一种综合性的方法，用于评估和优先考虑社会-物理洪水缓解规划，以提高社区的韧性

《Reliability Engineering & System Safety》：An integrated approach to evaluating and prioritizing socio-physical flooding mitigation planning to enhance resilience in a community

本文针对洪水灾害中物理与社会影响割裂评估的问题，构建了整合物理耦合仿真、多维度策略及综合效能评价的数学模型，在预规划阶段优先制定兼顾基础设施恢复与社会需求满足的缓解策略。

　　

姜杰|杨一帆|陈宇迪

南京航空航天大学管理科学与工程学院，中国南京211106

摘要

基础设施的物理功能与社会功能之间的显著相互作用强调了制定缓解策略的必要性，这些策略需要平衡日益增加和加剧的灾害所带来的物理和社会方面的考虑。然而，现有的模型通常要么单独评估物理影响或社会影响，要么将社会脆弱性指数作为恢复目标函数中的修改参数，未能在策略制定过程中明确协调和整合社会影响，并在社区内部以同等细节程度评估物理和社会策略的有效性。为了填补这一空白，本文开发了一个综合数学模型，用于洪水灾害预防规划阶段的缓解策略制定和优先排序，旨在减轻物理性能下降以及居民满足其多样化社会需求的能力损失。该模型的优势在于其精细的物理协同模拟模型，能够生成主动的洪水情景；其多维策略制定能力考虑了积水特性、链接级交通性能指数（TPI）以及通过介数可达性（BA）量化的居民适应性路线行为；并且能够以综合方式评估物理和社会效果，以减轻灾害带来的影响。

引言

极端降雨事件的频率增加对社区构成了重大威胁。此类事件引发的大规模淹没可能导致严重的物理和经济破坏，并由于基础设施系统及其所依赖的社会服务的中断，对社区造成显著的社会负面影响。例如，在灾害情景中，基础设施中断或建筑物损坏可能导致机构功能丧失（如商业、医疗和教育服务）[50]，并增加居民获取关键服务的难度和延迟时间[16]。作为回应，居民会适应不利的物理后果，自发改变社会行为，减少特定需求，重新规划路线，推迟或取消洪水事件期间的出行。在极端情况下，他们可能会从受影响的社区迁移或聚集在指定的社区避难所，这加剧了基础设施需求的空间不平等，并进一步考验基础设施系统的承载能力[2]。基础设施管理者应迅速识别居民社会需求的变化，重新配置基础设施系统，并制定干预策略，以减轻不同社会经济背景人群所承受的社会负担，恢复社区的功能[44]。

洪水在物理和社会维度上的相互影响迫使社区和相关利益相关者制定综合和平衡的政策，以提高灾害前后的社区韧性。基础设施相关机构习惯于加强其系统以减少中断，根据历史记录或情景分析识别基础设施的物理脆弱性，并制定效率驱动的策略。相比之下，社区管理者则侧重于公平视角，寻求维护社会福祉，防止不适当的缓解策略带来的意外不平等。有时，从社会维度来看，看似能最大程度改善物理状况的策略可能并不能带来预期的改善，在最坏的情况下，甚至会加剧社区的社会不平等[21,52]。这种冲突需要理解洪水灾害期间基础设施系统的物理和社会功能之间的关系，并制定结合和平衡社会-物理考虑的缓解策略。通过区分和量化个人满足社会需求的能力，并解决具有不同社会经济和人口背景的人群之间的福祉风险差异，有助于社区管理者重新定义基础设施恢复目标，平衡基于效率的优先事项和以公平为导向的优先事项，推动市政价值的转变，从以基础设施为中心转向以人为中心。

尽管已有研究探讨了洪水灾害对社区造成的社会-物理影响，但在制定灾后缓解策略时整合社会-物理影响并在物理和社会维度上评估其有效性方面尚未得到充分探索。忽视综合的社会-物理考虑往往会导致缓解和恢复策略的制定不足，以及对其有效性的评估不够充分[41]。虽然有一些研究在优化缓解和恢复策略时将社会脆弱性指数作为社会考虑因素与物理和经济目标结合起来[13,20]，但这些工作仅涉及社会方面的考虑，仍未从源头明确量化和社会影响在策略制定阶段的作用，也没有从综合的社会-物理角度评估和制定缓解策略，因此在平衡社区内物理脆弱性和社会需求方面所做的努力有限。为了填补这一空白，本文提出了一个综合数学模型，用于洪水灾害规划阶段的缓解策略制定和优先排序，旨在减轻物理性能下降以及居民满足其多样化社会需求的能力损失。

本文的其余部分组织如下：第2节回顾了关于社会-物理影响评估以及缓解和恢复策略有效性的文献，并指出了剩余的研究空白。第3节解释了社会-物理缓解策略制定和优先排序的方法论。第4节以香港湾仔区的街道洪水事件为例，展示了所提出模型的应用。最后，第5节给出了讨论和结论、管理意义以及未来研究的方向。

章节片段

洪水灾害后的社会-物理影响评估

由于社区韧性不仅包括基础设施系统的运行连续性，还依赖于它们在确保社会服务可及性方面的关键作用，因此已经开发了多种方法来研究基础设施中断的物理影响和社会后果。大量研究集中在评估物理影响上，以评估洪水事件中的基础设施系统退化和恢复动态。

方法论

所提出的方法论包括图1中的三个模块：i) 由极端降雨引起的社会-物理洪水影响的评估；ii) 来自社会和物理维度的缓解策略的制定；iii) 在社区层面综合评估候选的社会-物理策略。该方法旨在根据预期实施后的社会-物理效果来评估和优先排序洪水缓解策略，从而

示范案例

在本节中，我们展示了上述方法论的有效性，该方法专注于评估和优先排序社会-物理缓解策略，以提高香港某个社区在强降雨事件后的韧性。

讨论与结论

本文提出了一个综合数学模型，用于洪水灾害预防规划阶段的缓解策略制定和优先排序，旨在恢复被淹没的道路运输系统的物理性能，同时减轻其对社区内具有不同社会经济特征的居民满足其社会需求的影响。该模型利用了特定领域的基于物理的协同模拟模型来捕捉

未引用的参考文献

[3,22,23,37,47,51,56,[59], [60], [61]

CRediT作者贡献声明

姜杰：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件、方法论、形式分析。杨一帆：撰写——审稿与编辑、监督、方法论、资金获取、形式分析、数据整理、概念化。陈宇迪：撰写——审稿与编辑、监督、方法论、资金获取。