基于自然的解决方案在防灾减灾中的应用进展*

纪 丹，田 健，艾合麦提·那麦提，贺蔚杰，曾 坚

(天津大学 建筑学院，天津 300072)

快速城镇化带来的过度人类活动影响了气候变化，改变了自然灾害的规模、频率和强度，社会经济发展对人类福祉产生重大影响[1]。传统应对自然灾害的方法主要是发展硬性基础设施[2]，但其建造、维护和更新成本高昂，阻碍城市可持续发展[3]。2008年，世界银行提出“基于自然的解决方案”(Nature-based Solutions，NbS)的概念[4]，证明其对减少灾害风险和适应气候变化具有一定积极影响[5]，并被《巴黎协定》签署国们纳入议程[6]。我国发布多项指南[7]和政策[8]等也明确指出其防灾减灾的重要性[9]。因此，NbS可以作为工程措施的补充或在一定条件下成为替代方案，以提升防灾减灾的效果和长期持续性[10]。在防灾减灾中融入NbS理念是必然趋势，也是传统防灾减灾的关键转型。NbS为防灾减灾方案可持续的问题提供了新思路，在灾前、灾中、灾后工作方面有着一定的应用前景。目前NbS的应用研究集中在对NbS发展历程的梳理[11-13]；公众对应用NbS的接受度、感知度及其影响因素[14-15]；国内外纳入NbS的政策性文件的梳理[16-17]；NbS在防护效率[18]、成本效益、绩效监测与评估[19]、和生态系统服务(ES)[20]等专项技术与模型方面的应用；以及NbS在特定地区应用的案例介绍[18，21-23]等方面。而针对城市应对自然灾害风险的NbS应用研究甚少，导致NbS在实践应用中缺乏理论指导。因此，本文在回顾NbS概念发展、应用历程、国内外相关研究成果基础上，归纳了NbS在防灾减灾实践中的应用特征，并阐述了NbS在城市防灾政策中的应用进展，为城市制定更为本土化、更具针对性的防灾减灾方案提供了一定思路。

1 NbS的发展概况与应用领域

1.1 NbS概念及发展

NbS是一个复杂的自然系统过程，其概念和应用范围广泛。2002年开始出现NbS一词，后世界银行将NbS概念引入，指利用生物多样性来管理气候变化[24]；2010年，国际自然保护联盟(IUCN)进一步将NbS概念定义为：利用生态系统及其提供服务来应对气候变化、粮食安全或自然灾害等社会挑战。并在2016年IUCN发表《基于自然的解决方案应对全球社会挑战》报告作为应用指南[25]；2015年联合国制定的可持续发展目标(SDGs)中，共11项目标强调了NbS的实践与推广[26]；2020年NbS成为“地平线计划”(Horizon2020)核心[27](图1)。

图1 NbS概念发展历程

1.2 NbS应用原则及措施

NbS提倡人类积极保护、管理或恢复生态系统，以主动解决重大社会挑战，而不是被动受益[25]。其应用原则有8点：奉行自然保护规范和原则；可独立实施或与其他解决方案结合；由特定地域的自然和文化背景决定；公平公正产生社会效益，促进参与；维系生物和文化多样性，维护生态系统自然发展；适用于景观尺度；权衡短期经济利益与长期ES维护；整合总体政策方案、措施或行动。这些应用原则有助于其应用框架的构建。

同时NbS的实施广泛[28]，IUCN按实施效能、针对问题、管理形式等进行了分类(表1)，以此解决NbS相关应用中在政策、管理体系、规划、措施、工程等方面的问题。

表1 NbS相关方法与具体实施

1.3 NbS常见应用领域

NbS可通过多种措施对水安全、粮食安全、气候变化、人类健康、灾害风险等各大社会挑战实施干预措施[25]，已有多方案例进行验证(表2)。

表2 NbS应对社会挑战案例

尤其对于灾害风险，人们逐步认识到自然是灾害风险管理的关键解决方案[29]。NbS可通过系统地分析和管理灾害的成因，例如减少对危害的暴露、降低社会和经济脆弱性[30]、有效管理土地和环境以及改善对不利事件的准备[31]，有效减少灾害风险[32]，实现人与自然的良性互动。因此基于自然的防灾减灾解决方案也受到了各个国际科学和政策报告的支持[33-37]。

自然灾害通常分为水文气象、地质、生物灾害[38]。由于生物灾害治理涉及医学更多，与前两种灾害治理具有较大差异，因此本研究主要聚焦于水文气象与地质自然灾害[39-45]。因而在自然灾害风险的背景下，NbS可定义为：由自然启发和支持进行主动保护、可持续管理和恢复生态系统的行动，适应性地应对自然灾害挑战，同时提供人类福祉和生物多样性利益的系统性方案。

1.4 NbS防灾减灾的应用流程

NbS的应用步骤为①识别突出的自然灾害问题→②评估当地情况、制度与适宜尺度，选择相关行动→③设计NbS解决问题风险的流程→④实施NbS→⑤与利益相关方协商，权衡各方利益→⑥综合评估实施结果与方案效益→⑦根据评估结果进行适应性调整与管理优化(图2)，实现NbS最佳实践。

图2 NbS防灾减灾的应用流程

2 NbS防灾减灾的应用特征

NbS在防灾减灾过程中以维持生物自然过程和生态资源完整性为原则，通过评估环境承载能力，考虑社会、经济、生态综合效益，本土化设计解决方案。同时利用生态系统资源降低社会和经济脆弱性[28]、提升城市承载力与复原力、应对灾后恢复问题[29]，实现人与自然的良性互动。NbS在防灾减灾中应用潜力十足，并具有综合与系统性、地域适应性、应用多阶段性、效益多重性、动态适应性等等特征。

2.1 综合与系统性

NbS的防灾减灾研究具有综合性，广泛涉及自然灾害风险及其附加问题。这些问题包括不同土地类型和灾种，如山地滑坡防护[46]、沿海森林防海浪侵蚀[47]、河流景观规划及物种栖息地创造[48]、森林抵御风暴[49]等。同时，它也涉及不同对象，如红树林修复[50]、沿海保护区管理和珊瑚修复[22]、城市水安全管理[51]、城市地区生态系统健康和人类健康[52]等。此外，NbS还覆盖了不同尺度和等级，如宏观尺度下的城市更新[27]、利用ES适应气候变化[53]，中观尺度下的城市GI网络的气候敏感干预[54]及微观尺度下的城市社区弹性提升[55]等。相比传统防灾减灾阻拦灾害及减少实时影响的方案[56-59]，NbS从更广泛的角度考虑了不同防灾减灾问题，更注重可持续发展、生态平衡和社会公平，强调自然与人类的共存与互惠[60]，因而更具前瞻性、整体性和系统性。

2.2 地域适应性

与传统预防性策略不同[61-63]，NbS是以解决方案为导向的干预措施[64]。它通过借用自然力量助生态防灾，并考虑本地社会、经济、生态等因素，制定防灾减灾方案。NbS的规划与建设以解决灾害系统与人地系统关系为起点，依据当地本底生态系统情况与尺度因地制宜，确保作用于整个区域空间的社会-经济-生态复合生态系统[65]。

同时，NbS注重尊重地方文化传统，鼓励政府、企业、居民多方利益主体参与管理[5]，形成多利益相关方共同利益、可持续且具有适应性的防灾减灾方案[26](表3)。

表3 NbS防灾减灾计划特点

2.3 应用多阶段性

NbS可在应对自然灾害风险过程中进行分阶段应用。在灾前工作中，NbS利用风险评估、相关模型模拟、数据库构建及多维度风险管理[55]、从各个方面提高前期防灾效率并增加利益群体对NbS的接受度[66]。灾中工作中，除确保政府职能正常运转[67]外，NbS会利用生态系统过程提升基础设施效益[68]；同时注重多部门合作，确保区域ES功能稳定，以满足区域需求，降低灾害带来的损失；并通过实时监测[69]与效益评估的手段为城市防灾规划提供有效思路。在灾后的恢复与重建工作中，除了重建与生产生活相关的项目外，NbS还注重恢复空间生态系统和健康服务[70]、规划空间GI[71]、提升社区韧性[72]和改善精神健康[73]等措施，以增强区域承载力和复原力。

2.4 效益多重性

NbS的目标与国内生态文明建设的终极目标--构建人与自然生命共同体相契合[16]。NbS旨在通过维持生物自然过程和生态资源完整性，应对全球气候变化挑战[60]，实现长期有效减灾、动态适应防灾、环境可持续、社会公平性和经济可行性的多方共赢目标。

实施城市防灾减灾计划可带来多方面效益，如减少灾害发生频率和严重程度[74]、增强城市抗灾能力[75]、促进相关产业发展和经济增长[76]等。但单一功能的工程防护设施不仅维护成本高，且易对生态系统造成干扰和破坏。而NbS除了具有防灾效益外，还可提高土地生产力，实现当地居民增收创收[77]、改善生活质量的经济效益；减少对生物生境的干预干扰，实现减碳固碳[78-79]、提高生物多样性、维持生态系统稳定的生态效益；提升大众对NbS福祉效益的认知[15]、引导居民参与、保障当地文化，并最大限度利用自然资源降低人工成本，实现可持续管理的社会效益。因此，NbS具有广泛的社会、经济和生态效益(图3)。

图3 NbS多重效益分析

2.5 动态适应性

城市防灾减灾的后续调整是一个长期过程，需要根据灾害情况和社会需求的变化来不断进行调整。仅仅通过加固或新建物理防灾基础设施工程难以实现弹性防灾。NbS在后续调整阶段，通过综合评估实施结果和效益，及时协商多方利益并调整决策与制度[80]，从而实现本土方案的灵活调整[26]，确认其最佳实践方案。NbS通过适应性管理机制进行动态调整与功能优化，以提升应对自然灾害演变的适应能力和减灾效能。这种动态适应性的特性可用于城市更新规划中的可持续策略研究等[81]。

3 NbS在防灾减灾中的应用进展

NbS在防灾减灾中的应用进展可根据灾前准备、灾中应对、灾后恢复三个阶段[82]进行归纳阐述(图4)。

图4 NbS防灾减灾应用框架

3.1 灾前评估准备工作

灾前可通过风险管理、风险评估、利益群体接受、应灾政策制定等工作有效降低灾害损失。

3.1.1 灾前风险管理

传统的灾前风险管理倾向于采用单一技术措施来预防和减轻自然灾害，但这些措施对环境敏感性和有效性有限。相比之下，基于NbS的风险管理模式更强调多层次的管理，包括：多维度指标评估、结构与非结构性措施结合[55]、以自然流程管理风险、提前考虑实施障碍[83]、社会层面政府与群体之间相互合作[55]以及解决设施效益分布不均问题[84]。

3.1.2 灾前风险评估

提高灾前评估准确度是传统防灾减灾亟须解决的问题。将NbS整合到风险测绘中，配合原位传感器、机载LiDAR和星载卫星图像相结合的方案，可有效克服特殊地区生态系统样性和异质性影响风险测绘准确度的问题[85]。此外，通过收集实践案例并构建数据库，结合模型模拟精确不同NbS措施对灾害的影响，可提高风险评估的精准度，进而制定未来应灾时的应对方案[86]。

3.1.3 灾前利益群体接受工作

NbS的多重效益特性可增加群体对减少灾害风险方案的支持与推广。由于NbS基于自然的特性，调查显示，人们明显偏爱基于NbS的管理方案[87]，这有利于提升防灾减灾相关教育、政策发展和社会管理的接受度和支持度[66]。此外，NbS的提供不仅可以降低灾害风险，还能增加人们对绿色空间的到访次数并获得额外的心理和身体健康益处[73，80]。

3.1.4 灾前应灾政策制定

合理的灾前应灾政策对于减少灾害风险至关重要。已有研究通过户外实验进行现场测量和监测关键绩效指标，证明NbS的多重效益并建议将其纳入政策框架[88]，不少亚洲国家已在其本国背景下开发和实施了NbS，并将其纳入了国家战略或计划中[89]。NbS提倡以多部门协作的模式制定政策议程。可为政策框架匹配对应机构，依据不同利益群体制定指导方针和战略，解决利益冲突问题[90]。同时由于NbS强调自然流程，主张政策按照从传统基础设施逐步过渡到NbS的逻辑制定，在政策落地过程中可逐步实现NbS的防灾减灾效益和其他效益。

3.2 灾中系统承灾工作

有效的灾中系统承灾可通过应灾方案制定、实时监测、基础设施承灾等措施来降低灾害对经济、生态、文化及社会层面造成的损失，并为城市防灾规划提供有效的思路和依据。

企业的战略分析是整个企业战略的最重要的部分，是企业战略的灵魂。战略分析的正确与否直接影响到了企业战略的方向和中心思想的正确性，甚至还关系到企业的存亡。企业战略分析主要针对企业的内部优势和劣势、企业外部的优势和劣势进行研究。企业战略分析使得企业对自己企业所处的宏观环境、产业环境、经营环境以及自身所具备的实力有一个准确的定位，从而为企业接下来的确认方向和目标的工作打下基础。

3.2.1 灾中应灾方案制定

NbS与传统方法结合，可以有针对性地进行干预方案。例如，研究者提出了一种基于流域的干预方法，从土地使用规划和政策制定(例如林业、农业、资产管理)到管理ES(例如旅游、自然保护、水资源管理)进行干预，解决防灾减灾中跨部门的协调问题[91]。同时，应灾方案鼓励利益相关的公众参与环境审查与土地利用管理工作，促进多重效益的落实[92]。NbS还可与DPSIR(驱动力-压力-状态-影响-响应)模型结合，构成应用框架，针对性地解释可持续城市化进程背后的复杂因素和机制[93]，并为城市管理者和决策者制定城市防灾减灾规划方法与措施提供工具。总之，基于NbS的应灾方案更加针对当地亟待解决的实际问题。

3.2.2 灾中监测

通过实施和监测NbS，可以获得关于灾害风险的动态数据[69]。例如开发信息和通信技术平台可提供实时的NbS绩效信息，促进防灾减灾方案的规划、升级、实施和运营。在NbS选点实践中，可对单个站点或多个站点组合进行调整，在灾后根据监测数据进行优化。NbS结合传统灰色基础设施，通过实时监测以评估混合解决方案的有效性。

3.2.3 灾中基础设施承灾

相关实践证明，NbS可提高基础设施的综合效益。例如GI作为NbS的重要形式之一，通过促进自然生命系统健康，提供区域所需的ES，提高社区的健康和经济效益[56]。GI是维护区域生态系统完整、推动城市韧性和可持续性的重要结构[94]。此外，NbS还可与灰色基础设施结合[95]，在降低灾害风险的同时提供额外好处，如降低污水处理成本、循环利用水资源、美化环境以及促进当地旅游业的发展[96]。从长期效益来看，采用不同类型基础设施与NbS的混合方式[68]，可以最大限度保留现有基础设施，并提高防灾减灾的效率和效益[95]。

3.3 灾后恢复与重建工作

灾后规划与修复的必要性在于保证区域更好地恢复与重建，并适应未来威胁[97]，确保区域具有一定抵抗、吸收、恢复和适应的能力。可通过生态修复、社会恢复、ES调节与改善、复原力评估与提升这几个方面进行NbS灾后恢复与重建工作的实施。

3.3.1 灾后生态修复

NbS可通过重建更自然的水循环系统和改善水质来降低气候变化风险。例如阿尔布费拉市通过应用NbS修复河流，实现了长期可持续的ES和社会经济效益，并增强了居民对地方文化的感知[71]。此外，在灾后生态修复过程中，可通过红树林恢复、特殊渔业保护区管理和珊瑚修复等NbS措施，实现基于自然的双重目标，即抗灾解决方案和保护生物多样性[22]。同时NbS方案提倡对灾后绿色空间的修复，以维持区域生态系统和健康服务，并提升灾后人民的生活质量和社区韧性，实现长期可持续性[98]。

NbS提出利益相关者应共同参与解决社会需求与问题的过程。研究者提出可将森林和景观恢复(FLR)与社会创新(SI)结合，从社会需求和问题出发，确保灾后恢复区域生态功能并改善人民福祉，同时提高社会生态系统的复原力和社会治理能力，进而适应灾后转型[99]。此外，通过恢复和保护生态系统为人们提供多样化的休闲自然体验，可以帮助人们减少焦虑、抑郁，并更快地从灾难中恢复[73]。

3.3.3 ES的改善与调节

NbS战略性的规划、设计和管理，可激发区域ES的能力，从而降低对自然灾害的暴露和脆弱性，并维持和改善生物多样性保护[6]。特别是在三角洲地区，NbS可实现防洪效益的同时提供农业和水产养殖生产力，与ES协同作用制造生物物理与经济价值[100]。同时有研究表明，NbS可有效减少或不会加剧现有及潜在的环境不公正问题[101]。通过ES供需监管，可有效量化NbS效益，以NbS空间和ES输送互补的空间模式对区域进行灾后的改善与调节，并便于政府制定合适的措施解决减少灾害风险问题和潜在空间错配问题[102]。

3.3.4 复原力评估与提升

NbS强调将土著传统知识、社区行动、地方实践及地震灾害管理经验等本土知识纳入灾害管理，以有效避免不良影响，并为灾后重建和复原力提升提供经验参考[72]。同时，将NbS纳入复原力评估框架可为相关研究提供稳健有效的评估方法和决策支持。例如，研究者在复原力评估框架(RAF)中引入NbS概念，构建了基于自然的解决方案的复原力评估框架，从NbS角度评估城市的弹性潜力，有助于未来复原力方案的规划、实施与管理[103]。另有研究者以地理模型结合NbS，构建了地方气候变化复原力(C-CROP)评估模型，旨在评估任何地理区域的气候变化弹性。该模型可识别漏洞热点、推断复原力建设干预措施的影响、评估解决方案的有效性等工作，明确了气候变化复原力的评估方向，并以此提出复原力提升方案[104]。

4 总结与展望

NbS被视为一种经过验证的更综合的自然灾害解决途径，具有生态、社会、经济多方效益，可实现人与自然和谐共生的可持续发展[67]。NbS防灾减灾与生态环境的良性互动，是对传统防灾减灾政策的升级，也是时代发展的必然走向，是可长期有效管理自然灾害的方法。

4.1 总结

1)NbS是一个复杂的自然系统过程，其概念和应用范围广泛，可积极主动地应对社会挑战及干预风险，具有防灾减灾的应用潜力。其应用流程可分为识别问题-评估当地情况-设计流程-实施NbS -效益评估与权衡-适应性调整六个阶段，以此来实现最佳实践方案。

2)在防灾减灾的应用中，NbS以本地实际情况因地制宜地制定方案，考虑社会-经济-生态多重效益，针对实际问题设计并实施方案，同时通过适应性管理机制进行动态调整与功能优化。具有综合性与系统性、地域适应性、多阶段应用、多重效益、动态适应性几大特征。

3)NbS在防灾减灾的应用中，灾前工作通过风险评估、风险管理、灾害预测、提高群体接受度、制定政策等措施有效提升前期防灾效率；灾中NbS则可利用制定干预方案、实时监测、提升基础设施效益等为城市防灾规划提供创建有效思路；灾后的恢复与重建工作中，NbS考虑生态修复、社会恢复及ES改善保障群体日常生活需求，并强调适应性调整及空间规划，以提升区域适应未来威胁的能力。

4.2 展望

基于以上研究与分析，目前NbS在防灾减灾中的应用已积累了部分经验，国内也有部分政策提及对NbS的本土化推广。但仍存在一些问题需要未来研究解决与改进，以提升NbS的应用效率，推动NbS在防灾减灾中的进一步发展(图5)。

图5 NbS应用展望

1)在相关框架、协议、指南和政策中推行NbS主流化。当前相关文件中，只有34%直接引用了NbS[88]，还需进一步推行，渗透至规划、设计和实施阶段[5]。应明确规划建设目标，将NbS明确纳入城市规划管理条例，通过相应策略研究减小政策和实践之间的差距。建议建立国家和区域框架分层次纳入NbS，并制定指导方针[89]，加强多部门共同创造，以多样化的知识、人力及资源更加高效系统地将NbS纳入主流[88]。在国家生态文明建设的战略背景下，加强对NbS的推广和应用，提高NbS在防灾减灾中的地位和市场机会。

2)优化与创新NbS在防灾减灾应用中的相关技术。例如实时监测与反馈、效益量化、GI承灾效率提升、ES测算、NbS信息收集与汇总、平台与数据库构建等方面技术。此外，还需要进行灾害链的监测和耦合危险性评估与应对技术[105]的研究。提升这些技术可以更好地提高NbS防灾减灾的效率和成本效益。

3)需要加强对NbS本土化实践的研究，积累本土实践经验，发展本地应用方法。目前的研究侧重于个案分析，缺乏具体、统一的规划措施，普适性较差，而且多数实践为国外案例，无法适应中国的特点。同时在国家乡村振兴背景下，也需要针对乡村地区的实践进一步研究，以平衡城乡韧性水平。需要在不同时空尺度下研究NbS的应用策略，在时间尺度上，需要进行不同时间发生的灾害的危险性、损失程度和易损区域的比较研究；在空间尺度上，还需扩大到社区、乡村、城市或群落、生态系统、景观等以行政区为单位以外的研究形式，以制定合理的NbS实践安排方案。

4)加强NbS在规划与实施阶段的可行性研究。在NbS的规划设计阶段，倡导政府部门、社会组织、专业人员和城市居民等多方参与，增加社会调查与推广[106]，保障各方利益和居民满意度[6]。政府制定适当NbS政策的同时，应主动转化政策，鼓励投资、创新和示范项目、进行公众教育等，提高NbS的公众接受度[15]。由于NbS具有成本效益和商业优势，需要专业的研究理论指导，保护社会和经济的公平和平衡。后续研究可更多地关注个人、社会和NbS之间的相互作用，具体化NbS在实施阶段的推进措施，提高NbS的可行性[107]。