风险定量评价研究提供了依据。

[关键词] 城市暴雨积涝灾害；风险评价；指标体系；概念模型

[中图分类号] F230 [文献标识码] A

Abstract： Urban waterlogging caused by excessive rain is a meteorological disaster that happens abruptly with great destructiveness and difficulties for relief， bringing about dangers to the safety of urban residents and infrastructure. The study elaborates the definition of urban waterlogging disaster caused by excessive rain on the basis of risk theory and risk formation system of natural disasters. It also builds a conceptual model for the risk evaluation and an index system from four aspects， including the risk of disaster-inducing factors， the exposure degree and vulnerability of hazard-bearing body， and the ability for preventing disasters and reducing damage. A risk evaluation model is set up by means of weighted-evaluating and analytic hierarchy process， providing a basis for the study of quantitative assessment of risks of urban waterlogging disaster.

Key words： urban waterlogging disaster caused by excessive rain， risk evaluation， index system， conceptual model

随着城市化进程与全球气候变暖日益加剧，导致城市暴雨积涝灾害频发，给城市居民出行安全、交通、地下管线等造成重大威胁，已经严重阻碍了我国城市可持续发展。城市暴雨积涝灾害作为城市灾害的一种，受到气象条件、下垫面条件、排水管网分布等自然和人为因素影响，其发生原因极为复杂，具有一定的随机性和不确定性。由于国际灾害管理发展的趋势已经向风险管理转变，在城市灾害的预防、防备和减灾工作中风险管理是灾害预防的重要工具[1]，因此灾害风险评估作为灾害风险管理的核心内容，是现代国际防灾减灾工作中研究普遍关注的热点问题[2]。

目前，城市暴雨积涝灾害风险评价常用方法主要归纳一下三点（1）从风险自身角度，将灾害风险定义为一定概率条件的损失[3-4]，该方法利用历史数据拟合出承灾体的损失曲线，实现城市暴雨积涝灾害风险评价。但此方法用到的历史调查数据进行拟合损失曲线，当历史1数据有缺失的情况下，会导致拟合曲线结果误差较大；（2）从致灾因子的角度，认为灾害风险是致灾因子出现的概率[5-6]，以积涝数值模型为基础，对城市可能受到的积涝灾害风险进行评价。该方法实际上只是从积涝灾害的危险性进行评价，对承灾体的脆弱性、暴露性及防灾减灾能力并没有考虑；（3）以灾害风险系统理论为基础，定义为灾害风险是致灾因子危险性、暴露性及脆弱性共同作用的结果。但此种方法并没有考虑城市的防灾减灾能力，由于城市的防灾减灾能力大小对城市暴雨积涝灾害发生的可能性及大小都有所影响，因此防灾减灾能力是必不可缺少的因子之一。

近年来，城市暴雨积涝灾害的发生已经给城市居民的生命、财产等造成巨大损失。同时，也给城市发展及经济建设、社会安定带来巨大的负面影响，严重阻碍了城市可持续发展。因此，需对城市暴雨积涝灾害进行风险管理，开展城市暴雨积涝灾害风险管理相关研究，实现我国城市暴雨积涝灾害由危机管理向风险管理的转变，提升我国城市暴雨积涝灾害应急管理能力。

一、城市暴雨积涝灾害风险基本概念与形成机制

城市暴雨积涝灾害风险研究中涉及到城市暴雨积涝、城市暴雨积涝灾害、城市暴雨积涝灾害风险三个基本概念。目前对城市暴雨积涝灾害风险中的基本概念界定不清，尚未得到统一，对后续的一些研究带来不便。因此，在城市暴雨积涝灾害风险研究前要先声明相关概念的相关性与差异性。

暴雨（torrentialrain）是降雨强度很大的雨，雨势很大。一般指每小时降雨量16mm以上，或连续12h降雨量30mm以上，或连续24h降雨量50mm以上的降水。根据国家气象局规定，24h降水量为50mm或以上的雨量称为“暴雨”。按其降水强度大小又分为三个等级，即24h降水量为50-99.9mm称为“暴雨”；100-250mm降水量为“大暴雨”；250mm以上降水量为“特大暴雨”。

（一）城市暴雨积涝的含义

城市积涝是指由于短时强降水或过程雨量偏大造成径流过多，在地势低洼、排水不畅等情况下而形成城市道路积水。目前，城市暴雨积涝形成原因主要包括：（1）随着全球气候变暖与城市化进程加快，城市暴雨发生的强度与频次日益增加，是城市积涝的诱因；（2）城市化进程加快，城市下垫面中的植被、土地由混凝土、沥青、水泥路等所代替，导致地面下渗率降低，地表产汇留时间大大缩短，加剧了城市积涝形成；（3）城市扩展过快，排水管网建设跟不上城市建设，尤其是老城区的排水管网覆盖率较低，不能满足排水需要。

（二）城市暴雨积涝灾害的含义

城市暴雨积涝灾害是指由于城市区域遭受短时强降雨或是过程雨量偏大，在地势低洼、排水不畅等情况下而形成城市道路积水，并对城市居民出行安全、城市基础设施、地下管网等造成严重损失。城市暴雨积涝灾害主要是降雨引起的，尤其是暴雨，其中暴雨发生强度与频次是主要的致灾因子。承灾体为城市居民、建筑物、城市基础设施、地下管网等。孕灾环境为城市特殊的下垫面、地下排水管网及城市局地气候等。

（三）城市暴雨积涝灾害风险内涵

城市暴雨积涝灾害风险是指未来若干年内可能达到的灾害程度及其发生的可能性。城市暴雨积涝灾害具有突发性、随机性、损失性和不确定性特征。当城市暴雨积涝发生后对城市居民、基础设施、地下管网等造成损失时才能称为灾害。而城市暴雨积涝灾害风险则是灾害发生的可能性，只有可能性变为现实才成为灾害。因此城市暴雨积涝、城市暴雨积涝灾害、城市暴雨积涝灾害风险三个概念不能等同。

（四）城市暴雨积涝灾害形成机制与概念框架

城市暴雨积涝灾害风险作为气象灾害风险的一种，是城市人地系统相互作用的产物。城市暴雨积涝灾害风险是城市暴雨积涝灾害危险性及其后果变成现实的可能性的定量特征。据自然灾害风险的形成机理，本研究把城市暴雨积涝灾害风险的形成机理概括为致灾因子的危险性（H），承灾体的暴露性（E）和脆弱性（V），防灾减灾能力（R）相互作用的结果[7]（图1）。由于城市暴雨积涝灾害的特殊性，所以城市暴雨积涝灾害风险的各个因素之间关系是区别于其它自然灾害的重要特征。

图1 城市暴雨积涝灾害风险形成机理

城市暴雨积涝灾害积涝灾害危险性是城市区域发生积涝灾害的危险程度，还可理解为发生的可能性。在危险性评价指标体系中包括孕灾环境和积涝灾害暴雨发生因素。根据城市暴雨积涝灾害历史资料发现，其发生的主要致灾因子为暴雨，表示方法用暴雨强度或是频度；孕灾环境为某地区的积涝灾害的环境状况，文中选择不透水面积、地面糙率、高程、坡度、坡向、排水管网密度为孕灾环境因子。

城市暴雨积涝灾害暴露性因子选择主要有生命暴露性和经济暴露性。生命暴露性因子为研究区居民数量、密度；经济暴露性包括建筑物数量、道路基础设施数量、地下管线密度、地铁网络密度等。

城市暴雨积涝灾害脆弱性或易损性包括生命脆弱和经济脆弱性。生命脆弱性因子选择0-14岁、60岁以上年龄居民，经济脆弱性选择平房数量、地下室数量、道路基础设施类型、道路类型、地下网线、电线等材质、积涝灾害等级经济损失额度比等。

城市暴雨积涝灾害防灾减灾能力包括研究区防涝人员数量、排涝设备数量、反应时间、防涝资金投入、人均可支配收入、积涝灾害保险、应急避难所、应急反应时间等。基于上述城市暴雨积涝灾害风险形成机制及四因子分析结果，构建图2城市暴雨积涝灾害风险概念框架。

二、城市暴雨积涝灾害风险评价研究方法与技术流程

（一）研究方法

1.自然灾害风险指数法

自然灾害风险指标未来若干年内可能达到的灾害程度及其发生的可能性。在区域自然灾害风险形成过程中，危险性（H）、暴露性（E）、脆弱性（V）及防灾减灾能力（R）四者综合作用的结果，自然灾害风险度计算公式为[7]：

自然灾害风险度=H×E×V×R

自然灾害危险性是指造成灾害的自然变异的程度，主要是灾变活动规模（强度）和活动频次（概率）决定的[8]。当至灾因子强度越大、频次越高，所造成的破坏损失越严重，灾害风险也就越大。暴露性是指承灾体（人、财产、建筑物等）暴露于灾害危险中的数量与程度。某地区暴露于危险因素的人、财产等越多即受财产价值密度越高，可能遭受潜在损失就越大，灾害风险越大。脆弱性是指在给定危险地区存在的所有任何财产由于潜在的危险因素而造成的伤害或损失程度，综合反映了自然灾害的损失程度。承灾体的脆弱性越低，灾害损失就越小，灾害风险也就越小，反之越大。承灾体脆弱性大小，与其物质成分、结构有关，同时与防灾减灾能力也密切相关。防灾减灾能力则是指灾区在长期或短期内能够从灾害中恢复程度，包括减灾投入、应急能力、资源装备等。防灾减灾能力越高，可能遭受潜在损失就越小，灾害风险越小。

2.层次分析法（AHP）

层次分析法是目前较为常用的一种对指标进行定量分析方法。该方法的思路主要是利用相关领域的多位专家的经验，对每个因子进行两两比较、判断并赋值，得到判断矩阵，经过计算得到评价指标中每一个因子的权重值，并进行一致性检验。通过对指标进行一对一的比较，可以连续进行并能随时进行改进，是比较常见的一种计算方法[9、10]。

3.加权综合评价法

加权综合评分法是假设由于指标i量化值得不同，而使每个指标i对于特定因子j的影响程度存在差别，公式为：

CVj=∑mi=1QVijWCi （1）

式中，CVj是评价因子的总值，QVij是对于因子j的指标i（QVij），WCi是指标i的重值（0≤WCi≤1），通过AHP方法计算得出，m是评价指标个数。

（二）城市暴雨积涝灾害风险评价技术流程

依据上述城市暴雨积涝灾害风险形成机制与概念框架，本文提出了城市暴雨积涝灾害风险评价基本过程。其过程包括基本步骤如下：1）数据收集与处理；2）城市暴雨积涝灾害数据库构建；3）城市暴雨积涝灾害风险辨识与风险模型建立；4）城市暴雨积涝灾害风险评价。

图3 城市暴雨积涝灾害风险评价技术流程

三、城市暴雨积涝灾害风险评价指标体系与评价模型

（一）城市暴雨积涝灾害风险评价体系建立

城市暴雨积涝灾害主要对城市居民出行安全[11]、交通、地下管网及基础设施造成重大威胁。具体表现在当积涝灾害发生时会造成城市道路大量积水，造成交通阻塞，居民无法正常出行，在某些积水较重路段会对居民生命安全造成严重影响；当地下设施进水，会造成地下设施、管网遭受破坏，地铁被淹等。根据上述城市暴雨积涝灾害风险的形成机制与概念框架，并依据指标体系选取原则，利用层次分析法（AHP），综合构建城市暴雨积涝灾害风险评价指标体系（见下表）。

城市暴雨积涝灾害风险评价指标体系表

（二）城市暴雨积涝灾害风险评价指标量化

对于指标体系中无法直接量化的指标，可以采取赋值法对该指标进行赋值。如：受教育程度、地下网线、电线等材质，可根据专家经验赋予相应的值。

（三）城市暴雨积涝灾害风险评价模型构建

式中CRWD是城市暴雨积涝灾害风险指数，用来表示城市暴雨积涝灾害风险程度，其值越大，城市暴雨积涝灾害风险指数越大；H、E、V、R分别表示城市暴雨积涝灾害风险的危险性、暴露性、脆弱性及防灾减灾能力因子指数；WH、WE、WV、WR分别表示危险性、暴露性、脆弱性及防灾减灾能力因子的权重；Xi是指标i量化后的值；Wi为指标i的权重，表示各指标对形成城市暴雨积涝灾害风险的主要因子的相对重要性。变量α是常数（0≤α≤1），用来描述防灾减灾能力对于减少总的CRWD所起的作用。

四、结论

本文依据自然灾害风险理论及城市暴雨积涝灾害风险形成机制，讨论了城市暴雨积涝、城市暴雨积涝灾害及城市暴雨积涝灾害风险三者之间相关性与差异性，并依此为基础，给出了城市暴雨积涝灾害风险评价的基本概念框架，构建了城市暴雨积涝灾害评价指标与模型。城市暴雨积涝灾害是近些年城市常见的一种气象灾害，其评价过程较为复杂，目前针对此项研究的内容较少，至今缺乏统一的程序与范式，尤其是针对城市地区小尺度的暴雨积涝灾害风险评估理论和方法的系统研究尚待深入开展。因此，本文着重对此方面进行了探讨，并提出了一套城市暴雨积涝灾害风险评估的思路与方法，创建了城市暴雨积涝灾害的风险评估模型与范式，以充实、完善城市自然灾害风险评估研究理论与方法，为我国制订城市暴雨积涝灾害风险管理和规划提供依据。

[参 考 文 献]

[1]许世远，王军，石纯，等.沿海城市自然灾害风险研究[J].地理学报，2006，61（2）：127-138

[2]DIIJEY M，CHEN R S，DEICHMANN U，et aL Natural Disaster Hotspots：A Global Risk Analysis Synthesis Report[R].Washing-ton DC：Hazard Management Unit，World Bank，2005，1-132

[3]殷杰，尹占娥，王军，等.基于GIS的城市社区暴雨内涝灾害风险评估[J].地理与地理信息科学，2009，25（6）：93-95.

[4]尹占娥，许世远，殷杰，等.基于小尺度的城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险评估[J].地理学报，2010，65（5）：555-559

[5]解以扬，韩素芹，由立宏，等.天津市暴雨内涝灾害风险分析[J].气象科学，2004，24（3）：343-348

[6]郑传新，米浦强，陈剑兵，等.柳州市积涝过程模拟及灾害风险评估[J].气象，2007，33（11）：73-7

[7]张继权，冈田宪夫，多多纳裕一.综合自然灾害风险管理-全面整合的模式与中国的战略选择[J].自然灾害学报，2006，15（1）：29-37

[8]张继权，刘兴朋，佟志军.草原火灾风险评价与分区—以吉林省西部草原为例[J].地理研究，2007，26（4）：756-760

[9]曾运清，等.层次分析法（AHP）在民船动员征用中的应用[J].武汉理工大学学报，2005，27（3）：195-199

[10]舒卫萍，崔远来.层次分析法在灌区综合评价中的应用[J].中国农村水利水电，2005（6）：109-111

[11] Chen， Peng， Zhang， Jiquan， Jiang， Xinyu， Liu， Xingpeng， Bao， Yulong， Sun， Yingyue Scenario Simulation-Based Assessment of Trip Difficulty for Urban Residents under Rainstorm Waterlogging International Journal of Environmental Research and Public Health， 9（6）， pp 2057-2074， 2012/6.

[责任编辑：刘玉梅]

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