气候变化、海平面上升、地面沉降、快速城市化等因素的综合影响下，沿海城市未来发生洪水的频率和损失都可能显著增大，为沿海城市可持续发展带来严峻挑战。如何刻画沿海城市的洪水风险、定量预估其未来动态变化，并选择有效的适应措施？
沿海城市——上海（pixabay/756crystal）
上海师范大学温家洪教授、杜士强教授团队在《科学通报》2021年第28-29期发表论文“基于网络大数据和水文-水动力模型的沿海城市洪水风险与适应”，开发了一套多学科的综合方法，用于综合分析沿海城市洪水风险的未来变化趋势，以及适应措施的成本效益。作者还以上海为例，利用该方法分析了未来（2050年）极端风暴洪水情景下住宅建筑的暴露、损失、风险及相应适应措施的成本效益。
01
精细尺度承灾体建模
作者基于网络大数据，利用机器学习方法，获取了居委会的平均房价，绘制出2017年上海住宅小区及居委会尺度住宅均价的空间分布（下图a）。总体而言，中心城区的房价最高，并向郊区逐渐下降。按照作者对2050年上海住宅建筑资产价值及其空间分布的预测，资产价值将集中分布在外环线以内和其周边区域（下图b）。
上海市(除崇明区)居委会尺度的住宅均价点位图和预测房价分布图(a)及总资产价值空间分布(b)
02
未来极端风暴洪水情景下的风险分析
1）水文水动力模拟——耦合TOMAWAC、TELEMAC和MIKE1D/2D三个模型，综合考虑海平面上升和地面沉降等因素，作者模拟了海洋和陆地的水动力过程，实现了“风”“暴”“潮”“洪”一体化的海岸洪水数值模拟，绘制了2050年不同重现期的极端风暴洪水淹没地图（见下图）。模拟结果显示，在RCP4.5、RCP8.5、RCP8.5 High-end三种排放情景下，上海中心城区和南部区域（杭州湾北岸）淹没最深。外环线周边也有部分区域受淹情况严重。在200年一遇时，极端风暴洪水主要呈现零散分布，5000年一遇形成主城区的连片分布区。
模拟结果：3种排放情景和4种重现期下2050年上海市（除崇明区）极端风暴洪水淹没图
2）暴露及损失分析——三种未来情景下，随着风暴洪水重现期增大，住宅建筑暴露资产随之增大。总体而言，200年一遇情景下呈零星分布，主要分布在外环两侧，5000年一遇时则在外环内外的主城区形成连片分布区（见下图）。损失空间分布格局与暴露相似。
模拟结果：2050年上海市（除崇明区）住宅建筑的极端风暴洪水暴露资产分布
3）风险表达——在三种情景下，2050年上海市住宅建筑的年平均期望损失（EAD）分别为7.0亿元、7.7亿元和8.9亿元。中心城区的EAD分别为3.8亿元、4.2亿元和4.8亿元，均占总量的55%左右。
03
适应措施的成本效益
研究者重点分析了以非工程性措施为主的干措施和湿措施，通过降低暴露和脆弱性来降低住宅建筑洪水风险。在RCP4.5、RCP8.5和RCP8.5 High-end未来情景下，实施干措施后，2050年上海住宅建筑的年效益（即减少EAD的数值）为5.5亿元~6.7亿元；实施湿措施后，住宅建筑的年效益为6.3亿元~7.8亿元（见下图）。两种适应措施都可有效地将2050年住宅建筑的年期望损失从7.0亿元~8.9亿元减少到0.68亿元~2.19亿元。
极端风暴洪水年期望损失（EAD）的当前情景、未来变化和适应效果风险（即EAD的减少）
采用不同折现率，干措施的净现值为8.73亿元~32.86亿元，效益成本比为1.37~1.61；湿措施的净现值为37.51亿元~66.57亿元，效益成本比为5.69~6.71。湿措施的净现值和效益成本比分别是干措施的2.0~4.3倍，4.2倍（见下图）。通过以上分析发现：①折现率越大，干措施和湿措施的净现值、效益成本比越小；②在三种排放情景下，实施湿措施防洪效果更佳。
在8%、6%和4%折现率下，干措施（a）和湿措施（b）的净现值，及干措施（c）和湿措施（d）的效益成本比
该研究可为科学理解和有效适应上海未来洪水风险提供依据，该综合分析方法也可应用于其他沿海城市的洪水风险和适应策略研究。
END
团队简介
上海师范大学自然灾害风险研究团队主要从事气候变化下自然灾害风险分析、管理与可持续发展研究，近年来主持(参与)了国家重点研发计划、社科重大、国家自然科学基金、UNDP项目等20多项。创新性地研发了大气-海洋-陆地相耦合的一体化数值模拟系统，发展气候变化情景下沿海城市复合洪水风险评估、适应与决策方法；开发了国家与省级灾情观测系统，提出了灾情信息管理与应用的解决方案；提出了城市巨灾综合风险管理与韧性城市建设的关键领域；发展了应急疏散模拟和城市避难所空间选址优化方法等。
原文信息
单薪蒙, 杜士强*, 王璐阳, 张敏, 李卫江, 胡恒智, 温家洪*. 基于网络大数据和水文-水动力模型的沿海城市洪水风险与适应. 科学通报, 2021, 66 (28-29): 3772-3784, doi: 10.1360/TB-2020-1536 （“阅读原文”直达）
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