《Journal of Environmental Management》：A multi-strategy percolation framework for road network robustness under projected sea-level rise
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卡塔尔道路网络在三种渗透策略下的海平面上升（SLR）稳健性分析表明，基准稳健性要求移除超23%的边才能将巨弱连通组件（GWCC）缩减至50%。节点强度（NS）优于基于中心性的方法，证实其在关键要素识别中的优势。研究揭示SLR对网络稳健性的削弱超过直接淹没影响，且网络结构在显著SLR下仍能维持完整性。该方法框架支持从城市到国家的多尺度、多情景应用，输出可量化优先级的关键路段和韧性基准，为沿海基础设施适应气候变化提供决策工具。
Mohammad Zaher Serdar | Abdel Rahman Marian | Eyad Masad
德克萨斯A&M大学卡塔尔分校机械工程系，邮政信箱：23874，多哈，卡塔尔
摘要
气候变化，特别是海平面上升（SLR），对交通网络构成了长期的重大威胁，因此需要确保其具备足够的韧性，以作为长期抗灾能力的重要组成部分。本研究采用了不同的渗透策略（随机策略、基于邻近性的策略和有针对性的策略），来评估和比较在不同海平面上升情景下道路网络的韧性。应用于卡塔尔的道路网络后，分析结果显示该网络具有较高的基线韧性——即使移除了超过23%的边，也能将“巨型弱连通分量”（GWCC）的比例降低到50%。在有针对性的渗透策略中，节点强度（NS）在识别关键元素方面表现优于基于介数中心性的策略，这进一步证明了其在优先考虑保护措施方面的实用性。基于邻近性的移除策略表明，即使在严重的海平面上升情景下，卡塔尔的道路网络也能保持结构上的完整性。韧性的下降程度超出了被淹没道路的直接影响，这意味着海平面上升对网络的影响不仅仅局限于表面被水淹没的区域。该框架的灵活性支持多种应用场景，从渐进式的海平面上升情景到跨地理尺度的比较评估，从单个城市到整个国家。可操作的成果包括关键路段的排名以及基于情景的韧性基准，这些基准可用于指导有针对性的升级措施（如防护/抬高、冗余设计）、维护优先级制定以及沿海适应规划。这种可转移的方法为政策制定者、工程师和研究人员提供了一个实用工具，用于评估基础设施的抗灾能力以及沿海地区及其他地区的气候适应性规划。
章节摘录
引言与背景
气候变化（CC）由自然变异性和人类活动共同驱动，正在改变工程系统和生态系统设计所依据的条件，导致极端事件的频率和强度增加，同时地球的平均参数（如温度和海平面）也在逐渐发生变化（Donatti等人，2024年；IPCC，2023a年；Serdar等人，2024年；UNDRR，2020年）。对于基础设施系统而言，海平面上升（SLR）尤其令人担忧，因为它既是一个渐进的过程，
方法论
要进行大规模的海平面上升风险下道路网络韧性评估，需要采用多步骤的方法。首先，利用交通部（MOT）开发的Qatar Strategic Transportation Model（QSTM）和VISUM软件，获取道路网络的全尺寸仿真模型，以建立基准网络和权重。接着，制作高分辨率的海平面上升风险地图，用于识别受影响的路段并提取剩余部分
结果与讨论
结果部分探讨了在不同渗透策略下卡塔尔道路网络的韧性。研究强调了不同的图论指标如何帮助识别关键网络元素并确定其保护或免疫的优先级。同时，也分析了海平面上升对网络韧性的影响。值得注意的是，尽管当前的分析基于静态网络拓扑结构，但这是一种方法论上的选择，旨在建立初始的脆弱性基准
结论
本研究提出了一个框架，用于评估道路网络（作为有向加权图）在正常条件和模拟的海平面上升（SLR）情景下的韧性，采用了三种渗透策略：随机移除、基于邻近性的移除以及基于图论指标的有针对性移除。将该方法应用于卡塔尔的道路网络后，获得了关于这一关键基础设施韧性的宝贵见解，无论是当前情况还是面对长期渐进变化时
CRediT作者贡献声明
Mohammad Zaher Serdar：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、资源准备、方法论设计、调查实施、形式化分析、数据整理、概念构思。
Abdel Rahman Marian：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、资源准备、方法论设计、调查实施、形式化分析、数据整理、概念构思。
Eyad Masad：撰写——审稿与编辑、项目监督、资源协调、项目管理
关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本研究报告的过程中，作者们使用了ChatGPT4工具来检查语法并提升文章的可读性和语言表达。使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对出版物的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者衷心感谢卡塔尔交通部的宝贵支持，这对研究的顺利完成起到了关键作用。此外，本研究还得到了卡塔尔研究、开发与创新委员会（QRDI）[NPRP14C-0920-210017]的资助。本文内容仅代表作者个人观点，不一定代表卡塔尔研究与发展委员会的官方立场。
