《Nature-Based Solutions》：Modelling hydrological response to nature-based solutions in a mixed land-use catchment
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本文针对混合土地利用流域中自然解决方案(NbS)的水文相互作用机制不明确的问题，通过水动力模型研究了英国Tottle Brook流域的洪水响应。研究发现：上游自然洪水管理(NFM)措施的效益随距离增加而衰减；城市可持续排水系统(SuDS)可显著降低局部洪峰；NFM与SuDS联合实施可产生协同效应，峰值流量降低达23.1%。该研究为IUCN标准下的NbS优化布局提供了科学依据，对完善流域综合管理具有重要实践意义。
随着城市化进程加速，混合土地利用流域的洪水管理面临严峻挑战。传统灰色基础设施虽能局部防洪，但往往治标不治本。近十年来，基于自然解决方案(Nature-Based Solutions, NbS)的范式转变为流域综合管理提供了新思路。然而，农村自然洪水管理(Natural Flood Management, NFM)与城市可持续排水系统(Sustainable Drainage Systems, SuDS)在混合土地利用流域中的相互作用机制尚不明确，这成为制约NbS在城乡结合部有效应用的关键瓶颈。
为破解这一难题，拉夫堡大学的Jonathan Vann团队在《Nature-Based Solutions》发表研究，通过高精度水动力建模揭示了NbS在混合土地利用流域的水文响应规律。研究以英国诺丁汉的Tottle Brook流域为案例，该流域曾因2020年暴雨导致19处房产被淹，是典型的城乡交错带洪水高风险区。
研究人员采用TUFLOW软件构建了耦合1D-2D水动力模型，创新性地将50公里排水管网与300万网格单元的二维地表流场动态链接。模型通过纳什效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency, NSE)验证显示校准期达0.78，验证期0.77，具备优良的预测能力。通过单位响应方法(Unit Response Approach, URA)量化了不同土地利用的洪水贡献度，并设计了四类典型NbS干预情景：渗漏屏障、湿地、径流衰减设施和雨水种植池。
径流来源的土地利用特征
模型量化显示：建筑物对10%年超越概率(Annual Exceedance Probability, AEP)洪峰贡献达29%，道路为26%，透水地表为17%。这表明需要针对多源径流采取集成化NbS策略。
地理子流域的径流贡献
洪水指数(Flood Index, FI)分析发现，子流域对洪峰的影响随测量点位下游移动而动态变化。上游子流域对流域出口洪峰影响微弱，说明NbS布局需考虑目标河段的空间异质性。
上游NFM的效益衰减规律
模拟显示：上游NFM在城乡交界处可实现40%流量削减，但随着urban面积占比超过30%，其效益迅速衰减。这是由于城市径流的快速响应逐渐主导洪峰形成，使NFM的衰减作用退居洪峰退水段。
城市SuDS的多尺度效应
SuDS在街道尺度可实现7%-59%的峰值削减，但到流域尺度仅剩6%效果。局部发现4%的流量增加现象，源于城乡径流再同步化效应，凸显了空间布局的重要性。
NFM与SuDS的协同增效
最具突破性的发现是：在城乡交错带，单独NFM或SuDS仅分别降低流量4%和5.8%，但联合实施可实现19.5%的协同削减。在最佳点位，联合干预的削减率(23.1%)显著高于单独措施之和(17.8%)，印证了"1+1>2"的系统效应。
研究结论深刻揭示了NbS在混合土地利用流域的三重规律：首先，NFM效益具有空间衰减性，需通过精细建模评估真实受益范围；其次，SuDS的尺度效应要求权衡局部与流域效益；最重要的是，打破城乡二元分割的集成化NbS布局能产生显著协同效应。这些发现为IUCN全球标准中"互补干预集成"（准则2）提供了水文力学证据，对推动跨行政边界的流域治理具有重要政策启示。
该研究的创新之处在于首次通过高分辨率耦合模型量化了NFM与SuDS的交互机制，突破了传统研究中城乡NbS割裂的局限。未来研究可进一步探索不同洪水重现期下的NbS性能演变，以及气候变化情景下的适应性设计。总之，这项工作为构建"从源头到河口"的全流域NbS框架奠定了科学基础，对全球快速城市化地区的韧性防洪具有重要指导价值。
