基于災(zāi)害鏈理論的山地城市雨洪適災(zāi)空間建構(gòu)
——以巫山縣早陽新區(qū)城市設(shè)計為例

毛華松 張立立 羅評

1 災(zāi)害鏈基礎(chǔ)理論及相關(guān)研究進展

受全球氣候變化影響，極端天氣氣候事件及其次生衍生災(zāi)害的發(fā)生頻次呈上升趨勢，自然災(zāi)害的突發(fā)性、異常性和復(fù)雜性有所增強[1]。雨洪災(zāi)害成為中國城市最頻發(fā)的災(zāi)害類型之一。僅2018年，全國洪澇和地質(zhì)災(zāi)害共造成3 526.2萬人次受災(zāi)，直接經(jīng)濟損失1 060.5億元①。而受特殊生態(tài)環(huán)境敏感性與脆弱性的影響，山地城鎮(zhèn)建設(shè)面臨更多、更復(fù)雜的問題與矛盾[2]。其中山地雨洪及其后續(xù)次生災(zāi)害鏈的關(guān)聯(lián)、放大，更是給城市居民生命、生活與生產(chǎn)造成嚴重影響，因此強化對雨洪災(zāi)害鏈的認知與應(yīng)對，提升山地城市雨洪的適災(zāi)能力，顯得尤為迫切。

1.1 災(zāi)害鏈基礎(chǔ)理論

“鏈”是自然界各種事物之間的聯(lián)系、轉(zhuǎn)換、運動的方式之一,從生物鏈、食物鏈、分子鏈到災(zāi)害鏈都是“鏈”式關(guān)系中的一種。災(zāi)害鏈（disaster chain）為厘清多災(zāi)種之間的鏈式孕育發(fā)生過程及提升城市防災(zāi)減災(zāi)能力建設(shè)、進而促進城市“從應(yīng)對單一災(zāi)種向綜合減災(zāi)轉(zhuǎn)變”[3]，有著積極的理論與實踐借鑒意義。國外學(xué)界較早運用“災(zāi)害損失破壞鏈”的概念[4]，并認為“災(zāi)害之間的制約聯(lián)系使得災(zāi)害系統(tǒng)的復(fù)雜性加深”[5]。中國自然災(zāi)害體現(xiàn)出歷史長、數(shù)量大、連續(xù)性強的特色。東漢班固《漢書·卷六十七》記載：“建始以來，日食地震，以率言之,三倍春秋,水災(zāi)亡與比數(shù)”[6]，又有光緒《長興縣志》記載：“風雨驟至，天目山水沖溢，太湖水泄不及，田禾受災(zāi)獨重”[7]等對歷史災(zāi)害鏈引發(fā)災(zāi)情加劇的記錄。針對災(zāi)害的連發(fā)性， 國內(nèi)學(xué)者首次提出“一系列災(zāi)害相繼發(fā)生現(xiàn)象”的災(zāi)害鏈概念與過程界定[8]，并意識到災(zāi)害鏈會“形成一個復(fù)雜的災(zāi)情傳遞與放大過程”[9]；災(zāi)害鏈具體表征為“由一種災(zāi)害引發(fā)出一系列災(zāi)害，從一個地域空間擴散到另一個更廣闊的地域空間，呈鏈式有序結(jié)構(gòu)的大災(zāi)傳承效應(yīng)”[10]，直至最終“給人類社會造成損壞和破壞”[11]。由于災(zāi)害呈現(xiàn)鏈式結(jié)構(gòu)不斷演化的態(tài)勢，所造成的危害和影響遠比單個災(zāi)害事件嚴峻，如何有效地減少災(zāi)害鏈連鎖效應(yīng)帶來的損失，綜合提高城市空間適災(zāi)能力，已逐漸拓展為城市生態(tài)和人居環(huán)境面臨的熱點問題。

1.2 災(zāi)害鏈相關(guān)研究進展

相關(guān)研究方面，災(zāi)害鏈的不同類型、成鏈機制及其斷鏈減災(zāi)研究是當前災(zāi)害鏈研究的重要學(xué)術(shù)方向。國外基于災(zāi)害鏈理論指導(dǎo)城市防災(zāi)減災(zāi)能力建設(shè)的研究視野較廣泛，包括運用Weibull模型模擬洪水淹沒頻率及范圍[12]，以GIS為基礎(chǔ)開發(fā)空間決策支持系統(tǒng)選擇城市防災(zāi)規(guī)劃空間[13]等方面。中國對災(zāi)害鏈形成機制與成鏈要素，即致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體分析的研究文獻較多，包括：建立區(qū)域臺風災(zāi)害鏈風險防范模式，明確致災(zāi)因子對災(zāi)害鏈形成過程、損失分布和風險評估的影響[14]；在流域災(zāi)害基礎(chǔ)上提出基于人—地關(guān)系地域系統(tǒng)調(diào)控的區(qū)域減災(zāi)措施，探討特定孕災(zāi)環(huán)境下承災(zāi)體減災(zāi)機制[15]；也有學(xué)者對城市減災(zāi)對策方面進行研究，如基于能量角度切斷地震引發(fā)的次生山地災(zāi)害鏈的方法[16]，采用斷鏈、削弱等策略對地質(zhì)災(zāi)害鏈進行防治[17]，研究高寒、強震山區(qū)泥石流堵塞大河的溝谷災(zāi)害鏈判斷依據(jù)，提出線路工程減災(zāi)對策[18]。既有研究積累均是當前城市防災(zāi)減災(zāi)建設(shè)的積極探索。

1 山地雨洪災(zāi)害鏈形成機制Formation mechanism of mountainous rainfall flood disaster chain

具體到雨洪災(zāi)害鏈，其類型及影響后果的研究，包括在流域孕災(zāi)環(huán)境研究、雨洪災(zāi)害鏈本體建構(gòu)、雨洪災(zāi)害防治等方面已有較多認知，如從孕災(zāi)環(huán)境出發(fā)劃分流域暴雨徑流災(zāi)害鏈等[19]，構(gòu)建暴雨—洪澇災(zāi)害鏈的統(tǒng)一描述模型實現(xiàn)災(zāi)害鏈領(lǐng)域本體的可視化[20]，以多尺度空間下的水文模擬過程為依托，建構(gòu)應(yīng)對山地城鎮(zhèn)雨洪災(zāi)害防治框架體系[21]等，這為山地雨洪適災(zāi)空間建設(shè)提供了基礎(chǔ)理論借鑒。因此，在已有研究基礎(chǔ)上深入分析雨洪災(zāi)害誘發(fā)的長序列山地災(zāi)害連鎖反應(yīng)，掌握雨洪災(zāi)害鏈演變規(guī)律及災(zāi)種內(nèi)在聯(lián)系，對鏈式放大效應(yīng)進行控制，進而改變以應(yīng)對單一雨洪災(zāi)害或孤立以地質(zhì)災(zāi)害治理為目標的傳統(tǒng)減災(zāi)規(guī)劃，具有意義明確的科學(xué)性和先進性，也是提升山地城市減災(zāi)能力、構(gòu)建適災(zāi)空間體系的新方向。

2 山地雨洪災(zāi)害鏈形成機制

由于災(zāi)害是與地域環(huán)境復(fù)合作用的產(chǎn)物，因此災(zāi)害鏈也就因區(qū)域而體現(xiàn)出不同的特征。山地地質(zhì)地貌多樣、水文條件復(fù)雜，城市空間環(huán)境受其影響呈現(xiàn)多種復(fù)合狀態(tài)與易損特征，加之人為活動干預(yù)，雨洪災(zāi)害極易進一步引發(fā)山洪、泥石流、山體滑坡等一系列災(zāi)害連鎖反應(yīng)。僅重慶市，近幾年就接連發(fā)生“6.24巫山江東嘴滑坡涌浪”“6.24合川暴雨—山洪—山體滑坡”等災(zāi)害鏈現(xiàn)象。而山地城市孕災(zāi)環(huán)境的復(fù)雜性，致災(zāi)因子的多樣性和承災(zāi)體的多變性，使得災(zāi)情在鏈式反應(yīng)過程中不斷擴大，形成多災(zāi)種耦合的災(zāi)害鏈體系（圖1）。其內(nèi)在關(guān)聯(lián)性主要表現(xiàn)在強降雨對災(zāi)害鏈的激發(fā)驅(qū)動與次生山地災(zāi)害對災(zāi)情的累積擴大兩方面。

2.1 強降雨對災(zāi)害鏈的激發(fā)驅(qū)動

強降雨、集中性降雨和持續(xù)性降雨等氣象是山地雨洪災(zāi)害鏈發(fā)生的激發(fā)因素。一方面通過自身特征（強度、時長、降雨量等）與脆弱的山地環(huán)境相耦合，形成城市雨洪災(zāi)害，另一方面，誘發(fā)一系列次生山地災(zāi)害；形成雨洪災(zāi)害鏈。在山地雨洪災(zāi)害鏈中，雨洪為后續(xù)的次生災(zāi)害提供物質(zhì)條件、動力作用，形成一定的成災(zāi)環(huán)境，亦是次生災(zāi)種的孕災(zāi)災(zāi)種。以典型西南山地城市重慶市為例，潮汛期降水較多且集中，多年平均降水變化豐富，水文活躍期較集中，平均降雨量基本在1 200 mm左右，而快速城鎮(zhèn)化和“熱島效應(yīng)”等小氣候的影響對暴雨的誘發(fā)作用益發(fā)明顯。且受地形地貌的分割，西南山地城市呈現(xiàn)坡度起伏大，江河縱橫，水文過程復(fù)雜的脆弱狀態(tài)，加上山洪、滑坡、泥石流等山地災(zāi)害發(fā)育點廣泛，當強降雨等雨洪致災(zāi)因子對山地孕災(zāi)環(huán)境進行沖擊，地表徑流流速加快，縮短了暴雨時期地表雨水匯集的時間，高強度的水文動力導(dǎo)致地表物質(zhì)加速運動，并致使山地表層在短時限內(nèi)遭受高強度破壞，同時引發(fā)更高破壞力的次生災(zāi)害。

2.2 次生山地災(zāi)害對災(zāi)情的累積擴大

災(zāi)害鏈的形成過程中,能量不斷聚集,導(dǎo)致破壞威力和災(zāi)害范圍擴大,具有災(zāi)情放大效應(yīng)[22]。山地特有的能量梯度使之成為山洪、崩塌、滑坡、泥石流等災(zāi)害的天然發(fā)育區(qū)，“雨洪→山洪→崩塌或滑坡→泥石流災(zāi)害鏈”與“雨洪→碎屑流→高含沙山洪災(zāi)害鏈”等不同鏈式路徑并行齊發(fā)，對單一的城市防災(zāi)體系造成毀滅性打擊。據(jù)統(tǒng)計，西南山地因雨洪災(zāi)害引發(fā)的崩塌、滑坡、泥石流等次生山地災(zāi)害占全國30%～40%及以上，其災(zāi)害特征呈現(xiàn)暴發(fā)突然、歷時短暫和破壞力大等特點。且隨著城市化的進程，土地覆蓋下墊面硬化，城市受納水體萎縮，區(qū)域保水能力下降，增大了城市排澇壓力，造成了近年來城市承災(zāi)空間易損性直接提高。這些次生山地災(zāi)害通過不斷的沖擊、破壞、甚至傾覆易損性上升的城鎮(zhèn)、村落空間，損毀道路、橋梁等市政設(shè)施，堵塞河道和水庫，造成嚴重的人員傷亡、財產(chǎn)流失、生態(tài)系統(tǒng)破壞和建成空間損毀，嚴重危害山區(qū)人民生命財產(chǎn)與山區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。

綜上所述，基于山地雨洪災(zāi)害鏈的形成機制與演繹過程探索，孕源減災(zāi)與削弱雨洪反應(yīng)是提升城市空間適災(zāi)能力的重要切入點。因而本次研究對象擬結(jié)合巫山縣早陽新城城市設(shè)計，深入探討山地特殊環(huán)境下的斷鏈減災(zāi)策略，以此歸納山地城鎮(zhèn)高效科學(xué)的適災(zāi)空間體系。

3 基于斷鏈減災(zāi)的山地城市雨洪災(zāi)害適災(zāi)空間建構(gòu)

巫山縣境內(nèi)長江橫貫東西，大寧河、抱龍河等7條支流呈南北向強烈下切，地貌上呈深谷和中低山相間形態(tài)，構(gòu)造地質(zhì)背景復(fù)雜[23]。全縣年均降水量1 516 mm②，降水量充沛；已查明的各類地質(zhì)災(zāi)害隱患點有968處，是重慶災(zāi)害最嚴重的區(qū)縣之一。受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、潮汛期等諸多因素的影響，早陽規(guī)劃區(qū)滑坡、危巖、泥石流、塌陷等災(zāi)害點發(fā)育多分布廣，山地雨洪災(zāi)害鏈孕育環(huán)境成熟。本文筆者從“雨洪災(zāi)害鏈斷鏈”和“城市空間減災(zāi)”等方面入手，尋求不同尺度的人地關(guān)系下山地城市空間適災(zāi)性的整體優(yōu)化，也為城市防災(zāi)減災(zāi)提供空間布局上的依據(jù)，達到減災(zāi)的目的。

表1 孕災(zāi)環(huán)境影響因子評估Tab. 1 Assessment of environmental impact factors

3.1 孕災(zāi)因子提取與孕災(zāi)環(huán)境敏感性評估

基于早陽新城嶺谷地貌與流域現(xiàn)狀特征，遵循因子的可計量、關(guān)鍵性、代表性原則，提取水文與地質(zhì)2個主導(dǎo)孕災(zāi)因素，依據(jù)其分項特點，選取對孕災(zāi)環(huán)境影響顯著的流域匯水、高程、坡度、現(xiàn)狀土地利用、地災(zāi)評估等因子。用特爾斐法（Delphi Method）確定單因子內(nèi)部各組分的適宜性評價值，評價值越高，敏感性越強[24]。各分值代表敏感意義如下：劃分為極高敏感、高敏感、中敏感、低敏感4個等級，各用分值7、5、3、1代表，其分值對應(yīng)的區(qū)域分別為極高敏感區(qū)、高敏感區(qū)、中敏感區(qū)和低敏感區(qū)。并利用專家打分法和層次分析法相結(jié)合的方法[25]賦予各影響因子以相應(yīng)的權(quán)重（表1）。

1）流域匯水：早陽水系發(fā)育的條件充分，匯水面積達12.4 km2，流域面積達3.8 km2。每逢夏季常遭受強降雨天氣。將水系自身及緩沖區(qū)范圍作為分級標準，依次劃分不同等級的水域區(qū)。2）高程：早陽屬于典型的川東平行嶺谷地貌，內(nèi)部坡谷起伏大、多陡崖切坡，高程越高，敏感性越強，根據(jù)GIS分析得出其不同高程分布情況。3）坡度：早陽內(nèi)部溝系發(fā)達，普遍存在山谷、溝坡坡度大于35°的現(xiàn)象。將坡度劃值分級，坡度越陡，區(qū)域的敏感性越高。4）現(xiàn)狀土地利用：當前基地利用類型主要為濕地水域、農(nóng)林用地、村鎮(zhèn)建設(shè)用地和工業(yè)公路用地等。根據(jù)不同類型在孕災(zāi)環(huán)境中起到的影響不同，劃分出不同的敏感性等級。5）地質(zhì)災(zāi)害：早陽地災(zāi)發(fā)育點較多，廣泛分布于陡坡、沖溝等地段。依據(jù)現(xiàn)狀國土部門地災(zāi)評估圖，劃分不同級別的地災(zāi)易發(fā)區(qū)。

2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性分析圖Disaster-formative environments sensitivity analysis diagram

3-1 雨洪頻發(fā)高風險區(qū)域High-risk areas with frequent rainfall flood3-2 城市雨洪廊道Urban rainfall flood corridors

綜合運用ArcGIS因子?xùn)鸥癜礄?quán)重疊加求和，得到規(guī)劃區(qū)最終的孕災(zāi)敏感性評價圖（圖2），并將結(jié)果分區(qū)歸類。結(jié)果顯示，極高敏感區(qū)和高敏感區(qū)主要分布于大寧河兩側(cè)、沖溝地帶、山脊、山體陡坡、地災(zāi)高發(fā)區(qū)等區(qū)域，受自然地貌影響嚴重，屬于重點防治地段。這些地段雖分布較為分散，但對維護生態(tài)系統(tǒng)多樣性、加強城市生態(tài)安全具有重要作用。需在孕災(zāi)環(huán)境敏感性評價基礎(chǔ)上指導(dǎo)城市斷鏈減災(zāi)策略的實施。

3.2 雨洪災(zāi)害下的山地多尺度空間斷鏈減災(zāi)策略

3.2.1 宏觀尺度：基于流域水文的孕源斷鏈

要促進宏觀層面上流域環(huán)境與城市防洪排澇建設(shè)的高度契合，系統(tǒng)地解決雨洪災(zāi)害鏈問題，必須依據(jù)敏感性評價及流域匯水分析，識別雨洪頻發(fā)高風險區(qū)域，梳理不宜建設(shè)的極高敏感性區(qū)，建構(gòu)城市雨洪廊道體系，形成基于流域尺度的孕源斷鏈策略。早陽生態(tài)環(huán)境脆弱，災(zāi)害頻發(fā)，本研究首先將孕災(zāi)環(huán)境敏感性分析與城市雨洪徑流匯水過程進行疊合，得到4個主要的雨洪徑流匯集區(qū)域（圖3-1）。其中早陽村匯水單元、龍家屋場匯水單元、黃家灣匯水單元和白水河形成大面積連續(xù)的匯水帶，且由于匯水帶集中于沖溝、山脊等地勢陡峭地段，進一步誘發(fā)次生災(zāi)害的潛在風險極大。其次，早陽保留原有的孕災(zāi)敏感性極高的4條天然匯水帶，并預(yù)留水域兩側(cè)敏感性極高的生態(tài)范圍，規(guī)劃形成濱湖公園廊道、白子溪—沖溝廊道、大寧河北岸廊道等4條最主要的城市雨洪廊道，最大限度地為雨洪的排泄提供自然生態(tài)環(huán)境；在城市建成區(qū)形成高鐵景觀廊道，加速城市高密度中心區(qū)滯留雨水的排放；預(yù)留早陽東側(cè)高孕災(zāi)敏感性的自然山林形成地災(zāi)生態(tài)廊道，減少雨洪對城市生態(tài)環(huán)境的破壞。最終從流域生態(tài)視角形成調(diào)蓄城市雨洪的整體格局（圖3-2），降低雨洪因子對孕災(zāi)環(huán)境的影響，減少雨洪成災(zāi)。

3.2.2 中觀尺度：基于簇群結(jié)構(gòu)的彈性空間構(gòu)建

城市實體空間自身的適災(zāi)能力是應(yīng)對雨洪災(zāi)害風險的核心。依據(jù)孕災(zāi)環(huán)境敏感性評估，重點識別山地災(zāi)害重點防御區(qū)域，針對適宜建設(shè)或適度開發(fā)的低敏感和中敏感區(qū)域，提出彈性適災(zāi)的簇群空間體系策略，采用“大分散、小集聚”的用地布局降低次生山地災(zāi)害的輸出能量。1）疊加孕災(zāi)敏感分析與早陽地災(zāi)評估可得高敏感性高風險的次生山地災(zāi)害高發(fā)區(qū)（圖4-1）。從結(jié)果看出，早陽滑坡帶集中于大寧河北岸、大風包、馮家灣等區(qū)域，而白子河、兩側(cè)沖溝和陡坡斷崖處等形成泥石流發(fā)育帶，崩塌孕育點散布，山洪易發(fā)帶主要位于白子溪流域。這些災(zāi)害易發(fā)帶具有強烈的不穩(wěn)定性，并存在成災(zāi)高發(fā)風險；2）建構(gòu)適應(yīng)城市發(fā)展與抵御洪澇災(zāi)害的彈性空間模式，有效強化承災(zāi)體的空間格局與適災(zāi)能力。采用主動介入式處理手法，規(guī)劃城市主要干道、高鐵線、環(huán)城路等城市交通線體系均對高敏感性的災(zāi)害易發(fā)帶進行規(guī)避，構(gòu)成彈性適災(zāi)城市的基礎(chǔ)骨架；又利用山體、沖溝等屏障作為生態(tài)緩沖空間，布局有機分散的簇群空間結(jié)構(gòu)模式，在次生山地災(zāi)害防治區(qū)域范圍外形成生態(tài)居住簇群、高鐵樞紐簇群、湖灣綜合簇群、濱湖活力簇群等三區(qū)六組團空間“簇群”城市形態(tài)（圖4-2），防止出現(xiàn)單個簇群受災(zāi)而整個城市片區(qū)功能癱瘓的局面，使災(zāi)害鏈對城市整體空間的破壞輸出降到最低。

3.2.3 微觀尺度：基于鏈式路徑的承災(zāi)體適災(zāi)強化

4-1 次生山地災(zāi)害高發(fā)區(qū)域Areas with high incidence of secondary mountain disasters4-2 簇群結(jié)構(gòu)圖Cluster structure diagram

5 多層級山地鏈式截洪體系Multi-chain mountain intercepting flood system

對于城市建設(shè)中地勢相差大、山地特征明顯的地段，還需承載具有綠色基礎(chǔ)設(shè)施（Green Infrastructure，簡稱GI）與低影響開發(fā)（Low Impact Development，簡稱LID）功效的城市市政工程設(shè)施[26]。重力勢能影響下雨洪災(zāi)害鏈成鏈概率極高，需最大化地削弱鏈式路徑逐級累積的水文動力，系統(tǒng)建構(gòu)基于雨洪路徑的山頂消力—山腰減速—山底排洪的多層級山地鏈式截洪體系（圖5），強化承災(zāi)體的適災(zāi)能力。在早陽城市設(shè)計中，通過豎向設(shè)計設(shè)立多層級的截洪體系，注意對于山體地形的優(yōu)化利用。1）山頂區(qū)在地形坡度較大的地方采取分臺處理，同時加入低影響開發(fā)的雨洪攔截設(shè)施如重力式排洪溝等，從源頭處削減雨洪重力勢能，降低大坡度帶來的地表徑流量；2）利用山腰區(qū)護坡的生態(tài)消力坡削弱地表水文動力，降低水文過程速度，設(shè)置半填半挖形式的集水渠，對山體坡面漫流進行匯集[27]，減少雨洪對地災(zāi)易發(fā)區(qū)和城市簇群片區(qū)的沖擊能量；3）通過山坡腳排洪溝等的利用，進一步減輕暴雨時期排解入大寧河及白子溪流域的雨洪量，降低流域范圍出現(xiàn)山洪等破壞力度極大的次生災(zāi)害的發(fā)生風險。

4 結(jié)語

地質(zhì)脆弱、氣象多變、生態(tài)敏感的山地區(qū)域為孕育破壞力強的雨洪次生山地災(zāi)害提供條件，面對頻發(fā)的雨洪災(zāi)害，山地城市如何適應(yīng)潛在的災(zāi)害影響，如何將災(zāi)害鏈現(xiàn)象研究應(yīng)用于規(guī)劃實踐中，是城市發(fā)展中迫切需要解決的現(xiàn)實問題。筆者基于雨洪災(zāi)害鏈思路下的城市設(shè)計拓展了傳統(tǒng)城市減災(zāi)規(guī)劃的外延，突破了以往將城市雨洪災(zāi)害或山地災(zāi)害作為單一災(zāi)源應(yīng)對的局限，強調(diào)了雨洪災(zāi)害鏈防治對于城市防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃的意義。文章采取的山地多尺度空間斷鏈減災(zāi)策略，對于提高城市雨洪適災(zāi)能力具有較好的可行性，希望可為當前生態(tài)環(huán)境脆弱、雨洪災(zāi)害頻發(fā)的山地城市適災(zāi)工作提供有益借鑒。

注釋(Notes)：

① 應(yīng)急管理部、國家減災(zāi)委辦公室發(fā)布。

② 根據(jù)2017年巫山縣國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。

圖表來源(Sources of Figures and Table)：

文中圖表均由作者制作繪制。