数字水务：城市气候韧性的数字化进程——防洪管理与韧性案例研究

城市气候韧性的数字化进程：防洪管理与韧性案例研究 城市气候韧性的数字化进程： 防洪管理与韧性案例研究 作者 MarinaBatalinideMacedo，伊塔茹巴联邦大学，巴西；JyotiGautam，印度理工学院德里分校，印度；SheilladeCarvalho，荷兰皇家哈斯康宁德和威集团，新加坡；PilarConejos，Idrica公司和瓦伦西亚理工大学，西班牙 翻译 刘非男（福建省水投数字科技有限公司）董雨旸（福建省水投数字科技有限公司）林子淇（福建省水投数字科技有限公司） 审核 郭宇峰（三峡智慧水务科技有限公司）黄旦光（宁波水表（集团）股份有限公司） 致谢 我们谨向OliverGrievson在本白皮书撰写过程中给予的鼓励与支持表示衷心感谢。同时，感谢赛莱默（Xylem）印度及南亚区销售总监ShamChaudhari先生与我们分享韧性建设相关的案例研究。 特别致谢珠海卓邦科技有限公司许冬件为本白皮书中文版提供的排版编辑工作支持。 摘要 本白皮书重点阐述了在应对气候危机的背景下，数字化作为提升城市防洪韧性重要工具所发挥的核心作用。本白皮书旨在将“韧性”概念与可应用于防洪韧性周期不同阶段的多样化数字工具相结合，通过具体案例展示了数字工具在现实场景中的应用实效。 ©2024国际水协(InternationalWaterAssociation,IWA) 由国际水协会出版，并保留所有权利。如需复制或翻译本材料（无论用于销售还是非商业性分发），请通过官方网站(www.iwa-network.org)联系国际水协会媒体办公室。 国际水协会已采取一切合理预防措施核实本出版物所含信息。然而，所出版材料的发布不附带任何形式的明示或暗示保证。对材料的理解和使用责任由读者自负。国际水协会在任何情况下均不对因使用这些材料而造成的损失承担任何责任。 前言 在城市化的步伐不断加快、气候变化影响日益加剧的时代，我们的城市在确保水系统韧性方面正面临着前所未有的挑战。天气模式的不确定性，特别是突发洪水频发，不仅威胁着人类生命安全，也给政府带来了沉重的灾后重建负担。与此同时，我们正与时间赛跑，亟需更多资源以在2030年前实现联合国可持续发展目标（SDGs）。尽管在某些领域已取得了进展，但人口增长等现有挑战的加剧，以及网络安全漏洞等新问题的出现，都增加了如期实现目标的难度。在此背景下，城市亟需提升气候韧性，使其具备抵御、适应气候变化不利影响并从中恢复的能力，同时确保持续提 供关键功能与服务。 水务行业的数字化为增强城市水系统的韧性提供了众多机遇。从实时监测、预测分析，到高级建模和决策支持工具，数字技术使城市能够前瞻预判、主动适应并有效应对气候变化对水基础设施的影响。当前技术方案层出不穷且发展迅速。与此同时，要把握这些机遇，需要跨部门、跨层级的利益相关者通力协作。这要求我们转变城市水管理的范式——拥抱跨学科合作，确立数据驱动的决策机制，并将社区韧性（尤其是那些最易受气候变化影响的社区）作为优先事项。 过去五年中，国际水协会大力推动数字化进程，将其作为弥合研究与实践之间差距的核心举措。这一行动正引领着水务行业的数字化转型之路。国际水协会的数字水务计划正处于这一变革之旅的前沿，通过激发创新与深化合作，致力于应对21世纪严峻的水挑战。 在此期间，国际水协会推出了一系列知识共享成果，以帮助从业者、解决方案供应商和公用事业部门应对数字化带来的挑战与转型阵痛。特别是，我们已发布了10份白皮书，展现了水务行业数字化转型历程中的进展。 我们荣幸地推出这本最新白皮书，聚焦城市气候韧性这一至关重要领域的创新成果，以此丰富我们的系列出版物。本白皮书强调了城市气候韧性与数字水务解决方案之间的协同效应，将其作为保障社区福祉和城市可持续性的重要手段。 国际水协会依托其全球网络开展协作的一大核心优势在于：通过我们的知识共享成果，我们持续呈现多元视角，往往深刻揭示了在迈向数字化成熟过程中规模化推广解决方案的的必要性。这份最新的白皮书也作出了类似的贡献，通过展示来自南美洲、亚洲、欧洲和非洲的多元视角，提供了更为宏观的背景。 国际水协会坚信，知识的创造与共享，连同最佳实践的互鉴，对于推动水务行业的进步至关重要。通过促进合作和推动创新，我们可以共同应对当今紧迫的水资源挑战，为全人类创造一个可持续的未来。秉持这一承诺，国际水协会持续赋能专业人士和群体，以确保全球范围内清洁、安全用水的普及，并全面优化水管理。 KalanithyVairavamoorthy ExecutiveDirectoroftheInternationalWaterAssociation国际水协会执行总裁 目录 1介绍____________________________________________________________________________________7 2城市韧性周期中的数字工具_______________________________________________________9 2.1.个体灾害应急响应________________________________________________________________________________________________102.2.响应/救援_________________________________________________________________________________________________________102.3.恢复（修复与重建）____________________________________________________________________________________________102.4.减灾________________________________________________________________________________________________________________112.5.备灾________________________________________________________________________________________________________________11 洪水案例研究_______________________________________________________________________12 3.1.在数据转型背景下的韧性建设：从数据匮乏到数据密集——加纳GARID项目的经验________________________12 3.2.基于远程广域网的城市洪涝监测预警系统——以巴西伊塔茹巴市为例___________________________________15 3.3.用于防范与管理流域洪水的预警系统——以西班牙埃布罗河流域为例___________________________________18 3.5.基于多传感器的降水监测与临近预报技术在新加坡防洪韧性建设中的应用______________________________23 关键经验教训_______________________________________________________________________26 5结语与建议_________________________________________________________________________26 参考文献____________________________________________________________________________27 1.介绍 为应对快速城镇化、人口增长、气候变化及其他社会政治挑战等日益频发的自然与人为风险，提升韧性已成为全球战略决策的优先事项。就极端天气事件而言，受气候变化影响，洪水和干旱等灾害的频率和强度不断攀升，对民众和社区的影响正日趋严重（Vermij,2023）。 关于韧性的定义与方法繁多，因此在选用具体方法或定义时，厘清自身需求、风险感知及优先事项至关重要。就国际层面而言，公共政策领域最广为采纳 的 定 义 出 自 联 合 国 减 少 灾 害 风 险 办 公 室（UNDRR），并应用于《仙台减少灾害风险框架》（UNDDR,2015）： 根据联合国发布的一份报告显示（CRED&UNISDR,2015），过去二十年记录的绝大多数（90%）自然灾害 都与 气候 相关 。根 据国际 紧急 事件 数据 库（EM-DAT）统计，1995年至2015年间共发生了 聚焦于城市语境，张和李（2018）梳理了国际研究中不同应用场景下使用的“城市韧性与城市可持续性”概念，并提出了如下定义： 6457起气象灾害。其中，洪水在自然灾害中所占比例最高，达到43%。最近，我们看到了此类灾害的其他实例，例如2022年巴基斯坦发生的洪水波及该国三分之一领土；2021年底至2022年初，巴西东北部地区持续了两个多月的洪水； “韧性是指系统、社区或社会在面临灾害时，能够及时有效地抵御、吸收、适应并从其影响中恢复的能力；这一过程包括通过维护和恢复其关键的基础结构和功能来实现。” 2021年波及德国、比利时、荷兰等国的东欧洪水；2023年利比亚的洪水更是导致了毁灭性的人员伤亡，已确认约11,000人遇难，至少10,000人失踪。2023年下半年，前所未有的降雨和重大洪水事件给民众、社区、基础设施、经济以及自然环境带来了严重后果。 最新的政府间气候变化专门委员会第六次评估报告（IPCCAR6）预测，即使在全球气温较保守地升高1.5℃的情景下，全球范围内强风暴（重现期=10年）的发生频率也将增加1.5倍（政府间气候变化专门委员会IPCC,2021）。鉴于全球55%的人口居住在城市地区（联合国经济和社会事务部UNDESA，2019），加强供水、污水和雨水排放基础设施的城市韧性已成当务之急。 “城市韧性是指在外部影响因素作用下，通过协同努力，对生态系统服务与人类福祉之间的良性循环进行监测、促进、维护和恢复的响应式过程”；而城市可持续性是指在不损害周边地区发展潜力的前提下，构成城市的各子系统之间协同整合与共同演进的主动构建过程，并以此方式减少发展对生物圈的有害影响。” 本白皮书旨在分享具有启发性的实践案例，展示数字工具如何在不同的情景下助力提升城市应对洪涝的韧性。作者期望这些经验能够催生并启发更多成功案例。白皮书首先阐述了城市极端洪涝问题及气候变化的背景，以帮助理解相关的主要风险。随后，介绍了韧性周期的不同阶段，以及数字工具如何在这些阶段帮助优化流程。接着， 基于这些定义，我们可以将城市应对气候变化的韧性理解为：城市抵御外部气候变化负面影响，并在适宜时间范围内恢复到原有状态，从而确保生态系统服务与人类福祉得以复原的能力。这个“适宜时间范围”视具体负面影响而异。例如，针对洪水，适当的时间范围即为降水过程及洪峰消退的持续时间。 展示了利用这些工具构建防洪韧性相关的案例研究。最后，总结了从这些案例中汲取的关键经验教训，并为未来的应用提出了对策建议。 当前，已有诸多方法、技术和政策被提出，用以提升城 市韧 性，并 降低 风险 暴露 度。然 而， 正如Martens和Carvalho（2023）所指出的，“由于该主题的复杂性和多元性，许多组织根本不知道从何处开启其气候韧性之旅”。数字工具正成为一种日益成熟且前景广阔的解决方案，有助于在韧性周期的不同阶段推动行动落地，并能赋能各组织以应对气候变化的冲击（Martens&Carvalho,2023）。 2.城市韧性周期中的数字工具 提升灾害韧性的相关行动通常可分为短期、中期和长期行动，