基于灾害链理论的山地城市雨洪适灾空间建构——以巫山县早阳新区城市设计为例

毛华松 张立立 罗评

1 灾害链基础理论及相关研究进展

受全球气候变化影响，极端天气气候事件及其次生衍生灾害的发生频次呈上升趋势，自然灾害的突发性、异常性和复杂性有所增强[1]。雨洪灾害成为中国城市最频发的灾害类型之一。仅2018年，全国洪涝和地质灾害共造成3 526.2万人次受灾，直接经济损失1 060.5亿元①。而受特殊生态环境敏感性与脆弱性的影响，山地城镇建设面临更多、更复杂的问题与矛盾[2]。其中山地雨洪及其后续次生灾害链的关联、放大，更是给城市居民生命、生活与生产造成严重影响，因此强化对雨洪灾害链的认知与应对，提升山地城市雨洪的适灾能力，显得尤为迫切。

1.1 灾害链基础理论

“链”是自然界各种事物之间的联系、转换、运动的方式之一,从生物链、食物链、分子链到灾害链都是“链”式关系中的一种。灾害链（disaster chain）为厘清多灾种之间的链式孕育发生过程及提升城市防灾减灾能力建设、进而促进城市“从应对单一灾种向综合减灾转变”[3]，有着积极的理论与实践借鉴意义。国外学界较早运用“灾害损失破坏链”的概念[4]，并认为“灾害之间的制约联系使得灾害系统的复杂性加深”[5]。中国自然灾害体现出历史长、数量大、连续性强的特色。东汉班固《汉书·卷六十七》记载：“建始以来，日食地震，以率言之,三倍春秋,水灾亡与比数”[6]，又有光绪《长兴县志》记载：“风雨骤至，天目山水冲溢，太湖水泄不及，田禾受灾独重”[7]等对历史灾害链引发灾情加剧的记录。针对灾害的连发性， 国内学者首次提出“一系列灾害相继发生现象”的灾害链概念与过程界定[8]，并意识到灾害链会“形成一个复杂的灾情传递与放大过程”[9]；灾害链具体表征为“由一种灾害引发出一系列灾害，从一个地域空间扩散到另一个更广阔的地域空间，呈链式有序结构的大灾传承效应”[10]，直至最终“给人类社会造成损坏和破坏”[11]。由于灾害呈现链式结构不断演化的态势，所造成的危害和影响远比单个灾害事件严峻，如何有效地减少灾害链连锁效应带来的损失，综合提高城市空间适灾能力，已逐渐拓展为城市生态和人居环境面临的热点问题。

1.2 灾害链相关研究进展

相关研究方面，灾害链的不同类型、成链机制及其断链减灾研究是当前灾害链研究的重要学术方向。国外基于灾害链理论指导城市防灾减灾能力建设的研究视野较广泛，包括运用Weibull模型模拟洪水淹没频率及范围[12]，以GIS为基础开发空间决策支持系统选择城市防灾规划空间[13]等方面。中国对灾害链形成机制与成链要素，即致灾因子、孕灾环境和承灾体分析的研究文献较多，包括：建立区域台风灾害链风险防范模式，明确致灾因子对灾害链形成过程、损失分布和风险评估的影响[14]；在流域灾害基础上提出基于人—地关系地域系统调控的区域减灾措施，探讨特定孕灾环境下承灾体减灾机制[15]；也有学者对城市减灾对策方面进行研究，如基于能量角度切断地震引发的次生山地灾害链的方法[16]，采用断链、削弱等策略对地质灾害链进行防治[17]，研究高寒、强震山区泥石流堵塞大河的沟谷灾害链判断依据，提出线路工程减灾对策[18]。既有研究积累均是当前城市防灾减灾建设的积极探索。

1 山地雨洪灾害链形成机制Formation mechanism of mountainous rainfall flood disaster chain

具体到雨洪灾害链，其类型及影响后果的研究，包括在流域孕灾环境研究、雨洪灾害链本体建构、雨洪灾害防治等方面已有较多认知，如从孕灾环境出发划分流域暴雨径流灾害链等[19]，构建暴雨—洪涝灾害链的统一描述模型实现灾害链领域本体的可视化[20]，以多尺度空间下的水文模拟过程为依托，建构应对山地城镇雨洪灾害防治框架体系[21]等，这为山地雨洪适灾空间建设提供了基础理论借鉴。因此，在已有研究基础上深入分析雨洪灾害诱发的长序列山地灾害连锁反应，掌握雨洪灾害链演变规律及灾种内在联系，对链式放大效应进行控制，进而改变以应对单一雨洪灾害或孤立以地质灾害治理为目标的传统减灾规划，具有意义明确的科学性和先进性，也是提升山地城市减灾能力、构建适灾空间体系的新方向。

2 山地雨洪灾害链形成机制

由于灾害是与地域环境复合作用的产物，因此灾害链也就因区域而体现出不同的特征。山地地质地貌多样、水文条件复杂，城市空间环境受其影响呈现多种复合状态与易损特征，加之人为活动干预，雨洪灾害极易进一步引发山洪、泥石流、山体滑坡等一系列灾害连锁反应。仅重庆市，近几年就接连发生“6.24巫山江东嘴滑坡涌浪”“6.24合川暴雨—山洪—山体滑坡”等灾害链现象。而山地城市孕灾环境的复杂性，致灾因子的多样性和承灾体的多变性，使得灾情在链式反应过程中不断扩大，形成多灾种耦合的灾害链体系（图1）。其内在关联性主要表现在强降雨对灾害链的激发驱动与次生山地灾害对灾情的累积扩大两方面。

2.1 强降雨对灾害链的激发驱动

强降雨、集中性降雨和持续性降雨等气象是山地雨洪灾害链发生的激发因素。一方面通过自身特征（强度、时长、降雨量等）与脆弱的山地环境相耦合，形成城市雨洪灾害，另一方面，诱发一系列次生山地灾害；形成雨洪灾害链。在山地雨洪灾害链中，雨洪为后续的次生灾害提供物质条件、动力作用，形成一定的成灾环境，亦是次生灾种的孕灾灾种。以典型西南山地城市重庆市为例，潮汛期降水较多且集中，多年平均降水变化丰富，水文活跃期较集中，平均降雨量基本在1 200 mm左右，而快速城镇化和“热岛效应”等小气候的影响对暴雨的诱发作用益发明显。且受地形地貌的分割，西南山地城市呈现坡度起伏大，江河纵横，水文过程复杂的脆弱状态，加上山洪、滑坡、泥石流等山地灾害发育点广泛，当强降雨等雨洪致灾因子对山地孕灾环境进行冲击，地表径流流速加快，缩短了暴雨时期地表雨水汇集的时间，高强度的水文动力导致地表物质加速运动，并致使山地表层在短时限内遭受高强度破坏，同时引发更高破坏力的次生灾害。

2.2 次生山地灾害对灾情的累积扩大

灾害链的形成过程中,能量不断聚集,导致破坏威力和灾害范围扩大,具有灾情放大效应[22]。山地特有的能量梯度使之成为山洪、崩塌、滑坡、泥石流等灾害的天然发育区，“雨洪→山洪→崩塌或滑坡→泥石流灾害链”与“雨洪→碎屑流→高含沙山洪灾害链”等不同链式路径并行齐发，对单一的城市防灾体系造成毁灭性打击。据统计，西南山地因雨洪灾害引发的崩塌、滑坡、泥石流等次生山地灾害占全国30%～40%及以上，其灾害特征呈现暴发突然、历时短暂和破坏力大等特点。且随着城市化的进程，土地覆盖下垫面硬化，城市受纳水体萎缩，区域保水能力下降，增大了城市排涝压力，造成了近年来城市承灾空间易损性直接提高。这些次生山地灾害通过不断的冲击、破坏、甚至倾覆易损性上升的城镇、村落空间，损毁道路、桥梁等市政设施，堵塞河道和水库，造成严重的人员伤亡、财产流失、生态系统破坏和建成空间损毁，严重危害山区人民生命财产与山区经济发展。

综上所述，基于山地雨洪灾害链的形成机制与演绎过程探索，孕源减灾与削弱雨洪反应是提升城市空间适灾能力的重要切入点。因而本次研究对象拟结合巫山县早阳新城城市设计，深入探讨山地特殊环境下的断链减灾策略，以此归纳山地城镇高效科学的适灾空间体系。

3 基于断链减灾的山地城市雨洪灾害适灾空间建构

巫山县境内长江横贯东西，大宁河、抱龙河等7条支流呈南北向强烈下切，地貌上呈深谷和中低山相间形态，构造地质背景复杂[23]。全县年均降水量1 516 mm②，降水量充沛；已查明的各类地质灾害隐患点有968处，是重庆灾害最严重的区县之一。受地层岩性、地质构造、水文条件、潮汛期等诸多因素的影响，早阳规划区滑坡、危岩、泥石流、塌陷等灾害点发育多分布广，山地雨洪灾害链孕育环境成熟。本文笔者从“雨洪灾害链断链”和“城市空间减灾”等方面入手，寻求不同尺度的人地关系下山地城市空间适灾性的整体优化，也为城市防灾减灾提供空间布局上的依据，达到减灾的目的。

表1 孕灾环境影响因子评估Tab. 1 Assessment of environmental impact factors

3.1 孕灾因子提取与孕灾环境敏感性评估

基于早阳新城岭谷地貌与流域现状特征，遵循因子的可计量、关键性、代表性原则，提取水文与地质2个主导孕灾因素，依据其分项特点，选取对孕灾环境影响显著的流域汇水、高程、坡度、现状土地利用、地灾评估等因子。用特尔斐法（Delphi Method）确定单因子内部各组分的适宜性评价值，评价值越高，敏感性越强[24]。各分值代表敏感意义如下：划分为极高敏感、高敏感、中敏感、低敏感4个等级，各用分值7、5、3、1代表，其分值对应的区域分别为极高敏感区、高敏感区、中敏感区和低敏感区。并利用专家打分法和层次分析法相结合的方法[25]赋予各影响因子以相应的权重（表1）。

1）流域汇水：早阳水系发育的条件充分，汇水面积达12.4 km2，流域面积达3.8 km2。每逢夏季常遭受强降雨天气。将水系自身及缓冲区范围作为分级标准，依次划分不同等级的水域区。2）高程：早阳属于典型的川东平行岭谷地貌，内部坡谷起伏大、多陡崖切坡，高程越高，敏感性越强，根据GIS分析得出其不同高程分布情况。3）坡度：早阳内部沟系发达，普遍存在山谷、沟坡坡度大于35°的现象。将坡度划值分级，坡度越陡，区域的敏感性越高。4）现状土地利用：当前基地利用类型主要为湿地水域、农林用地、村镇建设用地和工业公路用地等。根据不同类型在孕灾环境中起到的影响不同，划分出不同的敏感性等级。5）地质灾害：早阳地灾发育点较多，广泛分布于陡坡、冲沟等地段。依据现状国土部门地灾评估图，划分不同级别的地灾易发区。

2 孕灾环境敏感性分析图Disaster-formative environments sensitivity analysis diagram

3-1 雨洪频发高风险区域High-risk areas with frequent rainfall flood3-2 城市雨洪廊道Urban rainfall flood corridors

综合运用ArcGIS因子栅格按权重叠加求和，得到规划区最终的孕灾敏感性评价图（图2），并将结果分区归类。结果显示，极高敏感区和高敏感区主要分布于大宁河两侧、冲沟地带、山脊、山体陡坡、地灾高发区等区域，受自然地貌影响严重，属于重点防治地段。这些地段虽分布较为分散，但对维护生态系统多样性、加强城市生态安全具有重要作用。需在孕灾环境敏感性评价基础上指导城市断链减灾策略的实施。

3.2 雨洪灾害下的山地多尺度空间断链减灾策略

3.2.1 宏观尺度：基于流域水文的孕源断链

要促进宏观层面上流域环境与城市防洪排涝建设的高度契合，系统地解决雨洪灾害链问题，必须依据敏感性评价及流域汇水分析，识别雨洪频发高风险区域，梳理不宜建设的极高敏感性区，建构城市雨洪廊道体系，形成基于流域尺度的孕源断链策略。早阳生态环境脆弱，灾害频发，本研究首先将孕灾环境敏感性分析与城市雨洪径流汇水过程进行叠合，得到4个主要的雨洪径流汇集区域（图3-1）。其中早阳村汇水单元、龙家屋场汇水单元、黄家湾汇水单元和白水河形成大面积连续的汇水带，且由于汇水带集中于冲沟、山脊等地势陡峭地段，进一步诱发次生灾害的潜在风险极大。其次，早阳保留原有的孕灾敏感性极高的4条天然汇水带，并预留水域两侧敏感性极高的生态范围，规划形成滨湖公园廊道、白子溪—冲沟廊道、大宁河北岸廊道等4条最主要的城市雨洪廊道，最大限度地为雨洪的排泄提供自然生态环境；在城市建成区形成高铁景观廊道，加速城市高密度中心区滞留雨水的排放；预留早阳东侧高孕灾敏感性的自然山林形成地灾生态廊道，减少雨洪对城市生态环境的破坏。最终从流域生态视角形成调蓄城市雨洪的整体格局（图3-2），降低雨洪因子对孕灾环境的影响，减少雨洪成灾。

3.2.2 中观尺度：基于簇群结构的弹性空间构建

城市实体空间自身的适灾能力是应对雨洪灾害风险的核心。依据孕灾环境敏感性评估，重点识别山地灾害重点防御区域，针对适宜建设或适度开发的低敏感和中敏感区域，提出弹性适灾的簇群空间体系策略，采用“大分散、小集聚”的用地布局降低次生山地灾害的输出能量。1）叠加孕灾敏感分析与早阳地灾评估可得高敏感性高风险的次生山地灾害高发区（图4-1）。从结果看出，早阳滑坡带集中于大宁河北岸、大风包、冯家湾等区域，而白子河、两侧冲沟和陡坡断崖处等形成泥石流发育带，崩塌孕育点散布，山洪易发带主要位于白子溪流域。这些灾害易发带具有强烈的不稳定性，并存在成灾高发风险；2）建构适应城市发展与抵御洪涝灾害的弹性空间模式，有效强化承灾体的空间格局与适灾能力。采用主动介入式处理手法，规划城市主要干道、高铁线、环城路等城市交通线体系均对高敏感性的灾害易发带进行规避，构成弹性适灾城市的基础骨架；又利用山体、冲沟等屏障作为生态缓冲空间，布局有机分散的簇群空间结构模式，在次生山地灾害防治区域范围外形成生态居住簇群、高铁枢纽簇群、湖湾综合簇群、滨湖活力簇群等三区六组团空间“簇群”城市形态（图4-2），防止出现单个簇群受灾而整个城市片区功能瘫痪的局面，使灾害链对城市整体空间的破坏输出降到最低。

3.2.3 微观尺度：基于链式路径的承灾体适灾强化

4-1 次生山地灾害高发区域Areas with high incidence of secondary mountain disasters4-2 簇群结构图Cluster structure diagram

5 多层级山地链式截洪体系Multi-chain mountain intercepting flood system

对于城市建设中地势相差大、山地特征明显的地段，还需承载具有绿色基础设施（Green Infrastructure，简称GI）与低影响开发（Low Impact Development，简称LID）功效的城市市政工程设施[26]。重力势能影响下雨洪灾害链成链概率极高，需最大化地削弱链式路径逐级累积的水文动力，系统建构基于雨洪路径的山顶消力—山腰减速—山底排洪的多层级山地链式截洪体系（图5），强化承灾体的适灾能力。在早阳城市设计中，通过竖向设计设立多层级的截洪体系，注意对于山体地形的优化利用。1）山顶区在地形坡度较大的地方采取分台处理，同时加入低影响开发的雨洪拦截设施如重力式排洪沟等，从源头处削减雨洪重力势能，降低大坡度带来的地表径流量；2）利用山腰区护坡的生态消力坡削弱地表水文动力，降低水文过程速度，设置半填半挖形式的集水渠，对山体坡面漫流进行汇集[27]，减少雨洪对地灾易发区和城市簇群片区的冲击能量；3）通过山坡脚排洪沟等的利用，进一步减轻暴雨时期排解入大宁河及白子溪流域的雨洪量，降低流域范围出现山洪等破坏力度极大的次生灾害的发生风险。

4 结语

地质脆弱、气象多变、生态敏感的山地区域为孕育破坏力强的雨洪次生山地灾害提供条件，面对频发的雨洪灾害，山地城市如何适应潜在的灾害影响，如何将灾害链现象研究应用于规划实践中，是城市发展中迫切需要解决的现实问题。笔者基于雨洪灾害链思路下的城市设计拓展了传统城市减灾规划的外延，突破了以往将城市雨洪灾害或山地灾害作为单一灾源应对的局限，强调了雨洪灾害链防治对于城市防灾减灾规划的意义。文章采取的山地多尺度空间断链减灾策略，对于提高城市雨洪适灾能力具有较好的可行性，希望可为当前生态环境脆弱、雨洪灾害频发的山地城市适灾工作提供有益借鉴。

注释(Notes)：

① 应急管理部、国家减灾委办公室发布。

② 根据2017年巫山县国民经济和社会发展统计公报。

图表来源(Sources of Figures and Table)：

文中图表均由作者制作绘制。