城市洪涝灾情评估与风险管理初探

王远坤，王 栋，黄国如，马建威

(1.南京大学 地球科学与工程学院水科学系，江苏南京 210023；2.华南理工大学 土木与交通学院，广东广州 510640；3.中国水利水电科学研究院，北京 100038)

城市洪涝问题历来是一个非常突出的问题[1]。近年来，在全球气候变化背景下我国城市洪涝灾害问题日趋严重，逢大雨即涝，已成为我国城市的一种通病。2016年汛期，武汉、南京、景德镇等城市又轮番上演“城市看海”的景象[2]。城市洪涝灾害已成为影响我国城市公共安全的突出问题和制约国家经济社会发展的重要因素。随着城市化的快速发展，我国城市洪涝灾害形式、机理发生着急剧的变化，城市化和人类活动引起的下垫面变化，影响了产流汇流机制，一定程度上破坏了城市的排水和除涝系统[1,3]。城市防洪治涝和减灾体系建设工作面临着新的压力与挑战，城市洪涝灾害风险呈现出上升的趋势。城市洪涝灾害评估与风险管理是城市洪水管理的重要内容之一，它是分析、评估、预防和应对城市洪涝风险的一项复杂的系统工程。为缓解当前日益加剧的城市洪涝灾害问题，加强对城市洪涝灾害评估的系统性研究势在必行。因此，加强城市洪涝灾害评估与风险管理研究，对城市洪涝综合治理具有重要意义。

科学有效的洪涝灾害监测和评估是防灾减灾决策的重要依据，提高洪涝灾害监测与评估的时效性和精度是加强洪涝灾害管理的迫切需求[4]。卫星遥感监测技术具有覆盖范围广、周期短、时效性强的特点，在洪涝灾害中得到越来越多的应用。我国高分卫星的不断投入使用和无人机技术的高速发展，为准确评估城市洪涝灾害提供了有效手段[5]。另外，大量专家学者投入到城市洪涝风险评价研究工作中，并取得了一定的研究成果[6-8]，主要侧重于评价方法和模型的研究。由于城市洪涝应对具有明显的时效性，如何快速对城市洪涝损失和风险进行评估鲜有报道。城市洪涝灾害损失快速定量评估对城市洪涝灾情损失开展快速精准评估及减灾管理具有极其重要的指导作用，因此开展城市洪涝灾害损失快速定量评估势在必行。

1 研究目标

针对城市洪涝灾情开展灾情评估和风险应对研究，采用高分卫星遥感技术和无人机监测技术，建立一套城市洪涝灾害的精细化评估方法体系；综合考虑承灾体的脆弱性和恢复能力，开发一套基于易损性分析的城市洪涝灾害损失快速定量评估系统；研究提出城市洪涝风险识别、评估和区划方法体系；针对我国典型城市洪涝特征，提出不同类型城市洪涝风险管理与对策，为城市洪涝灾害防治提供科学支撑。

2 研究内容

从城市洪涝灾情快速评估、城市洪涝风险评价和城市洪涝风险管理3个方面开展研究，形成一套城市洪涝灾情监测、评估和管理技术。

(1)城市洪涝灾情评估方法。采用高分辨率卫星遥感技术和无人机组网监测技术，建立城市洪涝灾害多频次、精细化监测体系，结合城市基础地理信息数据库和经济社会数据库，获取受淹道路、房屋等受灾体以及洪水围困人口分布信息；基于城市洪涝一体化模拟仿真系统，根据模拟水深或遥感获取的淹没范围，计算供水、供电、交通等生命线工程中断历时，建立以淹没水深、淹没面积、淹没历时等洪涝灾害特征的城市洪涝灾害评估模型；开展城市洪涝灾害淹没范围快速影响评估，并基于社会经济易损性分析，快速定量评估损失量，为调度决策提供依据。

(2)城市洪涝风险分析与区划。综合考虑城市洪涝灾害危险性、社会经济易损性及承灾体的脆弱性和恢复能力等因素，选择城市洪涝灾害风险评价指标，进行城市洪涝灾害危险性评价，采用人口密度和GDP等进行城市洪涝灾害易损性评价，构建基于智能算法的城市洪涝灾害风险评价模型，开发基于危险性和易损性分析的城市洪涝灾害损失快速定量评估系统。探索城市洪涝风险识别、评估和区划方法，基于城市洪涝灾害特征，提出洪涝灾害风险识别方法。针对示范区城市洪涝灾害淹没特点，基于情境模拟开展洪涝灾害风险评估，构建不同示范区城市洪涝灾害风险图编制方法，制定城市洪涝灾害风险区划技术规范。

(3)城市洪涝风险管理与对策。调研典型城市洪涝灾害风险管理特征，剖析城市洪涝灾害风险管理现状及存在问题。基于国内外城市洪涝风险管理的经验，提出我国城市洪涝风险管理的基本框架，建立城市洪涝风险管理评价体系，构建城市洪涝风险管理评价模型。通过对示范城市的洪涝风险评估和情景分析，从气候变化适应的城市防洪排涝工程的规划设计、不同类型城市洪涝风险管理对策、风险管理制度等方面研究提出综合防治对策。

3 研究方案及技术路线

3.1 研究方法

采用我国天绘、资源、高分等高分辨率影像卫星影像数据源，配合无人机等空中实时监测技术和遥感技术对城市洪涝灾害开展全天候实时监控，对洪涝灾害进行预警预报；采用人口密度和GDP等进行城市洪涝灾害易损性评价，构建基于智能算法的城市洪涝灾害风险评价模型，开发基于易损性分析的城市洪涝灾害损失快速定量评估系统平台；应用地理信息系统GIS和遥感技术RS对典型洪涝灾害风险进行评估和区划，绘制风险图。

3.2 研究范围

研究范围选择我国4个典型易发洪涝灾害城市：① 北京市，中心城区坐落在燕山山脉山前迎风区上，受西北部山区洪水和中心城区涝水的共同影响；② 济南市，南绕丘陵，北环孤山，呈低洼盆地形式，城市排涝泄洪负担较重；③ 深圳市，沿海城市，城市防洪排涝受潮汐顶托影响问题突出；④ 成都，西部城市，外洪内涝问题交织。这4个城市在我国具有很好的代表性和示范意义。

3.3 技术路线

图1 技术路线Fig.1 Technology road-map of the project

采用高分辨率影像卫星影像数据源，配合无人机等空中实时监测技术和遥感技术对城市洪涝灾害开展全天候实时监控，对洪涝灾害进行预警预报，构建一套城市洪涝灾害的精细化监测和预估方法体系；采用人口密度和GDP等进行城市洪涝灾害易损性评价，构建基于智能算法的城市洪涝灾害风险评价模型，开发基于易损性分析的城市洪涝灾害损失快速定量评估系统平台；应用地理信息系统GIS和遥感技术RS对典型洪涝灾害风险进行评估和区划，绘制典型城市风险图，建立一套城市洪涝风险识别、评估和区划方法体系。调研典型城市洪涝灾害风险管理特征，提出我国城市洪涝风险管理的基本框架，建立城市洪涝风险管理评价体系，构建城市洪涝风险管理评价模型，最终提出城市洪涝风险管理对策。技术路线框架见图1。

4 拟解决的关键科学问题或关键技术问题

(1)城市洪涝灾害全过程快速定量评估技术。采用高分卫星和无人机监测技术，建立城市洪涝灾害的精细化监测技术体系；建立城市洪涝灾害快速灾情评估系统。开展城市洪涝灾害危险性评价，进行城市洪涝灾害易损性评价，构建基于智能算法的城市洪涝灾害评价模型，开发基于危险性和易损性分析的城市洪涝灾害损失快速定量评估系统，应用于典型示范区城市洪涝灾害快速定量评估。

(2)构建城市洪涝灾害风险综合管理体系。综合考虑城市洪涝灾害风险特征、承灾体脆弱性和恢复力，编制城市洪涝灾害风险图，提出城市洪涝灾害风险区划技术方法，构建城市洪涝灾害风险综合管理体系，为城市洪涝灾害风险管控与决策提供关键技术支撑。

5 预期创新性成果

(1)理论创新。基于城市洪涝灾害风险特征，制定城市洪涝灾害风险图编制办法，提出城市洪涝灾害风险区划方法，构建城市洪涝灾害风险综合管理体系，为城市洪涝灾害风险管控与决策提供理论基础和科学参考。

(2)技术创新。利用高分卫星数据和无人空中遥测技术，构建城市洪涝灾情精细化监测技术和预警预估技术，建立城市暴雨洪涝立体监测体系，提升城市暴雨洪涝的预测水平。

(3)集成创新。集成暴雨洪涝精细化监测技术、预警预估技术、灾情动态评估、调度决策等方法、技术和模型，城市洪涝模拟仿真模型的基础上，研发城市洪涝灾害损失快速定量评估系统平台，为城市洪涝灾害损失快速定量和防控快速应急响应提供关技术支撑和平台服务。

6 结 语

根据我国不同类型城市洪涝灾害特征，突破高度城市化背景下城市灾情精细化评估、损失快速定量评估和风险管理等方面关键技术，结合先进遥感技术、深度学习理论和风险识别理论，构建一套适用于不同类型城市洪涝灾情评估和城市洪涝风险管理的关键技术和理论，并在4个典型易发洪涝灾害城市开展示范应用，为城市洪涝灾害防治与管理决策提供具有可操作性的科技支撑，不仅预期社会效益高，而且该技术和理论体系具有巨大推广应用价值。