城市关键基础设施暴雨洪涝灾害风险评估-以上海地铁为例

Recent rainfall induced flood events in urban areas have greatly raised the awareness of both policy makers and academic researchers the needs for managing urban flood risks. Building upon our strong record in urban natural hazards studies and previous NSF projects, this project will deeply investigate flood risk management demand and operation mechanism for the critical infrastructure in urban areas in the context of climate change and rapid urbanization based on the analysis of research process on rainfall induced flood risk assessment. Shanghai is selected as the study area for the demonstration of rainfall induced flood risk assessment on critical infrastructure in urban areas. This project will focus on Shanghai subway system, further analysis the destructive mechanism of rainfall induced flood on critical infrastructure, quantitative evaluate the spatial–temporal characteristics of rainfall induced flood risk under different climate change, urbanization and social-economy scenario combinations, and propose some mitigation measures for decision-makers and other stakeholders. Finally, theory and method framework of rainfall induced flood risk assessment will be established for critical infrastructure in urban areas. This will provide a strong scientific basis for managing flood risk and sustainable development in urban areas.

城市暴雨洪涝灾害已成为当今国际社会与科学界日益关注的重大课题之一。在项目组多年开展城市自然灾害风险研究国家自然科学基金项目的研究积累基础上，通过系统分析暴雨洪涝灾害风险评估最新研究进展，深入调查气候变化与快速城市化背景下我国城市关键基础设施暴雨洪涝灾害风险管理需求与运作机制，以上海市为实证研究区，开展城市关键基础设施暴雨洪涝灾害风险评估研究。本项目采用多情景分析手段，聚焦典型的城市关键基础设施——上海地铁系统，分析城市关键基础设施的洪涝致灾机理，定量评估不同情景下的关键基础设施洪涝灾害风险时空变化，并提出针对性的应对策略，构建城市关键基础设施暴雨洪涝灾害风险评估范式，为我国城市灾害风险管理与可持续发展提供坚实的科学依据。

随着城市化水平的不断提高，城市各种关键基础设施被大量开发使用。在极端天气频发的背景下，城市关键基础设施的安全设防问题至关重要。在系统分析国内暴雨内涝灾害风险评估最新研究进展的基础上，深入调查城市关键基础设施暴雨内涝灾害风险管理需求与运作机制，以上海地铁为例，开展城市关键基础设施暴雨内涝灾害风险评估研究。本项目以城市土地利用预测为基础，分析了土地利用变化的水文效应，采用SUWM模型与情景分析方法，分析了上海市中心城区地铁系统暴雨内涝灾害风险时空演变特征，提出了针对性的应对措施，初步构建了城市关键基础设施暴雨内涝灾害风险评估理论与方法体系。研究结果显示：1)2000-2030年间，上海城市化水平得到极大的提升，工商业用地、居住用地与道路广场组成的城市建设用地比重由2000年的26.54%激增至2030年的59.19%，而耕地、园地、林地与绿地比重则由2000年的73.46%剧降至2030年的40.81%；2)2000-2030年间，上海不同区域的平均径流深度整体呈增加趋势，但在不同的时段也存在显著的时空差异。崇明、黄浦、静安、徐汇和闸北区在2000-2006年间的地表径流深度出现降低的现象，而其余各区在2000-2006年、2006-2030年2个时段均呈增加趋势；3)整体而言，2000-2030年间，上海市中心城区地表径流深度增幅相对较小；而嘉定、崇明、宝山、闵行、松江、奉贤、金山、浦东和青浦区等郊区地表径流深度增幅较大；4)城市化过程中不透水地面面积的急剧增加造成降水地表径流深度增加，进而导致城市暴雨内涝风险大大增加；5)上海市中心城区地铁暴雨内涝风险水平整体上不高，存在潜在风险的地铁出口数为40个，仅占全部地铁出口总数的11.6%。高风险地铁出口有2个，处于中等风险水平的地铁出口有18个，有20个地铁出口属于低风险出口；6) 整体上，2号线和11号线内涝风险水平最高，需要引起灾害管理部门的重视；4号线、8号线和10号线处于中等内涝风险水平；1号线、7号线和9号线内涝风险水平最低。本项目研究成果可为上海市关键基础设施暴雨内涝风险管理与可持续发展提供坚实的科学依据。