基于洪涝情景模拟的城市公共服务灾害应急响应空间可达性评价——以医疗急救为例

在气候变化和城市化背景下,日益频发的洪涝灾害业已成为当前中国城市面临的重大挑战,也是城市灾害管理和应急响应研究的热点问题之一。本文旨在构建一套适用于城市尺度的洪涝灾害应急响应能力评估范式,以上海市外环以内中心城区为研究区,采用洪涝数值模拟与GIS网络分析相结合的研究方法,评估了当前以及未来正常条件和不同重现期洪涝情景下,城市关键公共服务部门（120急救）应急响应的空间可达性。结果显示：洪涝淹没强度（范围和水深）、道路交通状况（车流速度）以及应急服务机构的数量和位置共同决定了城市洪涝灾害医疗急救的服务范围及响应时间;由于上海市中心城区洪涝影响范围主要分布在黄浦江两岸2~3 km以内区域,因此洪涝对整个中心城区应急医疗服务的影响有限,主要是位于滨江地区部分医院的应急响应范围较正常状态下明显减少,120急救车辆无法或延迟达到部分救援点。研究表明基于洪涝情景模拟的城市公共服务应急响应空间可达性定量化评估方法,具有重要的科学价值和实践意义,可为中国城市洪涝灾害应急管理提供决策依据。     

基于高精度地形表面模型的城市雨洪情景模拟与应急响应能力评价

在气候变化和城市化背景下,日益频发的暴雨洪涝对城市人员、财产及功能造成了严重的灾害影响,突出表现为城市路网被淹导致的交通与公共服务中断。因此,城市暴雨洪涝灾害的应急管理与风险防范已经成为当前自然灾害研究的热点问题之一。选取受暴雨洪涝灾害影响严重的上海市中心城区(南京东路CBD)为研究区,采用高精度暴雨洪涝数值模拟与GIS空间分析相结合的研究方法,评估了不同降水强度情景和积水深度条件下,城市路网的可通行性与城市关键公共服务部门(医疗和公安)的应急响应能力。研究表明,基于高精度地形表面模型的城市雨洪模拟与应急响应能力评估方法,具有较高的实用性和有效性,可为城市洪灾应对与精细化应急管理提供科学支撑。     

基于暴雨内涝灾害情景推演的北京市应急救援方案评估与决策优化

城市自然灾害的情景推演与应急方案的动态预评估是优化应急决策的重要支撑。然而,传统的应急救援方案评估往往基于有限信息进行时间片段式的情景推演并采用应急方案的灾后评估。本文在构建基于内涝水淹模型和多智能体城市路况模型的全链条、多维度灾害情景推演方案的基础上,实施不同应急救援目标导向下多时间刻度的应急救援方案预评估,重点从受损车辆规模和遭受安全威胁人数定量评估基于救援人数、救援时间和救援空间布局原则的应急方案优劣,为灾害情景推演方案和应急决策优化提供了一种新的思路与解决方案。基于救援人数规模的应急方案表明,救援力量将优先布局在风险指数高企的区域,包括北蜂窝路、南蜂窝路、广莲路以及莲花桥等路段。在现实情况中及时参加的救援力量往往有限,此类根据不同救援力量数量的空间指向将对最优的救援决策起到关键作用。同时,研究也应证了救援力量多寡在应急事件处置中的基础性地位。基于救援启动时间的应急方案中得出,最优的救援启动时间在45 min到75 min之间,适时的救援启动可以有效规避过早启动导致的救援空间配置不当和过晚启动导致的救援失效两类问题。不同救援空间布局原则有着迥异的救援力量空间配置特点和最优运用条件。     

基于“H-E-V”框架的城市洪涝风险评估研究进展

在全球气候变化与城市扩张的背景下,城市洪涝问题频发并引发严重的社会问题与经济损失。当前城市洪涝管理的主要内容已从工程性防御性措施转向洪涝风险管理,而城市洪涝风险评估又是城市洪涝管理的关键环节。基于此背景,论文首先介绍了IPCC采纳的城市洪涝风险评估框架“危险性(Hazard)—暴露性(Exposure)—脆弱性(Vulnerability)”即“H-E-V”的概念内涵,在此基础上梳理了其危险性、暴露性、脆弱性3大要素的主要研究内容,探讨分析不同研究方法的优缺点。最后提出了城市洪涝风险评估的主要发展趋势及关键问题,主要有以下4个方面：①危险性方面,建立适应于城市地区的耦合型二维洪涝淹没模型是洪涝风险评估要求下的必然趋势;②暴露性分析在大数据及GIS技术支撑下正逐步精细化、动态化;③脆弱性正从早期侧重的物理维度定量评估转向社会、经济、文化、环境等多维度的评估;④此外,气候变化与城市扩张下的多情景城市洪涝风险评估是未来城市洪涝管理的研究热点与难题。     

洪灾情景下食品类物资供需分配及配送路径优化——以上海市奉贤区为例

应急物资的供需分配和物流优化是应急物资管理决策中的重要支撑。本文基于最优供需分配模型,构建了基于供需分析的物资供应点分配方法。该方法考虑了市场储备点需同时对受灾需求点和原有需求点进行保障性物资供给的约束条件,相比传统方法能进一步提高物资供需分析的合理性与准确性。在物资供应点分配的基础上,构建了洪灾情景下的应急物资配送路径优化方法。该方法基于真实道路网络,利用“度”“方形集聚系数”及“道路设计日交通量”评估路段可靠性,并充分考虑洪涝灾害对道路通行时间的影响,以“路径行程时间最短”和“路径可靠性最高”为目标,采用启发式算法进行最优路径的求解。以上海市奉贤区为研究区开展案例研究。通过市场与政府协同供应的多种方案情景的对比分析,发现G方案（政府全供应）配送经历时间久、总花费时间成本多,可能导致应急救援任务超时,S方案（市场全供应）配送效率低,易导致人力、运力资源浪费,而S1500方案（由市场供应1 500 m覆盖范围内的避难场所,由政府供应剩余的避难场所）则是同时适合案例中2种洪灾情景下3类物资（饮用水、大米、婴儿奶粉）的协同供应方案。该研究结果可为研究区相关部门的应急救援救助提供决策支持。本...     

耦合生态服务的区域生态安全格局研究框架

在深入阐明生态系统服务与区域生态安全格局之间内在联系的基础上,根据人类社会与生态系统之间以生态服务流为纽带形成的反馈机制,提出基于驱动（Driver）-压力（Pressure）-状态（State）-影响（Impact）-响应（Response）区域生态安全格局研究框架。该框架有助于深入理解区域生态安全维持和区域生态安全问题形成的机制,拓展区域生态安全评估、生态安全格局维持和提升的视野。当前,耦合生态服务的区域生态安全格局研究有3个关键的前沿议题：① 生态服务需求和生态服务供给的空间耦合及其对人类活动的响应;② 维持生态系统服务流网络结构完整性和稳定性的人类活动阈值;③ 耦合人类生态服务供给和需求的区域生态安全评估模型。     

智慧城市视角下城市洪涝模拟研究综述

智慧城市是城市发展的新兴模式。然而,近年来频发的城市洪涝给智慧城市的管理和发展带来了严峻的挑战。暴雨洪涝模拟是城市防洪减灾的关键技术之一,也是智慧城市风险应急管理中重要的决策支持依据。本文首先分析了智慧城市以及智慧水务的内涵,探讨了智慧城市发展和管理对于城市洪涝模拟新的需求;在此基础上梳理了智慧城市发展给城市洪涝模型带来的新的数据支撑;面向智慧城市应急管理决策,对比分析了3种现有的水文模型方法,认为在智慧城市大数据和技术的支持下,基于物理基础的分布式模型是未来城市洪涝模拟的主流发展方向。最后,探讨了建立城市洪涝模型的建模机制、尺度、基础数据库的建立、更新和管理、地表与地下管网模拟并重等关键问题,分析认为精细化、与RS和GIS技术融合、注重时空过程和智慧服务是智慧城市背景下城市洪涝模拟发展的必然趋势。     

暴雨内涝情景下城市消防服务可达性的精细化评估

为了揭示城市暴雨内涝灾害对应急响应服务功能的影响,论文基于高精度城市洪涝模型(FloodMap)和增强型两步移动搜寻法(E2SFCA),对暴雨内涝灾害影响下上海市中心城区消防服务可达性进行精细化评估。研究结果表明：① 百年一遇暴雨内涝情景下,内涝最严重时积水深度超过50 cm的淹没范围整体呈现“西高东低”分布态势,淹没总面积约1.5 km²,可导致471条路段(约占路网全长5.11%)通行受阻。② 上海市中心城区消防服务可达性的空间差异比较显著,大体呈现出由黄浦江两岸向西北和东南方向递减态势,但在一天中的不同时段,可达性空间格局变化并不明显。③ 与正常天气条件相比,暴雨内涝情景下不可达单元(250 m×250 m)数量显著增多,夜间低峰、早高峰、白天平峰和晚高峰时段分别增加36.32%、35.89%、39.07%和32.01%;从暴雨内涝的过程(全程120 min)上看,在雨峰后半段((30, 45] min)不可达单元数量最多,消防服务可达性的空间差异程度最大。④ 消防服务可达性表现出一定程度的空间集聚特征,其中高值聚集区(“高—高”型)主要位于黄浦江两岸以及浦西边缘地区,低值聚集区(“低—低”型)主要位于西北和西南区域,这2类聚集区呈“团块状”分布,而“高—低”型和“低—高”型集聚均不显著。⑤ 研究区内消防服务可达性与需求的空间失配现象(“低需求—高可达”或“高需求—低可达”)较为明显,而暴雨内涝会加剧空间失配问题。研究结果可为提升城市洪涝灾害管理与应急响应服务的精细化水平提供科学依据。     

城市文化遗产洪涝灾害风险评估模型构建——以广州市为例

洪涝灾害危害面广大,为预见城市文化遗产的洪涝风险,从致灾因子、孕灾环境、承灾体、抗灾力4个方面构建城市文化遗产洪涝灾害风险评估模型,并以广州市文化遗产为例进行评估。结果表明:不同类型文化遗产对灾害因子的响应程度存在差异,遗产级别与综合风险系数成正相关,且以越秀、海珠中心城区及白云区遗产综合洪涝风险最大,花都区和白云区遗产致灾风险最高,越秀区、黄浦区和从化区遗产抗灾力最差。构建文化遗产洪涝灾害风险评估模型,能够增加对未来遗产风险的掌握,提高对遗产的应急防范。     

人类活动及气候变化影响下伊犁河谷生境质量预测研究

生境质量是衡量生态系统服务功能及其健康程度的重要指标,准确预测生境质量的演变对于推动区域生态环境的高质量发展至关重要。耦合系统动力学-斑块生成土地利用模拟（SDPLUS）模型与生态系统服务和权衡的综合评估（InVEST）模型,预测了2035年不同气候情景下（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5）伊犁河谷土地利用/覆被格局变化,并评估了其生境质量时空演变特征。结果表明：（1）1980—2020年,伊犁河谷土地利用类型呈现“4增2减”的变化趋势。2035年4种气候情景下,伊犁河谷林草地面积降幅较大,建设用地扩张趋势较为明显,挤占了城郊优质耕地资源。（2）伊犁河谷生境质量等级与土地利用/覆被类型密切相关。生境高值及较高值区主要分布在地形崎岖的林草地覆被区,低值及较低值区主要分布在人类活动集聚区及南北天山未利用地覆被区。（3）1980—2020年,伊犁河谷生境质量呈现下降趋势。生境质量退化区主要分布在伊犁河-巩乃斯河流域以及特克斯河流域附近。（4）2035年4种气候情景下,伊犁河谷生境指数持续走低。生境指数均值排序为：SSP1-2.6>SSP2-4.5&...     

多情景模拟下粤港澳大湾区生态系统服务评估与权衡研究

城镇化快速发展导致区域的生态系统服务衰减,威胁城市的生态安全;掌握城市群地区生态系统服务权衡/协同关系量化,对提升生态系统服务总体效益和维护区域生态安全至关重要。以粤港澳大湾区为研究区域,利用InVEST模型对粤港澳大湾区1995—2018年间产水服务、固碳服务、土壤保持服务、食物供给服务共4项生态系统服务进行评估,设定历史趋势情景、规划情景和生态保护情景,借助GeoSOS-FLUS模型进行2030年生态系统服务情景分析,探讨各种生态系统服务之间的权衡/协同关系。结果表明：① 1995—2018年间,粤港澳大湾区产水服务出现增加趋势,固碳服务、土壤保持服务和食物供给服务出现下降趋势。② 不同类型生态系统服务变化存在明显的区域异质性,产水服务高值区域其值增大,低值区域其值减小;固碳服务低值区域,其值下降更大;除香港外,土壤保持量减小的区域呈零星状分布;食物供给高值及减小的最大值位于东莞、佛山、中山和深圳等中部区域。③ 产水服务在规划情景下达到最佳,固碳服务和土壤保持服务在生态保护情景下最佳,历史趋势情景下食物供给服务最佳,生态系统服务综合效益在生态保护情景下达到最佳。④ 历史趋势情景下生态系统服务之间的权衡程度最大,生态保护情景下各项生态系统服务之间的协同程度较高。基于生态耦合模型进行粤港澳大湾区生态系统服务估算,揭示生态系统服务权衡或协同的变化关系及作用机理,可为区域生态系统服务管理和社会经济发展规划提供参考。     

基于空间信息技术的城市应急救援联动系统研究

该文分析国内外城市现代救援体系及其发展趋势，对基于统一的空间信息基础设施平台分布式城市应急救援联动系统(体系结构与系统实现)的关键技术进行研究，以成都市城市应急救援联动系统为例，探讨了城市应急救援联动系统的构成、功能、业务流程、系统平台、用户界面等。     

地震灾害预测和应急模拟系统的设计与应用——以永安市城市应急系统为例

城市防震减灾是地震潜在频发区提高自然灾害防治能力建设的重要方面。本文结合福建省永安市城市防震减灾信息管理系统的建设,探讨设计防震减灾数值模型,分析模型集成的关键技术,构建了地震风险评估、建筑物易损性评价、生命与财产损失估算、救援与救灾管理调度等模型和基于GIS开发的震害预测和应急模拟系统。该系统在福建省永安市的实际应用表明,通过对地震灾害预测结果的分析,可加强城市抗震中的薄弱环节,为灾区政府应急响应和制订对策提供决策支持辅助信息,从而显著提高城市防震减灾的综合能力。     

基于地理学综合视角的胡焕庸线IPCC复合情景（SSPs-RCPs）模拟和预测

胡焕庸线（简称胡线）是重要的人口分界线,更是一条展现中国自然与人文地理综合视角下的国情分界线。通过构建环境因素影响下的人口潜力模型,结合四组气候系统模式驱动下的作物模型和水文模型,模拟共享社会经济路径（SSPs）和代表性浓度路径（RCPs）复合情景下中国未来近期（2030年）和中期（2050年）人口时空变化趋势。发现：① SSPs情景下中国未来胡焕庸线东西两侧人口比重差距将进一步拉大,而在考虑SSPs-RCPs的复合情景下,胡焕庸线东西两侧人口比重的差距比仅考虑SSPs情景时要有所缩小。前者的原因是胡线东侧地区城市规模和等级远高于胡线西侧地区,在中国人口城市化大背景下,胡线东侧人口占比相对提升。而后者原因是受气候变化影响,胡焕庸线西侧地区的水热条件变化较之东侧有利,从而更进一步提高了人口的环境承载力。② 中国的社会经济发展对胡焕庸线两侧人口比重的影响要远大于气候变化的影响。③ 从胡焕庸的北、中、南三段区域来探讨胡焕庸线突破的可能性,胡线中段区域由于黄河等河流流经区域有较好的水资源条件,有利于推进该区域的城镇化建设,成为人口向胡焕庸线以西迁移的突破口。     

基于生境质量的城市增长边界研究——以长三角地区为例

基于“生态优先”理念,提出一种利用生境质量评估策略的城市增长边界划定方法。结合ArcGIS和InVEST模型,通过综合评估生境自身及其在威胁情境下的质量,模拟各市独立规划、建设用地指标再分配及区域一体化发展的三类建设用地扩张情景,分别划定2024和2034年的长三角地区城市增长边界。结果表明：研究区生境质量总体呈南高北低格局,平均生态系统服务价值密度为10 770.604元/（hm²·a）,高质生境位于西南地区;根据指标再分配及一体化发展情景模拟的2024年研究区建设用地总量分别为10 583.273 km2和10 489.090 km2,2034年达到13 603.535 km2和13 252.370 km2;模拟的建设用地集中在东部沿海地区,并向北部及环杭州湾区域拓展;建设用地指标再分配能从整体上减少建设用地对优质生境的占用,区域一体化发展则能进一步降低城市发展造成的生态压力。     

植被NDVI对城市扩展及气候变化的响应——以西安及其附近区域为例

植被 NDVI 对城市扩展及气候变化响应研究,对于科学评估区域生态环境变化及调整与约束人类活动具有重要理论和现实意义。以西安及其附近区域为例,基于区域土地利用、MODIS NDVI、气温和降水数据,分析了植被 NDVI 对城市扩展及气候变化的响应,结果表明：（1）2000-2014 年研究区植被 NDVI 变化过程划分为2000-2007 年的显著增加阶段和2007-2014 年的显著减少阶段,前者主要分布于区域北部黄土高原、南部秦岭北坡,后者主要分布于区域中部关中平原尤其是西安及其附近区域。（2）2000-2015 年研究区建设用地增加1 428.27 km² ,建设用地增加区域植被 NDVI 呈显著减少趋势。（3）研究区植被 NDVI 与年降水量的相关性高于年平均气温,同时西安及其以南区域植被 NDVI 与年平均气温、年降水量均呈负相关关系,反映出城市扩展等人类活动对植被 NDVI 变化的影响超过了气候变化的影响。研究结果表明植被 NDVI 总体受气候变化控制,但局部受人类活动影响更为严重,并且植被 NDVI 对气候变化的响应表现出波动性,而对城市扩展表现出线性减少趋势性,为通过植被 NDVI 变化区分自然因素与人为因素对环境影响提供了可能。     

基于PLUS模型的乌鲁木齐市生态服务价值权衡协同探究

土地利用/覆被变化将干扰生态系统的稳定供给能力,进而对生态系统服务和可持续发展构成威胁。以乌鲁木齐市为研究区,基于斑块生成土地利用模拟（Patch-generating land use simulation,PLUS）模型,模拟了2030年多情景下乌鲁木齐市的土地利用变化,并结合当量因子法、空间自相关分析等方法估算并预测了1990—2030年乌鲁木齐市生态系统服务价值（Ecosystem service value, ESV）及其权衡协同关系。结果表明：（1）1990—2020年乌鲁木齐市土地利用呈现“两增四减”变化趋势。2030年在惯性发展情景下,除林地外其他地类皆遵循历史演变规律;在生态保护情境下,建设用地面积萎缩,生态用地大幅增加;在综合开发情境下,建设用地面积有所增加的同时生态用地面积也处于上升状态;在重点开发情景下,城市建设用地扩张最为剧烈,耕地面积退化严重。（2）1990—2020年乌鲁木齐市ESV整体上呈现“V”型下降态势,共减少59.59×108元。2030年在生态保护情景下和综合开发情景下ESV处于增加趋势,在惯性发展情景和重点开发情景下ESV出现减少趋势。（3）2...     

黄河流域降雨侵蚀力对全球变化的响应

分析土壤侵蚀力对全球变化的响应,有助于国家和区域未来水土保持宏观战略的决策.本文利用Had-CM3模型,在A2和B2情景下系统研究了未来不同时期（2020年、2050年和2080年）黄河流域降雨侵蚀力的潜在变化.结果表明在全球气候变化条件下,黄河流域的降雨侵蚀力有显著的增加;增加的幅度随着GCM情景和研究时期的不同而不同,从南向北逐渐增大;A2情景下,黄河流域的降雨侵蚀力分别增加11.5%（2020年）、24.8%（2050年）和40.6%（2080年）,B2情景下的相应变化分别为20.9%、12.5%和20.8%;加强中、长期土地利用规划、植被建设和水土保持是应对全球变化的基本方略.     

疏勒河流域生态系统服务供需空间匹配特征

生态系统服务与人类可持续发展紧密相连，研究区域生态系统服务供需特征，了解其空间匹配状况是实现生态资源有效配置和推动区域生态安全的重要前提。基于多源数据，在InVEST模型、ArcGIS和GeoDA软件的支撑下，分析疏勒河流域产水服务、固碳服务、食物服务供需特征和空间匹配状况。结果表明：（1）除产水服务外，疏勒河流域其他各项生态系统服务供给均大于需求，但不同区域和生态系统服务间存在差异。（2）疏勒河流域综合服务供需比为0.063，不同生态系统服务的供需比由高到低依此为：固碳服务（0.1854）、食物服务（0.0078）和产水服务（-0.0043）。（3）产水服务和固碳服务空间匹配类型都主要以低高型空间错位和高低型空间错位为主，食物服务空间匹配类型主要以低低型空间匹配为主，其中产水服务的空间匹配错位现象最严重。     

水生态系统韧性视角下热带雨林地区的蓝绿空间评价——以五指山市南圣河为例

热带雨林地区因特殊的气候特点及空间特征,河流蓝绿空间面临的雨洪压力与人类社会活动压力较大,其韧性建设对于整个生境具有关键性影响。国内外研究聚焦于韧性承洪实践与韧性评估量化,鲜有基于不同生态压力冲击对河流蓝绿空间开展多维韧性评价。文章以南圣河为对象,基于雨洪等自然灾害的脉冲式压力与人类社会对生态系统施加的慢性压力两类情境,构建水生态系统的“压力-脉冲-韧性”模型,通过“构建理论模型―叠合双维承压评价―解析吻合/冲突点―探析韧性策略”的逻辑方法实现特定地域蓝绿空间的评价与优化。研究发现：1）生态系统服务价值越高,调节功能越高,蓝绿空间韧性越强。2）突发性脉冲方面,在极端日降雨量增加情景下,河流水系的缓冲半径与水源类型密切相关,水库受到水安全威胁的风险大于河流,地表的径流曲线数值（简称CN）一般与历史经验相关。3）慢发性压力方面,韧性压力与城市人口密切相关,人口越密集,韧性压力越大;且不同季候的游憩密度与丰枯期存在分异,丰水期雨洪威胁大,游憩密度低,枯水期雨洪威胁小,游憩密度高。