朱海燕 尤秋菊 郝敏娟

1.首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 2.北京城市系統(tǒng)工程研究中心

近年來，極端天氣頻繁出現(xiàn)，城市內(nèi)澇災(zāi)害問題日趨嚴(yán)重，內(nèi)澇不但淹沒道路，而且對城市的基礎(chǔ)設(shè)施帶來巨大的考驗(yàn)，出現(xiàn)高壓天然氣場站被淹、路面塌陷壓斷地下管線、地鐵倒灌等現(xiàn)象[1]。地下軌道交通系統(tǒng)等城市典型基礎(chǔ)設(shè)施，是城市正常運(yùn)行和市民正常生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)保障[2]。北京作為我國的首都以及國際化大都市，經(jīng)常受到暴雨內(nèi)澇災(zāi)害威脅，地下軌道交通受到內(nèi)澇災(zāi)害的潛在威脅日益凸顯[3]。

為了對近年來發(fā)生的地鐵暴雨內(nèi)澇災(zāi)害進(jìn)行研究，筆者在選擇北京地鐵系統(tǒng)作為研究對象的基礎(chǔ)上，通過查閱文獻(xiàn)、實(shí)地考察等方式選取脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)并建立暴雨內(nèi)澇情景下地下交通軌道脆弱性評(píng)價(jià)體系，進(jìn)而分析并評(píng)價(jià)暴雨這一致災(zāi)因子對城市地下交通軌道脆弱性的影響，從而為地下交通軌道有針對性地對暴雨內(nèi)澇引發(fā)的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防和治理提供參考依據(jù)。

1 研究方法及數(shù)據(jù)

1.1 研究方法

在自然災(zāi)害及氣候變化領(lǐng)域，脆弱性被用來表示系統(tǒng)易受破壞、傷害的特性，反映承災(zāi)體受影響的程度，暴露、敏感性和適應(yīng)性被認(rèn)為是脆弱性的三個(gè)主要方面[4]。在自然災(zāi)害領(lǐng)域中，從微觀角度來看承災(zāi)體的脆弱性結(jié)構(gòu)，主要包括承災(zāi)體的敏感性，災(zāi)害發(fā)生后研究系統(tǒng)表現(xiàn)出抵抗災(zāi)害的能力以及系統(tǒng)恢復(fù)力[5-6]。Gallopin[7]認(rèn)為研究系統(tǒng)脆弱性主要由系統(tǒng)敏感性及響應(yīng)能力構(gòu)成。

承災(zāi)體脆弱性的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以表示為：

式中：

V—承災(zāi)體脆弱性；

S—承災(zāi)體敏感性；

R—研究區(qū)域應(yīng)災(zāi)能力。

1.2 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)

中心城區(qū)地鐵交通線路及與中心城區(qū)聯(lián)系緊密區(qū)域的地鐵線路，主要包括1號(hào)線、2號(hào)線、4號(hào)線、5號(hào)線、10號(hào)線及13號(hào)線，共計(jì)142座車站。因地鐵車站出入口數(shù)量過多，本研究為了統(tǒng)計(jì)方便，分別從1開始對每條地鐵線路出入口進(jìn)行編號(hào)，由于10號(hào)線地鐵出入口較多因此將其分成兩段來進(jìn)行編號(hào)分析。

2 城市地鐵暴雨內(nèi)澇災(zāi)害脆弱性指標(biāo)體系

2.1 可供選擇的指標(biāo)因素

在考慮地下交通軌道的特點(diǎn)及結(jié)合前人研究的基礎(chǔ)上認(rèn)為以下因素可作為地下交通軌道暴雨內(nèi)澇災(zāi)害脆弱性指標(biāo)[8-11]，見表1。

表1 地下交通軌道暴雨內(nèi)澇災(zāi)害脆弱性指標(biāo)體系

2.2 指標(biāo)體系的建立

地下軌道交通系統(tǒng)具有隱蔽性的特點(diǎn)，出入口可以看做是暴露于暴雨內(nèi)澇災(zāi)害中的唯一部分，因此,將地下軌道出入口屬性作為評(píng)價(jià)暴雨內(nèi)澇災(zāi)害脆弱性的指標(biāo)。地下軌道交通系統(tǒng)暴雨內(nèi)澇災(zāi)害下的脆弱性隨著其抗洪能力的增強(qiáng)而降低。

（1）承災(zāi)體敏感性。根據(jù)調(diào)查可知北京市地下交通軌道出入口的類型有4種，分別為敞開式、隱蔽式、封閉式以及部分線路屬于高架類的。敞開式出入口直接暴露在外，封閉式出入口上方設(shè)有遮雨棚，隱藏式出入口主要與火車站、商場等相連，隱藏在建筑物中，敏感性由高到低。其中，地鐵車站屬于高架類的敏感性也較低，將其作為封閉式入口計(jì)算。

（2）研究系統(tǒng)應(yīng)災(zāi)能力。地下軌道交通系統(tǒng)的應(yīng)災(zāi)能力，主要考慮自身應(yīng)災(zāi)能力以及區(qū)域應(yīng)災(zāi)能力兩個(gè)因素的影響。其中，自身應(yīng)災(zāi)能力主要是指其所屬區(qū)域的排水系統(tǒng)的排水能力的大小。同一區(qū)域內(nèi)，各出入口的應(yīng)災(zāi)能力主要取決于市政雨水排水系統(tǒng)的排水能力，也即主要考慮市政排水泵站的密度分布，管道的達(dá)標(biāo)率兩個(gè)因素的影響。此外，區(qū)域應(yīng)對暴雨內(nèi)澇災(zāi)害的能力一定程度上取決于政府的支付能力也即政府單位區(qū)域面積的財(cái)政收入水平。以上各指標(biāo)數(shù)學(xué)表達(dá)式分別為：

政府支付能力=財(cái)政收入/區(qū)域面積；

泵站密度=區(qū)域內(nèi)排水泵站數(shù)量/區(qū)域面積；

管道達(dá)標(biāo)率=管道長度/區(qū)域面積[12-14]。

北京市地下軌道交通出入口的排水系統(tǒng)由排水溝和排水泵組成，因?yàn)樵缙诒本┏鞘信潘到y(tǒng)的設(shè)計(jì)沒有一定規(guī)范或者設(shè)計(jì)記錄。因此，筆者假設(shè)北京市市政排水管網(wǎng)的排水量主要按照50年一遇的暴雨重現(xiàn)期設(shè)計(jì)[13-14]。

（3）建立指標(biāo)體系并確定權(quán)重。依據(jù)指標(biāo)的選取標(biāo)準(zhǔn)，通過資料查詢、專家咨詢及項(xiàng)目組討論等方法，對初始指標(biāo)進(jìn)行分析篩選，建立城市地下交通軌道脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用屬性層次分析法（AHM）給各個(gè)指標(biāo)賦權(quán)重。首先利用AHP方法構(gòu)建判斷矩陣（aij）1≤i,j≤n，aij值可由1～9比例標(biāo)度確定。再將矩陣(aij)1≤i,j≤n由公式（2）轉(zhuǎn)換為AHM屬性判斷矩陣(uij)1≤i,j≤n，并由公式（3）計(jì)算屬性權(quán)重ωi。

因篇幅限制，本文以承災(zāi)體敏感性影響因子為例，構(gòu)建兩兩比較判斷矩陣，見表2。

表2 承災(zāi)體敏感性判斷矩陣

利用轉(zhuǎn)換公式（1）和公式（2）得到單一準(zhǔn)則下的測度判斷矩陣及相對權(quán)向量，以承災(zāi)體敏感性判斷矩陣為例，見表3。

表3 承災(zāi)體敏感性判斷矩陣

同理，可以得到各影響因素下不同指標(biāo)的權(quán)重值，見表4。

表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重

3 城市地鐵暴雨內(nèi)澇災(zāi)害脆弱性評(píng)價(jià)模型

3.1 分析模型的構(gòu)建

（1）指標(biāo)數(shù)據(jù)定量化與標(biāo)準(zhǔn)化處理。因分析需要對指標(biāo)體系中部分定性數(shù)據(jù)作定量化處理。其中，敞開式、封閉式、隱藏式敏感度賦值分別為3、2、1；無坡度、坡度較小、明顯坡度分別賦值3、2、1。

最后，根據(jù)區(qū)域應(yīng)災(zāi)能力各指標(biāo)的計(jì)算公式對其分別計(jì)算各軌道交通出入口的脆弱性。另外，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理前，要對量綱不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后方能做統(tǒng)一分析。通過分析可知應(yīng)災(zāi)能力各指標(biāo)及敏感性指標(biāo)中的出入口臺(tái)階高度均與地下軌道交通暴雨內(nèi)澇情景下的脆弱性呈負(fù)相關(guān)，因此，將其做以下標(biāo)準(zhǔn)化處理：yij=min(xij)/xij。其中，xij，yij分別表示指標(biāo)的原始值和標(biāo)準(zhǔn)值；min(xij)則為該指標(biāo)中的最小值。

（2）脆弱性指數(shù)計(jì)算。針對指標(biāo)的不同，本研究在計(jì)算承災(zāi)體的脆弱性值時(shí)利用指標(biāo)求和的方法，將公式（1）改寫為：

式中：

V—脆弱性指數(shù)；

S—敏感性指數(shù)；

R—應(yīng)災(zāi)能力指數(shù)；

W—相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重值。其中，S和R的計(jì)算公式分別為：S=Si×Wi，i=1，2，3；R=Rj×Wj，j=1，2，3

其中，Si是第i個(gè)敏感性指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化后的值，Rj是第j個(gè)應(yīng)災(zāi)能力指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值。

3.2 結(jié)果與分析

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上述公式，得到北京市各地鐵出入口敏感性值、應(yīng)災(zāi)能力值以及脆弱性值，如圖1。

（1）地下軌道各出口敏感性指數(shù)。由圖1可知，北京市地下交通軌道在暴雨內(nèi)澇災(zāi)害情景下敏感性指數(shù)S≤1.5的出入口共計(jì)542個(gè)，占總出入口的96.44%。敏感性較低的出入口主要具有臺(tái)階高度均大于30cm，且多為封閉式或隱藏式出入口的特點(diǎn)。其中，2號(hào)線與1號(hào)線修建時(shí)間較早，有的地鐵出入口完全屬于敞開式的，對暴雨內(nèi)澇災(zāi)害的抵御能力較弱；13號(hào)線又多為高架線路，出入口敏感性基本可以不計(jì)；同時(shí)，后建的地鐵從考慮經(jīng)濟(jì)、安全及方便生活的的角度設(shè)計(jì)，越來越多的地鐵出入口與商場或者地下商城相連，也使得地鐵出入口的敏感性降低。整體而言，各條地下交通軌道敏感性由高到低依次為2，1，4，10，5，13號(hào)線。

（2）各區(qū)域應(yīng)災(zāi)能力比較。由圖2可知，北京市各城區(qū)與應(yīng)災(zāi)能力評(píng)估的相關(guān)因素雖有差異，例如各城區(qū)的政府支付能力相差較大，但是，總體而言各區(qū)域的應(yīng)災(zāi)能力指數(shù)相差不大。

（3）地下軌道各出入口脆弱性分析比較。由圖3可知，北京市地下交通軌道在暴雨內(nèi)澇災(zāi)害情急下的脆弱性較低。脆弱性指數(shù)S≤1.5的出入口有555個(gè)，占總出入口的98.75%，S＞1.5出入口僅7個(gè)，沒有大于2的出入口。根據(jù)分析，北京市各條地下交通軌道脆弱性排序由高到低依次為4,1,2,10,5,13號(hào)線。脆弱性表現(xiàn)最低的為5號(hào)線13號(hào)線，最高的為4號(hào)線1號(hào)線。在出入口脆弱性分析中，發(fā)現(xiàn)5號(hào)線上編號(hào)為41、42的出入口脆弱性較高，為1.4729，對應(yīng)曾經(jīng)發(fā)生過雨水倒灌的地鐵5號(hào)線崇文門站，而4號(hào)線上的西直門站出入口脆弱性也表現(xiàn)的較高，脆弱性指數(shù)約為1.534。綜上，在暴雨內(nèi)澇災(zāi)害情景下5號(hào)線及13號(hào)線最不易受到影響。

圖1 地下交通軌道出入口敏感性

圖2 各區(qū)域應(yīng)災(zāi)能力

4 結(jié)論與討論

（1）本文通過查閱相關(guān)資料、專家詢問等方法考慮地下交通軌道在暴雨內(nèi)澇災(zāi)害情景下自身脆弱性的影響因素，根據(jù)課題組意見初步建立脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)，并利用AHM方法確定各個(gè)影響因素評(píng)價(jià)指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重，以此來分析北京部分地下交通軌道暴雨內(nèi)澇情景下的脆弱性，為各區(qū)暴雨內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)管理提供參考。

（2）通過分析，可知被調(diào)查的北京部分地下交通軌道出入口在暴雨積水災(zāi)害情景下的敏感性較低，特別是新建地鐵的敏感性普遍較低；各區(qū)域抗災(zāi)能力差異性較??；脆弱性表現(xiàn)最低的為5號(hào)線13號(hào)線，最高的為4號(hào)線1號(hào)線，如圖3。

圖3 地下交通軌道出入口脆弱性

（3）地下交通軌道暴雨內(nèi)澇脆弱性的影響因素有很多，同時(shí)，國內(nèi)外對于地下交通軌道脆弱性及風(fēng)險(xiǎn)的研究尚少，因此，目前尚沒有確定的評(píng)估脆弱性的指標(biāo)及權(quán)重值，本文主要通過查閱資料，專家評(píng)估等方法來確定評(píng)估指標(biāo)及權(quán)重，計(jì)算簡單，方便運(yùn)用，通過實(shí)地調(diào)查更具有實(shí)用性，但是可能存在不夠全面及針對性不強(qiáng)的問題。

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