城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與概念模型

陳鵬+張立峰+孫瀅悅+劉家福

[摘 要] 城市暴雨積澇災(zāi)害是一種突發(fā)性強(qiáng)、破壞性較大、處置救助較為困難的氣象災(zāi)害之一，給城市居民生命安全及城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來重大損失。研究依據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論及自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制，闡述了城市暴雨積澇災(zāi)害相關(guān)概念，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)概念框架，從致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性、承災(zāi)體的暴露性與脆弱性、防災(zāi)減災(zāi)能力四個(gè)方面選取評(píng)價(jià)指標(biāo)并構(gòu)建指標(biāo)體系，利用加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法、層次分析法建立城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，為城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)研究提供了依據(jù)。

[關(guān)鍵詞] 城市暴雨積澇災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；指標(biāo)體系；概念模型

[中圖分類號(hào)] F230 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] 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

隨著城市化進(jìn)程與全球氣候變暖日益加劇，導(dǎo)致城市暴雨積澇災(zāi)害頻發(fā)，給城市居民出行安全、交通、地下管線等造成重大威脅，已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了我國城市可持續(xù)發(fā)展。城市暴雨積澇災(zāi)害作為城市災(zāi)害的一種，受到氣象條件、下墊面條件、排水管網(wǎng)分布等自然和人為因素影響，其發(fā)生原因極為復(fù)雜，具有一定的隨機(jī)性和不確定性。由于國際災(zāi)害管理發(fā)展的趨勢(shì)已經(jīng)向風(fēng)險(xiǎn)管理轉(zhuǎn)變，在城市災(zāi)害的預(yù)防、防備和減災(zāi)工作中風(fēng)險(xiǎn)管理是災(zāi)害預(yù)防的重要工具[1]，因此災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估作為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的核心內(nèi)容，是現(xiàn)代國際防災(zāi)減災(zāi)工作中研究普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題[2]。

目前，城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)常用方法主要?dú)w納一下三點(diǎn)（1）從風(fēng)險(xiǎn)自身角度，將災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)定義為一定概率條件的損失[3-4]，該方法利用歷史數(shù)據(jù)擬合出承災(zāi)體的損失曲線，實(shí)現(xiàn)城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。但此方法用到的歷史調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合損失曲線，當(dāng)歷史1數(shù)據(jù)有缺失的情況下，會(huì)導(dǎo)致擬合曲線結(jié)果誤差較大；（2）從致災(zāi)因子的角度，認(rèn)為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是致災(zāi)因子出現(xiàn)的概率[5-6]，以積澇數(shù)值模型為基礎(chǔ)，對(duì)城市可能受到的積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。該方法實(shí)際上只是從積澇災(zāi)害的危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)承災(zāi)體的脆弱性、暴露性及防災(zāi)減災(zāi)能力并沒有考慮；（3）以災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，定義為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、暴露性及脆弱性共同作用的結(jié)果。但此種方法并沒有考慮城市的防災(zāi)減災(zāi)能力，由于城市的防災(zāi)減災(zāi)能力大小對(duì)城市暴雨積澇災(zāi)害發(fā)生的可能性及大小都有所影響，因此防災(zāi)減災(zāi)能力是必不可缺少的因子之一。

近年來，城市暴雨積澇災(zāi)害的發(fā)生已經(jīng)給城市居民的生命、財(cái)產(chǎn)等造成巨大損失。同時(shí)，也給城市發(fā)展及經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)安定帶來巨大的負(fù)面影響，嚴(yán)重阻礙了城市可持續(xù)發(fā)展。因此，需對(duì)城市暴雨積澇災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理，開展城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理相關(guān)研究，實(shí)現(xiàn)我國城市暴雨積澇災(zāi)害由危機(jī)管理向風(fēng)險(xiǎn)管理的轉(zhuǎn)變，提升我國城市暴雨積澇災(zāi)害應(yīng)急管理能力。

一、城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)基本概念與形成機(jī)制

城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究中涉及到城市暴雨積澇、城市暴雨積澇災(zāi)害、城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)三個(gè)基本概念。目前對(duì)城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)中的基本概念界定不清，尚未得到統(tǒng)一，對(duì)后續(xù)的一些研究帶來不便。因此，在城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究前要先聲明相關(guān)概念的相關(guān)性與差異性。

暴雨（torrentialrain）是降雨強(qiáng)度很大的雨，雨勢(shì)很大。一般指每小時(shí)降雨量16mm以上，或連續(xù)12h降雨量30mm以上，或連續(xù)24h降雨量50mm以上的降水。根據(jù)國家氣象局規(guī)定，24h降水量為50mm或以上的雨量稱為“暴雨”。按其降水強(qiáng)度大小又分為三個(gè)等級(jí)，即24h降水量為50-99.9mm稱為“暴雨”；100-250mm降水量為“大暴雨”；250mm以上降水量為“特大暴雨”。endprint

（一）城市暴雨積澇的含義

城市積澇是指由于短時(shí)強(qiáng)降水或過程雨量偏大造成徑流過多，在地勢(shì)低洼、排水不暢等情況下而形成城市道路積水。目前，城市暴雨積澇形成原因主要包括：（1）隨著全球氣候變暖與城市化進(jìn)程加快，城市暴雨發(fā)生的強(qiáng)度與頻次日益增加，是城市積澇的誘因；（2）城市化進(jìn)程加快，城市下墊面中的植被、土地由混凝土、瀝青、水泥路等所代替，導(dǎo)致地面下滲率降低，地表產(chǎn)匯留時(shí)間大大縮短，加劇了城市積澇形成；（3）城市擴(kuò)展過快，排水管網(wǎng)建設(shè)跟不上城市建設(shè)，尤其是老城區(qū)的排水管網(wǎng)覆蓋率較低，不能滿足排水需要。

（二）城市暴雨積澇災(zāi)害的含義

城市暴雨積澇災(zāi)害是指由于城市區(qū)域遭受短時(shí)強(qiáng)降雨或是過程雨量偏大，在地勢(shì)低洼、排水不暢等情況下而形成城市道路積水，并對(duì)城市居民出行安全、城市基礎(chǔ)設(shè)施、地下管網(wǎng)等造成嚴(yán)重?fù)p失。城市暴雨積澇災(zāi)害主要是降雨引起的，尤其是暴雨，其中暴雨發(fā)生強(qiáng)度與頻次是主要的致災(zāi)因子。承災(zāi)體為城市居民、建筑物、城市基礎(chǔ)設(shè)施、地下管網(wǎng)等。孕災(zāi)環(huán)境為城市特殊的下墊面、地下排水管網(wǎng)及城市局地氣候等。

（三）城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)涵

城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是指未來若干年內(nèi)可能達(dá)到的災(zāi)害程度及其發(fā)生的可能性。城市暴雨積澇災(zāi)害具有突發(fā)性、隨機(jī)性、損失性和不確定性特征。當(dāng)城市暴雨積澇發(fā)生后對(duì)城市居民、基礎(chǔ)設(shè)施、地下管網(wǎng)等造成損失時(shí)才能稱為災(zāi)害。而城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)則是災(zāi)害發(fā)生的可能性，只有可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)才成為災(zāi)害。因此城市暴雨積澇、城市暴雨積澇災(zāi)害、城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)三個(gè)概念不能等同。

（四）城市暴雨積澇災(zāi)害形成機(jī)制與概念框架

城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)作為氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的一種，是城市人地系統(tǒng)相互作用的產(chǎn)物。城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是城市暴雨積澇災(zāi)害危險(xiǎn)性及其后果變成現(xiàn)實(shí)的可能性的定量特征。據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)理，本研究把城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)理概括為致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性（H），承災(zāi)體的暴露性（E）和脆弱性（V），防災(zāi)減災(zāi)能力（R）相互作用的結(jié)果[7]（圖1）。由于城市暴雨積澇災(zāi)害的特殊性，所以城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的各個(gè)因素之間關(guān)系是區(qū)別于其它自然災(zāi)害的重要特征。

圖1 城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)理

城市暴雨積澇災(zāi)害積澇災(zāi)害危險(xiǎn)性是城市區(qū)域發(fā)生積澇災(zāi)害的危險(xiǎn)程度，還可理解為發(fā)生的可能性。在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中包括孕災(zāi)環(huán)境和積澇災(zāi)害暴雨發(fā)生因素。根據(jù)城市暴雨積澇災(zāi)害歷史資料發(fā)現(xiàn)，其發(fā)生的主要致災(zāi)因子為暴雨，表示方法用暴雨強(qiáng)度或是頻度；孕災(zāi)環(huán)境為某地區(qū)的積澇災(zāi)害的環(huán)境狀況，文中選擇不透水面積、地面糙率、高程、坡度、坡向、排水管網(wǎng)密度為孕災(zāi)環(huán)境因子。

城市暴雨積澇災(zāi)害暴露性因子選擇主要有生命暴露性和經(jīng)濟(jì)暴露性。生命暴露性因子為研究區(qū)居民數(shù)量、密度；經(jīng)濟(jì)暴露性包括建筑物數(shù)量、道路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量、地下管線密度、地鐵網(wǎng)絡(luò)密度等。

城市暴雨積澇災(zāi)害脆弱性或易損性包括生命脆弱和經(jīng)濟(jì)脆弱性。生命脆弱性因子選擇0-14歲、60歲以上年齡居民，經(jīng)濟(jì)脆弱性選擇平房數(shù)量、地下室數(shù)量、道路基礎(chǔ)設(shè)施類型、道路類型、地下網(wǎng)線、電線等材質(zhì)、積澇災(zāi)害等級(jí)經(jīng)濟(jì)損失額度比等。

城市暴雨積澇災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力包括研究區(qū)防澇人員數(shù)量、排澇設(shè)備數(shù)量、反應(yīng)時(shí)間、防澇資金投入、人均可支配收入、積澇災(zāi)害保險(xiǎn)、應(yīng)急避難所、應(yīng)急反應(yīng)時(shí)間等?；谏鲜龀鞘斜┯攴e澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制及四因子分析結(jié)果，構(gòu)建圖2城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)概念框架。

二、城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究方法與技術(shù)流程

（一）研究方法

1.自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)未來若干年內(nèi)可能達(dá)到的災(zāi)害程度及其發(fā)生的可能性。在區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成過程中，危險(xiǎn)性（H）、暴露性（E）、脆弱性（V）及防災(zāi)減災(zāi)能力（R）四者綜合作用的結(jié)果，自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算公式為[7]：

自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度=H×E×V×R

自然災(zāi)害危險(xiǎn)性是指造成災(zāi)害的自然變異的程度，主要是災(zāi)變活動(dòng)規(guī)模（強(qiáng)度）和活動(dòng)頻次（概率）決定的[8]。當(dāng)至災(zāi)因子強(qiáng)度越大、頻次越高，所造成的破壞損失越嚴(yán)重，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)也就越大。暴露性是指承災(zāi)體（人、財(cái)產(chǎn)、建筑物等）暴露于災(zāi)害危險(xiǎn)中的數(shù)量與程度。某地區(qū)暴露于危險(xiǎn)因素的人、財(cái)產(chǎn)等越多即受財(cái)產(chǎn)價(jià)值密度越高，可能遭受潛在損失就越大，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越大。脆弱性是指在給定危險(xiǎn)地區(qū)存在的所有任何財(cái)產(chǎn)由于潛在的危險(xiǎn)因素而造成的傷害或損失程度，綜合反映了自然災(zāi)害的損失程度。承災(zāi)體的脆弱性越低，災(zāi)害損失就越小，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)也就越小，反之越大。承災(zāi)體脆弱性大小，與其物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)有關(guān)，同時(shí)與防災(zāi)減災(zāi)能力也密切相關(guān)。防災(zāi)減災(zāi)能力則是指災(zāi)區(qū)在長(zhǎng)期或短期內(nèi)能夠從災(zāi)害中恢復(fù)程度，包括減災(zāi)投入、應(yīng)急能力、資源裝備等。防災(zāi)減災(zāi)能力越高，可能遭受潛在損失就越小，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越小。

2.層次分析法（AHP）

層次分析法是目前較為常用的一種對(duì)指標(biāo)進(jìn)行定量分析方法。該方法的思路主要是利用相關(guān)領(lǐng)域的多位專家的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)每個(gè)因子進(jìn)行兩兩比較、判斷并賦值，得到判斷矩陣，經(jīng)過計(jì)算得到評(píng)價(jià)指標(biāo)中每一個(gè)因子的權(quán)重值，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。通過對(duì)指標(biāo)進(jìn)行一對(duì)一的比較，可以連續(xù)進(jìn)行并能隨時(shí)進(jìn)行改進(jìn)，是比較常見的一種計(jì)算方法[9、10]。

3.加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法

加權(quán)綜合評(píng)分法是假設(shè)由于指標(biāo)i量化值得不同，而使每個(gè)指標(biāo)i對(duì)于特定因子j的影響程度存在差別，公式為：

CVj=∑mi=1QVijWCi （1）

式中，CVj是評(píng)價(jià)因子的總值，QVij是對(duì)于因子j的指標(biāo)i（QVij），WCi是指標(biāo)i的重值（0≤WCi≤1），通過AHP方法計(jì)算得出，m是評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

（二）城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)流程

依據(jù)上述城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制與概念框架，本文提出了城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基本過程。其過程包括基本步驟如下：1）數(shù)據(jù)收集與處理；2）城市暴雨積澇災(zāi)害數(shù)據(jù)庫構(gòu)建；3）城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與風(fēng)險(xiǎn)模型建立；4）城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。endprint

圖3 城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)流程

三、城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)模型

（一）城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系建立

城市暴雨積澇災(zāi)害主要對(duì)城市居民出行安全[11]、交通、地下管網(wǎng)及基礎(chǔ)設(shè)施造成重大威脅。具體表現(xiàn)在當(dāng)積澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)會(huì)造成城市道路大量積水，造成交通阻塞，居民無法正常出行，在某些積水較重路段會(huì)對(duì)居民生命安全造成嚴(yán)重影響；當(dāng)?shù)叵略O(shè)施進(jìn)水，會(huì)造成地下設(shè)施、管網(wǎng)遭受破壞，地鐵被淹等。根據(jù)上述城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)制與概念框架，并依據(jù)指標(biāo)體系選取原則，利用層次分析法（AHP），綜合構(gòu)建城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（見下表）。

城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系表

（二）城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)量化

對(duì)于指標(biāo)體系中無法直接量化的指標(biāo)，可以采取賦值法對(duì)該指標(biāo)進(jìn)行賦值。如：受教育程度、地下網(wǎng)線、電線等材質(zhì)，可根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)賦予相應(yīng)的值。

（三）城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

式中CRWD是城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，用來表示城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度，其值越大，城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)越大；H、E、V、R分別表示城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性及防災(zāi)減災(zāi)能力因子指數(shù)；WH、WE、WV、WR分別表示危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性及防災(zāi)減災(zāi)能力因子的權(quán)重；Xi是指標(biāo)i量化后的值；Wi為指標(biāo)i的權(quán)重，表示各指標(biāo)對(duì)形成城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的主要因子的相對(duì)重要性。變量α是常數(shù)（0≤α≤1），用來描述防災(zāi)減災(zāi)能力對(duì)于減少總的CRWD所起的作用。

四、結(jié)論

本文依據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論及城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制，討論了城市暴雨積澇、城市暴雨積澇災(zāi)害及城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)三者之間相關(guān)性與差異性，并依此為基礎(chǔ)，給出了城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基本概念框架，構(gòu)建了城市暴雨積澇災(zāi)害評(píng)價(jià)指標(biāo)與模型。城市暴雨積澇災(zāi)害是近些年城市常見的一種氣象災(zāi)害，其評(píng)價(jià)過程較為復(fù)雜，目前針對(duì)此項(xiàng)研究的內(nèi)容較少，至今缺乏統(tǒng)一的程序與范式，尤其是針對(duì)城市地區(qū)小尺度的暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論和方法的系統(tǒng)研究尚待深入開展。因此，本文著重對(duì)此方面進(jìn)行了探討，并提出了一套城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的思路與方法，創(chuàng)建了城市暴雨積澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型與范式，以充實(shí)、完善城市自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究理論與方法，為我國制訂城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理和規(guī)劃提供依據(jù)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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[責(zé)任編輯：劉玉梅]endprint