周振宏，胡 琦，周 敏，劉東義，湯偉宏，王詩琪

(安徽農(nóng)業(yè)大學 林學與園林學院，合肥 230036)

城市作為與人類生存息息相關的復雜巨系統(tǒng)，其安全問題是社會各界普遍關注的重點.隨著當前全球范圍的自然災害頻發(fā)，城市安全受到了嚴重威脅.有關資料顯示，1989—2019 年全球較大自然災害頻次約320 次/a，其中洪澇災害最為頻發(fā)，占比超過了60%.我國有很多城市均沿江河而筑，更容易受到雨洪災害的影響.2018 年《中國水旱災害公報》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國城市洪澇災害的受災人數(shù)達557.65 萬人，直接經(jīng)濟損失達1 615.47 億元.城市雨洪韌性以城市韌性概念為基礎，是指城市系統(tǒng)具備在面對雨洪災害時能夠保持自身運轉或及時響應，不受災害影響并能夠從中恢復，將災害對公共安全和經(jīng)濟的影響降至最低的能力[1].

對于城市雨洪韌性的評估，國內(nèi)外學者從不同角度進行了大量的研究.這些研究對城市洪災內(nèi)澇的控制都有著重要意義，但未形成統(tǒng)一的體系.目前，國外學者對于雨洪韌性理念已經(jīng)有了比較成熟的研究成果，其熱點多集中于概念綜述、綜合水管理研究、韌性評估等方面.如Batica 等[2]將雨洪韌性定義為包括自然、社會、物理、制度、經(jīng)濟系統(tǒng)等方面的自組織和自適應能力；Tourbier[3]從4 個方面即空間、社會、結構和風險管理來概括空間規(guī)劃中的雨洪韌性；Qasim 等[4]從4 個方面提出了以城市社區(qū)為單位，構建對抗洪水災害應變能力的指標體系，并評估了3 個不同地區(qū)的社區(qū)韌性；Orencio 等[5]總結出了影響社區(qū)抗災能力的7 個因素，并構建了沿海城市的抗洪韌性指標評估體系.在國內(nèi)，城市雨洪韌性的研究正處于快速發(fā)展的階段.其中，俞孔堅等[6]首次將韌性理念引入城市水系統(tǒng)領域，系統(tǒng)地梳理了其理論內(nèi)涵、相關概念、韌性評價方法和可實施策略，研究了多學科融合的評價體系構建，提出了多尺度彈性策略；王紹玉等[7]從城市人口、經(jīng)濟、生命線工程和環(huán)境與資源4 個方面構建了洪水災害易損性評估模型，利用KL- TOPSIS 法對哈爾濱市5 a 間的洪水災害易損性進行了動態(tài)評估；陳軍飛等[8]總結了暴雨洪災風險評估的幾類方法，并對現(xiàn)有雨洪管理技術提出了相應的改進措施；姜宇逍[9]從社區(qū)綜合防災的角度建立了基于層次分析法和綜合模糊評價法的社區(qū)雨洪韌性定量評估體系.

縱觀國內(nèi)外對城市雨洪韌性評估的研究進展，其內(nèi)容雖多樣，但仍有不足：在研究方法上，以傳統(tǒng)主觀分析為主，多采用指標評價法、層次分析法、綜合模糊法等，較少采用定量方法評估；在研究尺度上，多以省域或特殊城市為主進行整體評估，較少涉及市域的障礙因子探究.因此，本研究從雨洪韌性的基本構成因子出發(fā)，利用PSRTOPSIS 評估模型定量評估合肥市2015—2019 年的雨洪韌性水平，分析其隨時間變化的趨勢，并引入障礙度模型對構成因子(障礙度)進行縱橫向對比分析，找出該市在應對雨洪災害的動態(tài)過程中存在的薄弱環(huán)節(jié)，提出具有針對性的改進建議，進而提高該市雨洪管理水平.

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

隨著全球變暖趨勢逐年上升，各地暴雨災害頻發(fā).我國城鎮(zhèn)化率的飛速增長，導致基礎設施建設難以滿足高速增長的城市人口的需求，城市雨洪韌性急需提升.安徽省合肥市地處皖江流域，作為特大型城市，截至2020 年，全市總面積達11 445.1 km2，城鎮(zhèn)化率達82.28%.該市境內(nèi)地形以丘陵崗地為主，江淮分水嶺自西向東橫貫全境.多年來，其深受暴雨災害的侵擾，是全國31個重點防洪城市.水利部門在十二五、十三五期間向合肥市共投入逾500 億元；在十四五期間，合肥市水利防災減災投入將達到436 億元.自2010 年“7.27”特大暴雨內(nèi)澇事件發(fā)生后，合肥市分別于2014 年9 月、2017 年8 月和2018 年8 月再次發(fā)生多次大規(guī)模的城市暴雨內(nèi)澇現(xiàn)象.如2020年7 月，合肥市氣象臺發(fā)布暴雨紅色預警信號.因此次暴雨影響，合肥機場還發(fā)布了黃色預警并暫停所有航班.其間，市區(qū)、政務區(qū)降水量達100 mm 以上，持續(xù)2 h 的強降水導致政務區(qū)和包河區(qū)局部城市內(nèi)澇，嚴重影響了該市的正常運作和居民日常生活，造成了巨大的損失.以上情況表明，提升該市雨洪管理系統(tǒng)的韌性刻不容緩.

1.2 樣本數(shù)據(jù)來源及處理

基于數(shù)據(jù)的可獲得性和連續(xù)性原則，研究選取2015—2019 年安徽省合肥市的有關統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行實證分析.數(shù)據(jù)主要來源于《安徽省水資源公報》、《安徽省統(tǒng)計年鑒》、《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國區(qū)域經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》、各地區(qū)發(fā)展公報以及相關網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，其中個別缺失數(shù)據(jù)采用回歸分析法預測補齊或分段插值進行賦值.

2 研究方法

城市雨洪韌性的強弱是相對于某時間段或其他城市的雨洪韌性而言的，很難使用統(tǒng)一的標準來表示某個城市的雨洪韌性水平.因此，需要通過計算，并進行定量比較分析來確保評估結果的準確性和客觀性，盡量避免主觀賦值對評估結果的影響.由此，本文結合PSR 模型、熵值法和TOPSIS 模型來進行定量分析.

2.1 指標選取和評價體系構建

PSR 模型是目前應用最為廣泛的評價模型之一[10].其中，“壓力(pressure)”是指城市系統(tǒng)所面臨的壓力即外在的自然災害和由開發(fā)建設所致的內(nèi)在壓力.為了便于定量分析，本文結合相關研究，選取年平均降雨量、省級氣象警報信號發(fā)布數(shù)、年末水庫蓄水量、工業(yè)“三廢”排放量、空氣質量、城市公共安全支出等指標來衡量城市系統(tǒng)所面臨的壓力情況.“狀態(tài)(state)”是指研究期間城市社會環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等子系統(tǒng)呈現(xiàn)的狀態(tài)，主要由現(xiàn)狀和資源條件組成，如森林覆蓋率、水資源、人均GDP、生產(chǎn)總值構成、基礎設施建設等.“響應(response)”是指為降低雨洪災害風險，提高城市韌性，促進城市可持續(xù)發(fā)展所做的努力，如擴大避難面積、增加病床數(shù)量、提高信息覆蓋率、加大社會保障與就業(yè)投入、科教事業(yè)投入等.

通過對合肥市的基礎設施現(xiàn)狀及其社會、經(jīng)濟、生態(tài)等因素綜合考慮，本文篩選出24 個評價指標(見表1)，以此反映該市雨洪韌性水平的動態(tài)變化情況.

表1 城市雨洪韌性評估指標體系

2.2 熵權計算

熵權法是指在對某項指標進行評估時，可用熵值來判斷其離散程度，若信息熵的值越小，指標的離散程度越大，對綜合評價的影響(即權重)就越大[11].因此，可以通過計算熵值的方法，得出各個指標的權重，為多指標綜合評價提供依據(jù).

本文應用熵值法對合肥市雨洪韌性指標進行評價，計算步驟如下：

1)歸一化計算.其中，正向指標為

負向指標為

上式中Xij表示第i個城市中第j項指標的數(shù)值(i=1，2，…，n且j=1，2，…，m)；X’ij為Xij歸一化后的數(shù)值.

2)計算第j項指標下第i個城市占該指標的比例.首先，計算

最后，計算各項指標的權重，即

2.3 TOPSIS 模型建立

在構建TOPSIS 模型過程中，有限的評估目標被視為無限空間中的某個點，再根據(jù)各點與最佳理想解間的相對距離對它們進行整合排序，并以此來反映各評估對象的相對強弱.該方法不但符合雨洪韌性強弱具有相對性的特點，還具有客觀性強、原始數(shù)據(jù)利用充分等優(yōu)點[12].

基于以上原理和方法，構建適用于城市雨洪韌性TOPSIS 綜合評估計算模型.該模型的計算過程主要包含6 個步驟：

1)確定正負理想解，為各參評對象排序.其中，正理想解為

結合研究區(qū)現(xiàn)狀，參考有關城市韌性等級劃分的文獻[13-15]，運用自然斷點法將雨洪韌性劃為5 個等級(見表2).其中，貼近度值越接近0，則城市雨洪韌性水平越低；該值越接近1，則城市雨洪韌性水平越高.

表2 雨洪韌性評價等級劃分

2.4 障礙因子挖掘

由表1 可知，社會因素、自然資源、經(jīng)濟發(fā)展、基礎設施建設等均對城市雨洪韌性的發(fā)展有一定的影響，在改進和優(yōu)化城市管理決策時往往因資源有限而難以兼顧.挖掘城市雨洪韌性的關鍵障礙因子，并采取具有針對性的舉措，使城市資源配置達到最優(yōu)化，對于提高城市雨洪管理水平具有重要意義.本文參照已有研究成果[16]，引入障礙度模型，探討城市雨洪韌性的主要障礙因子.其計算公式為

其中，Eij為第j項指標對城市雨洪韌性準則層的障礙度；ωj為各單項指標權重；fj=1-Xij表示各單項指標與發(fā)展目標間的偏差，Xij為各指標的標準化數(shù)值.

3 結果與分析

3.1 雨洪韌性綜合狀況評價

為了客觀準確地對城市雨洪韌性進行評估，利用PSR-TOPSIS模型得出2015—2019 年合肥市雨洪韌性水平變化特征，并繪制出雨洪韌性綜合指數(shù)曲線(見圖1).

圖1 合肥市雨洪韌性綜合變化指數(shù)

由圖1 可以看出，在研究時段內(nèi)，合肥市雨洪韌性整體呈波動上升趨勢.其中，2015—2017年的城市雨洪韌性水平穩(wěn)定上升，由2015 年的0.353 增至2017 年的0.510，增量為0.157，其整體韌性等級由Ⅱ級向Ⅲ級過渡；2017—2018 年的城市雨洪韌性變化不顯著，僅由0.510 升至0.513，韌性等級處于Ⅲ級水平；2018—2019 年的城市雨洪韌性評價值持續(xù)上升，增至0.614，接近Ⅳ級韌性水平.

圖2 展示了合肥市雨洪韌性的發(fā)展趨勢.由圖2 可知，Dj+有所波動，但總體上呈下降趨勢，并逐漸貼近正理想值，即由2015 年的0.176 降至2019 年的0.105；Dj-總體上呈現(xiàn)與Dj+相反的變化趨勢，并逐漸偏離了負理想值，即由2015 年的0.096 升至2019 年的0.168.

圖2 合肥市雨洪韌性發(fā)展趨勢

結合雨洪韌性綜合變化指數(shù)來看，在研究時段內(nèi)，合肥市雨洪韌性演變可分為3 個階段：第一階段為2015—2017 年的快速發(fā)展階段.其間雨洪韌性綜合指數(shù)快速提升，年均增長22.23%，雨洪韌性水平躍升為中度韌性.此階段合肥市公共安全資金投入持續(xù)增長，表明城市管理者對城市安全的關注度大大提高了，在城市治理中更加關注城市環(huán)境的清潔度，使得城市的廢氣、廢水和顆粒物排放量減少，綠化覆蓋率增加，這些內(nèi)在因素均有效帶動了城市雨洪韌性水平的提升.第二階段為2017—2018 年波動變化階段.此階段城市處于中度韌性水平，其雨洪韌性指數(shù)增量為0.003，變化幅度不明顯.該時間段內(nèi)城市降雨量明顯上升且集中于夏季，即使綠化覆蓋率和城市互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)有所提升，但早期城市廢氣、廢水污染物等排放相對較多，造成了生態(tài)環(huán)境的破壞，導致城市雨洪韌性水平提升不顯著.第三階段為2018—2019 年的穩(wěn)定上升階段.該階段工業(yè)廢氣和顆粒物排放污染加劇，合肥市生態(tài)環(huán)境發(fā)展持續(xù)面臨挑戰(zhàn)，但城市綠化和基礎設施覆蓋率均持續(xù)增長，且隨著合肥市國土空間規(guī)劃的不斷推動(生態(tài)紅線的設置和管控)，均促使合肥市向更安全、更健康的城市系統(tǒng)邁進.

3.2 單系統(tǒng)時間序列分析

在合肥市雨洪韌性的綜合分析基礎上，運用TOPSIS 得出雨洪韌性各子系統(tǒng)的指數(shù)發(fā)展狀況見圖3.由圖3 可知，2015—2019 年合肥市雨洪韌性壓力和狀態(tài)子系統(tǒng)隨時間的變化趨勢并不平穩(wěn)，響應子系統(tǒng)則穩(wěn)定上升.

圖3 雨洪韌性各子系統(tǒng)指數(shù)變化趨勢

3.2.1 雨洪韌性壓力子系統(tǒng)

2015—2019 年合肥市雨洪韌性壓力子系統(tǒng)的測度值均在0.3 以下，處于低度韌性水平.這主要是由于合肥市早期工業(yè)發(fā)展迅速，城市環(huán)境污染嚴重，工業(yè)廢氣、廢水、固體顆粒物等排放總量增加，同時，人口的不斷增長也導致了土地承載壓力的上升.其中，2016 年該市壓力子系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定上升；2017 年達到研究時段內(nèi)的峰值；隨后，政府對環(huán)境保護的投入增加，環(huán)境建設得到了極大的提升，污染物等對該子系統(tǒng)的影響逐漸減弱.總體而言，在研究時段內(nèi)，合肥市的生態(tài)壓力貼近度呈下降趨勢.這表明生態(tài)環(huán)境管理是實現(xiàn)雨洪韌性的主要途徑之一.

3.2.2 雨洪韌性狀態(tài)子系統(tǒng)

由圖3 可知，合肥市雨洪韌性狀態(tài)子系統(tǒng)發(fā)展并不平穩(wěn)，其總體趨勢與壓力子系統(tǒng)相反，呈波動上升趨勢.其中，2015 年的發(fā)展較為平穩(wěn)；2016 年的貼近度卻逐漸下降，這與建成區(qū)綠化覆蓋率、基礎設施建設等各類狀態(tài)因子緩慢上升甚至停滯有關；2017 年后，該市迎來較大的躍升階段，貼近度由0.146 增至0.323，其間人均GDP上升幅度較大，各類基礎設施建設取得較大成果，人口密度增速減緩，土地利用率提高，城市整體韌性水平逐漸突破Ⅱ級雨洪韌性.

3.2.3 雨洪韌性響應子系統(tǒng)

與城市雨洪韌性壓力和狀態(tài)子系統(tǒng)不同，該市響應子系統(tǒng)在過去5 a 中增長最為明顯，均處于穩(wěn)定上升階段，且其指數(shù)由0.001 升至0.379.在研究期內(nèi)，合肥市污染物處理水平不斷提高，垃圾無害化處理率、污水處理率均達90%以上，同時城市財政收入及社會保障與就業(yè)投入不斷提升，緩解了各類災害所帶來的影響.社會各界的關注及政策的改善對城市生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化起到了重要作用，有效緩解了壓力層給城市帶來的污染，促進了生產(chǎn)、生活、生態(tài)的全面改善，使合肥市雨洪韌性水平得到了提升.

3.3 雨洪韌性障礙因子分析

表3所示為2015—2019年合肥市雨洪韌性準則層指標障礙度.由表3 可以看出，壓力、狀態(tài)和響應準則層對雨洪韌性障礙度的貢獻值有明顯的不同.其中，壓力層障礙度先增大后減小再增大；狀態(tài)層障礙度與響應層障礙度也均存在不同程度的變化.在研究期內(nèi)，壓力層的變化最為顯著，2015 年其僅占總障礙度的18.46%，至2019年，占總障礙度的72.25%，即最大障礙度與最小障礙度相差53.79%.

表3 2015—2019 年合肥市雨洪韌性準則層指標障礙度

隨著空間規(guī)劃的穩(wěn)步實施及“兩山”理念的倡導，社會各界越來越重視生態(tài)環(huán)境建設.如產(chǎn)業(yè)轉型、退耕還林等措施減少了污染物排放，削弱了壓力層對生態(tài)環(huán)境發(fā)展的阻礙.狀態(tài)層障礙度處于波動狀態(tài)，至2019 年，已成為僅次于壓力層的第2 大貢獻度層，其間綠化和公園面積的降低加劇了環(huán)境壓力，導致狀態(tài)層障礙度有所上升.響應層一直是障礙度的第2 或第3 位，至2018年，響應層障礙度穩(wěn)居第3 位.這充分說明，該市污水和垃圾無害化處理能力的日益增強，有效地提升了其自適應能力和雨洪韌性水平.

經(jīng)計算，得出各指標對城市雨洪韌性的障礙度，并甄別出障礙度位于前5 的因子作為具體分析對象，如表4 所示.

表4 2015—2019 年合肥市雨洪韌性指標層主要障礙因子障礙度 %

對表4 進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，B5、B6和B12這3 個要素出現(xiàn)的頻率最高，即城市公共安全支出、工業(yè)廢水排放總量和生產(chǎn)總值構成(第三產(chǎn)業(yè)占比)是影響合肥市城市雨洪韌性的關鍵因素.2015—2017 年，城市道路照明燈(B15)和城市污水處理廠集中處理率(B20)位于障礙度首位；2018 年障礙度開始向城市工業(yè)廢水排放總量(B6)轉移，B15、B20退出首要障礙因素層面.研究區(qū)早期人口密度過大、耕地面積減少、城市建設過快，基礎設施難以滿足城市居民的需要；在后期，合肥市加大基礎設施建設力度，逐漸注重生態(tài)環(huán)境的保護，人口密度和耕地面積均得到了有效控制.然而，因城市發(fā)展進程過快，城市建設和環(huán)境保護短期內(nèi)難以達到平衡，同時，對城市綠化設施的改造較低，綠化覆蓋率始終難以增長，導致工業(yè)廢氣、廢水排放量、污水處理率的障礙度逐漸上升.從總體上而言，合肥市雨洪韌性障礙因子由狀態(tài)和響應層面向壓力層面過渡，這說明阻礙雨洪韌性的主要因子隨著城市發(fā)展在不斷變化.因此，今后在生態(tài)環(huán)境的治理上應有所側重，維護主要發(fā)展優(yōu)勢，積極治理影響發(fā)展的主要障礙因子，因地制宜地發(fā)展生態(tài)，促進城市可持續(xù)發(fā)展.

4 結論與建議

4.1 結論

通過構建城市雨洪韌性評價體系，對合肥市進行雨洪韌性量化評價，有助于政府相關部門調(diào)整管理策略和改善防澇設施，強化城市韌性干預，降低暴雨洪澇對城市的傷害，保證城市安全.

1)近5 a，合肥市整體韌性經(jīng)歷了波動提高—輕微反彈—快速上升3 個階段.這表明在各方努力下，其當前發(fā)展態(tài)勢良好，但雨洪韌性水平仍未達到較高韌性等級.2)研究區(qū)壓力子系統(tǒng)韌性水平整體呈波動下降趨勢，狀態(tài)子系統(tǒng)階梯上升，響應子系統(tǒng)持續(xù)上升.這說明研究時段內(nèi)合肥市重視基礎設施建設，強調(diào)城市居民生活的便利性及安全性，加大了城市安全建設的資金投入.3)城市生態(tài)資源保護與城市壓力紓解是提高城市雨洪韌性的關鍵.合肥市有關管理部門雖及時關注了環(huán)境建設的重要性并采取了一定的措施，但日益增長的人口及產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求所致的環(huán)境污染依然無法避免，城市洪澇災害嚴重影響著居民的日常生活安全.

4.2 建議

1)提升基礎設施的韌性，保留城市建設冗余度.合肥市基礎設施建設雖在不斷提升，但對城市韌性的負影響仍在.其城鎮(zhèn)化水平與基礎設施水平不匹配，生態(tài)防澇意識淡薄，老舊管道承載力超過既定水平，城市內(nèi)澇也就更容易發(fā)生.因此，合肥市空間擴展應保有一定冗余度，城市的水、電、氣、路、網(wǎng)等要隨時保持通暢[17]；在用地規(guī)劃過程中需統(tǒng)籌緊急疏散場所，一體化布局醫(yī)療、消防、通訊等各類設施，以減少城市用地資源的浪費，確保在突發(fā)情況時，能夠容納更多應急避難的市民.

2)關注經(jīng)濟韌性增長，加強社會組織建設.合肥市經(jīng)濟水平在飛速提升的同時，其公共安全資金的投入也逐年上升，但其經(jīng)濟主體單一，人均水平不高，尚未形成穩(wěn)固的經(jīng)濟體系.城市從突發(fā)性自然災害中恢復，需要大量物力、財力的投入，只有構建更加抗壓的經(jīng)濟運行體系，才能夠有效迅速地開展跨界生產(chǎn)提供緊缺物資；同時還要鼓勵公眾和社會組織有序參與城市治理，共同制定城市預警、應急與恢復方案，提升基層治理能力[18-19].

3)保護生態(tài)環(huán)境資源，創(chuàng)新智能防災設施.合肥市自然資源環(huán)境在一定程度上影響了該市的雨洪韌性.目前，該市的暴雨內(nèi)澇處理大部分依賴于簡單的工程坡度和排水管道消解，而韌性雨洪要積極改善其消解模式和雨水的空間流向[20-21]，在災害發(fā)生時，除了通過吸收、儲存、排放等方式消解雨水，還要能有效地分時段排水并加以利用，以達到韌性要求；同時，合肥市局部內(nèi)澇災害多、發(fā)生快，預報預警難度較大，而智能化防災設施是提升城市雨洪韌性能力的重要因素，應充分利用大數(shù)據(jù)、智慧城市等科技手段，使城市在應對重大突發(fā)情況時能快速作出反應，實現(xiàn)社區(qū)與街道信息實時通報，為城市防災提供更高效精準的服務.

本文利用熵權法和TOPSIS 模型進行雨洪韌性定量化研究，有利于降低主觀判斷帶來的分析誤差，提高評估的可信度.然而，城市雨洪韌性是特定災情背景下的產(chǎn)物，它隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展水平和城市客觀抵御暴雨洪澇災害能力的變化而變化.目前，關于城市暴雨內(nèi)澇的研究大多基于工程技術手段等方面，對雨洪韌性評估的針對性研究相對較少.本文所選取的指標主要參考了國內(nèi)外有關研究，故其精確度有限.對城市雨洪韌性進行評估，是為了更好地進行雨洪管理.在今后的研究中，可將不同類型的城市在應對暴雨洪澇災害時的反應進行橫向對比并提出不同的優(yōu)化策略，以加強城市雨洪韌性的建設.