城市居民住宅的暴雨內(nèi)澇脆弱性評(píng)估
——以上海為例*

石 勇

(鄭州大學(xué) 旅游管理學(xué)院，河南 鄭州 450001)

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城市居民住宅的暴雨內(nèi)澇脆弱性評(píng)估
——以上海為例*

石 勇

(鄭州大學(xué) 旅游管理學(xué)院，河南 鄭州 450001)

近年來，在國(guó)際日益重視防災(zāi)減災(zāi)的背景下，脆弱性成為災(zāi)害學(xué)研究的主題并逐漸融入社會(huì)可持續(xù)發(fā)展策略領(lǐng)域。結(jié)合上海實(shí)際情況，針對(duì)不同收入水平的居民住宅，在建立各階層標(biāo)準(zhǔn)居家模型的基礎(chǔ)上，嘗試?yán)煤铣煞?gòu)造暴雨內(nèi)澇中居民住宅損失的脆弱性曲線，針對(duì)“麥莎”臺(tái)風(fēng)這一歷史典型內(nèi)澇情景中受影響較大的天平街道，根據(jù)當(dāng)時(shí)暴雨內(nèi)澇積水分布的實(shí)際情景，利用GIS技術(shù)進(jìn)行空間展布，得到天平街道居民住宅的脆弱性分布圖。該方法可為市政部門提供必要的信息，為確定防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)區(qū)域和重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象等決策提供科學(xué)的依據(jù)，可有效降低城市面臨暴雨內(nèi)澇的脆弱性及風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

城市；暴雨內(nèi)澇；脆弱性評(píng)估；脆弱性曲線；情景模擬；GIS；上海市

根據(jù)國(guó)際政府間氣候變化組織(IPCC)第四次評(píng)估報(bào)告顯示，在全球變暖和海平面上升背景下，未來各種極端氣候事件具有明顯增強(qiáng)趨勢(shì)，其中水災(zāi)發(fā)生頻次和強(qiáng)度增加最為顯著[1]。2013年浙江余姚暴雨和2012 年北京遭遇特大暴雨時(shí)房山區(qū)遭受的山洪襲擊，都是水災(zāi)的典型例子，也顯示出，城市區(qū)域已成為水災(zāi)發(fā)生的熱點(diǎn)區(qū)域。近年來，災(zāi)害研究領(lǐng)域已達(dá)成共識(shí)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是開展災(zāi)難管理的科學(xué)基礎(chǔ)。目前,危險(xiǎn)性和脆弱性的研究已成為水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究的熱點(diǎn)，其中水災(zāi)危險(xiǎn)性的研究相對(duì)較為深入，而作為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)主要管理對(duì)象的脆弱性，研究還相對(duì)薄弱[2]，脆弱性評(píng)估因而成為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究領(lǐng)域有待突破的主要方向。

災(zāi)害發(fā)生時(shí)，承災(zāi)體并不一定完全損失，在具體的災(zāi)害情景中，衡量承災(zāi)體(或系統(tǒng))易于受到傷害和損失的脆弱性，利用脆弱性曲線來描述。脆弱性曲線又稱脆弱性函數(shù),或?yàn)?zāi)損(率)函數(shù)或?yàn)?zāi)損(率)曲線[3]，表示不同強(qiáng)度的各災(zāi)種與損失(率)之間的關(guān)系，以表格、函數(shù)或曲線形式表現(xiàn)出來。脆弱性曲線使損失評(píng)估擺脫了實(shí)際調(diào)查的巨大工作量，省時(shí)省力,并可提高精確度。發(fā)達(dá)國(guó)家中，英國(guó)和德國(guó)等歐洲國(guó)家已形成災(zāi)損曲線構(gòu)建的方法規(guī)范[4-6]，且得以大規(guī)模推廣使用。美國(guó)USAGE、FEMA等機(jī)構(gòu)中，災(zāi)損數(shù)據(jù)的搜集及曲線的修正已有完整的運(yùn)作機(jī)制[7-8]。澳大利亞已開發(fā)出成熟的評(píng)估軟件[9]，日本的災(zāi)損曲線也已為洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù)[10]。我國(guó)雖是受水災(zāi)影響較大的國(guó)家，初步的脆弱性曲線構(gòu)建，主要集中在黃河洪泛區(qū)，研究對(duì)象為不同的土地利用類型，極少進(jìn)一步細(xì)化，且側(cè)重于農(nóng)業(yè)損失[11]。城市水災(zāi)方面的脆弱性曲線研究成果尚少，王艷艷[12-14]等構(gòu)建的上海洪澇災(zāi)害損失評(píng)估模型中，關(guān)鍵的災(zāi)損率由歷史數(shù)據(jù)、專家經(jīng)驗(yàn)或國(guó)外相關(guān)資料修正值來確定。本研究選取上海為例，在情景模擬的基礎(chǔ)上，針對(duì)居民住宅，采用合成的方法構(gòu)建脆弱性曲線，并對(duì)整體區(qū)域的脆弱性進(jìn)行分析，旨在從根本上解決脆弱性評(píng)估結(jié)果粗糙、可操縱性不強(qiáng)等缺陷，不僅可完善脆弱性評(píng)估的方法與案例，還可為水災(zāi)管理提供更為精準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)。

表1 涂料及人工費(fèi)的5種價(jià)位水平

1 住宅內(nèi)澇脆弱性曲線的構(gòu)建

與洪災(zāi)相比，暴雨造成的城市內(nèi)澇水流流動(dòng)較慢、水量不夠大、水深較淺，一般不會(huì)對(duì)生命財(cái)產(chǎn)造成很大損失。內(nèi)澇災(zāi)害影響時(shí)間較短，且突發(fā)性不強(qiáng)，一般可以給受災(zāi)者充足的時(shí)間將貴重且體積、重量不大的物品轉(zhuǎn)移到內(nèi)澇水深達(dá)不到的地方。針對(duì)上海地區(qū)的災(zāi)后實(shí)地調(diào)查也顯示，內(nèi)澇對(duì)居民內(nèi)部財(cái)產(chǎn)的損害不大，但室內(nèi)進(jìn)水多會(huì)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)中不能移動(dòng)的地板及墻壁涂料產(chǎn)生影響。在此，我們運(yùn)用合成法，針對(duì)不同的收入階層，對(duì)上海地區(qū)住宅的內(nèi)澇脆弱性曲線進(jìn)行分析。

由于內(nèi)澇造成的損失不大，我們不再采用損失率，而直接采用絕對(duì)損失值來衡量暴雨內(nèi)澇發(fā)生時(shí)居民建筑受影響的程度。構(gòu)建脆弱性曲線前，我們先做如下假設(shè)：①只考慮水深；②只考慮直接損失；③因?yàn)樯婕胺课萁Y(jié)構(gòu)，損失值包括替換物品的市場(chǎng)價(jià)值和人工裝修費(fèi)用。另外，房屋結(jié)構(gòu)損失中的墻面涂料損失和地板損失，我們分開進(jìn)行估算。

1.1 墻面脆弱性曲線的確定過程

墻面損失主要由積水浸泡造成，損失費(fèi)用由重刷涂料的價(jià)值與人工費(fèi)構(gòu)成，該損失值與水深聯(lián)系緊密。構(gòu)建脆弱性曲線的具體步驟如下所示。

(1)根據(jù)不同收入階層，參照市場(chǎng)價(jià)格及相關(guān)分析材料，將涂料價(jià)位分為5個(gè)不同的價(jià)值水平，并將涂料價(jià)位換算為每平方米所需的涂料價(jià)錢。

(2)涂料之外的涂刷人工費(fèi)也在考慮范圍之內(nèi)，根據(jù)上海家裝人工費(fèi)參考價(jià)格資料，每平方米涂料的人工費(fèi)因涂料價(jià)位的不同而略有不同，也將其劃分為5個(gè)等級(jí)列入表1。

(3)將單位面積的粉刷費(fèi)用換算成單位水深的粉刷費(fèi)用，計(jì)算不同水深的涂料損失如下：

對(duì)于一般內(nèi)墻涂飾，有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算涂刷面積，涂一層所需油漆面積為建筑面積的2.5倍，如是50m2的房子，需要涂刷面積為125m2。如果該房屋裝修按照中等收入水平來，人工與涂料的總費(fèi)用為15元/m2，則整個(gè)房子所需的總費(fèi)用為125m2×15元/m2=1 875元。按照一層樓的平均高度3m計(jì)算，單位深度的涂料費(fèi)用為1 875元/300cm=6.25元/cm。那么，假如水深20cm，則涂料損失為6.25元/cm×20cm=125元。

即墻面涂料損失為：

(1)

若被淹水深以米為單位表示，該公式變化為如下形式：

(2)

式中：S為基座面積(m2)；M為涂料價(jià)格(元/m2)；H為水深(cm或m)。

由此可以看出，房?jī)?nèi)粉刷涂料的損失不僅取決于水深，還與房屋的居住面積有很大關(guān)系，為了反映面積對(duì)損失的影響，我們仿照工業(yè)、商業(yè)領(lǐng)域脆弱性曲線的建立方法，以水深和單位面積損失的關(guān)系來體現(xiàn)不同收入階層的水災(zāi)脆弱性，建立的5種收入等級(jí)居民住宅脆弱性曲線如圖1所示。

圖1 不同收入階層居民住宅室內(nèi)墻壁涂料的水災(zāi)脆弱性曲線

1.2 地板脆弱性曲線的確定過程

地板處于室內(nèi)最低位置，只要進(jìn)水，地板就會(huì)遭受浸泡，地板損失包括地板費(fèi)用及鋪設(shè)地板的人工費(fèi)用，地板損失和內(nèi)澇水位關(guān)系不大，主要取決于室內(nèi)面積大小。

(1)按照同樣道理，針對(duì)不同收入階層，參照市場(chǎng)價(jià)格及相關(guān)分析材料，將地板價(jià)位分為5個(gè)不同的價(jià)值水平，低收入水平的城市居民住宅，室內(nèi)水泥地較多，水淹不會(huì)帶來地板損失。

(2)參照上海家裝人工費(fèi)參考價(jià)格資料，不同質(zhì)量的地板有不同價(jià)位的鋪設(shè)費(fèi)用，我們也將其劃分為5個(gè)等級(jí)。

(3)將地板費(fèi)用與鋪設(shè)的人工費(fèi)用相加，即可得到不同收入等級(jí)每平方米地板的總損失，如表2所示。

(4)相對(duì)于墻面涂料損失，地板損失計(jì)算較為簡(jiǎn)單，只要房屋進(jìn)水，地板就會(huì)受到影響，地板損失值為：

D2=M×S。

(3)

式中：S為基座面積(m2)；M為地板價(jià)格(元/m2)。

表2 地板及人工費(fèi)的5種價(jià)位水平 元/m2

墻面涂料和地板的淹水損失都與房屋的基座面積有很大關(guān)系，但墻壁涂料的損失與水深關(guān)系緊密，可根據(jù)不同水深的單位面積損失構(gòu)建不同收入等級(jí)的脆弱性曲線，地板損失則比較特殊，與水深沒有直接關(guān)系，只要室內(nèi)水深大于0，地板損失就開始產(chǎn)生，如果仍利用單位面積損失與水深之間的關(guān)系表達(dá)脆弱性，不同收入等級(jí)居民地板損失脆弱函數(shù)是一條平行于X軸的曲線(圖2)。

圖2 不同收入階層居民住宅室內(nèi)地板的水災(zāi)脆弱性曲線

2 典型內(nèi)澇情景下天平街道居民住宅結(jié)構(gòu)的脆弱性評(píng)估

2.1 水災(zāi)情景的設(shè)置與模擬

根據(jù)上海市防汛信息中心針對(duì)“麥莎”臺(tái)風(fēng)期間積水路段的統(tǒng)計(jì)，選取積水較為嚴(yán)重的徐匯區(qū)天平街道，將有積水深度統(tǒng)計(jì)的街道打散成點(diǎn)，并根據(jù)這些點(diǎn)的水深，進(jìn)行反距離插值，得到“麥莎”臺(tái)風(fēng)期間天平街道的水深分布如圖3所示。

圖3 “麥莎”臺(tái)風(fēng)時(shí)天平街道的內(nèi)澇積水分布圖

2.2 居民住宅的暴露性分析

將天平街道的居住房屋分布圖與水深分布圖疊置，得到天平街道居住房屋的水深分布圖，即天平街道居民住宅的暴雨內(nèi)澇暴露圖，將該水深值統(tǒng)一減去門檻高度10 cm，得到每座房屋的室內(nèi)水深分布(圖4)。

圖4 “麥莎”臺(tái)風(fēng)時(shí)天平街道居民住宅室內(nèi)積水分布圖

2.3 居民住宅的脆弱性分析

由天平街道居住房屋的屬性數(shù)據(jù)“總戶數(shù)”、“樓層”、“基座面積”，首先求得每層樓的戶數(shù)=總戶數(shù)/樓層，而后得到一層樓每戶的居住面積S=基座面積/每層樓的戶數(shù)，并根據(jù)戶居住面積，將居民住宅劃分為5個(gè)等級(jí)：S≤30 m2、30 m2110 m2，我們以戶居住面積來劃分不同的收入階層，得到天平街道不同收入等級(jí)的居民住宅空間分布圖(圖5)。

圖5 天平街道不同收入階層的居民住宅空間分布圖

根據(jù)典型內(nèi)澇情景下每座房屋的室內(nèi)水深分布，利用各戶的居住面積、不同收入階層的房屋地板及墻面涂料的水深-單位面積損失關(guān)系，得到天平街道居民住宅的墻面涂料損失分布圖(圖6)、地板損失分布圖(圖7)及房屋結(jié)構(gòu)總體損失分布圖(圖8)。

圖6 天平街道居民住宅的墻面涂料損失分布圖

圖8 天平街道居民住宅結(jié)構(gòu)的總損失分布圖

3 結(jié)論

脆弱性曲線是脆弱性評(píng)估的研究前沿，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。在對(duì)脆弱性曲線研究進(jìn)展總結(jié)的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)內(nèi)外建立的方法與成果，結(jié)合上海實(shí)際，針對(duì)不同收入層次的居民住宅，構(gòu)造了城市暴雨內(nèi)澇的脆弱性曲線，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)證研究，實(shí)現(xiàn)承災(zāi)體脆弱性的空間展布。相比以往的研究，這種方法在采用情景模擬優(yōu)化暴露性評(píng)估的基礎(chǔ)上，針對(duì)承災(zāi)個(gè)體或系統(tǒng)，較為準(zhǔn)確地反映其暴露在一定自然災(zāi)害強(qiáng)度下的承災(zāi)體的損失情況，在自然災(zāi)害系統(tǒng)的災(zāi)害強(qiáng)度與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的災(zāi)情狀況之間搭建橋梁，從而實(shí)現(xiàn)情景模擬下基于脆弱性曲線的承災(zāi)體損失評(píng)估。該方法使得評(píng)價(jià)結(jié)果精度更高，為防災(zāi)減災(zāi)部門提供更為科學(xué)的依據(jù)。本研究中，如果住宅屬性有更為精確的數(shù)據(jù)，不用面積來估分不同收入階層，可以提高評(píng)估的精度。另外，如果存在更為精確的內(nèi)澇情景、并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造更為精細(xì)的脆弱性函數(shù)，也會(huì)使評(píng)估的準(zhǔn)確性大大提高，最終為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理工作提供更為精準(zhǔn)的指導(dǎo)。

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The Vulnerability Assessment of Residences in Rainstorm Waterlogging in Cities——A Case Study on Shanghai

Shi Yong

(DepartmentofTourismandManagement,UniversityofZhengzhou,Zhengzhou450001,China)

Inrecentyears,intheinternationalincreasinglyattentionunderthebackgroundofdisasterpreventionandmitigation,disastervulnerabilitystudybecomethethemeofthestudyofdisasterscienceandgraduallyintothesocialsustainabledevelopmentstrategy.Onthebasisofpreviousworkathomeandabroad,weconstructedthevulnerabilitycurveofresidencestructureinallusiontodifferentincomegroupsbythesynthesismethod.UsingGIStomakespatialdistribution,wecarriedoutvulnerabilityspecialspreadinginTianpingStreetwhichwassufferedfrom“Matsa”themost,thetypicalwaterloggingdisasterscenarioinhistory,tomakesurekeyareasandmainobjectsofprotection,toprovidescientificbasisfordecision-making,andtoachievesustainabledevelopmentofcities.

city;rainstormwaterlogging;vulnerabilityassessment;vulnerabilitycurve;scenariosimulation;GIS;Shanghai

2014-12-10

2015-02-02

教育部人文社科項(xiàng)目(14YJCZH128，12YJCZH257)；國(guó)家自然科學(xué)基金(71373084，41201550，41401600，41401603，U1204403，71273081)；河南省社科規(guī)劃項(xiàng)目(2013CSH005)；河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(12A630041，13B630390)

石勇(1980-)，女，河南泌陽人，博士，研究方向?yàn)樗疄?zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.E-mail:yongshi@zzu.edu.cn

X

A

1000-811X(2015)03-0094-05

10.3969/j.issn.1000-811X.2015.03.018

石勇. 城市居民住宅的暴雨內(nèi)澇脆弱性評(píng)估——以上海為例[J].災(zāi)害學(xué), 2015,30(3):094-098. [ShiYong.TheVulnerabilityAssessmentofResidencesinRainstormWaterlogginginCities——ACaseStudyonShanghai[J].JournalofCatastrophology, 2015,30(3)：094-098.]