气候变化导致全球变暖加剧,受海平面上升、地面沉降和快速城市化等社会环境因素综合影响,未来沿海特大城市发生极端暴雨内涝事件的频率和强度都可能会显著增加,城市安全和可持续发展面临严峻挑战。基于“先预测后行动”的传统风险思路仅关注灾害风险和损失评估,较少涉及如何应对气候情景不确定性,也无法解决深度不确定性情景下的稳健决策问题。本研究基于国际先进的深度不确定性稳健决策方法框架(DMDU),耦合了RDM(Robust Decision Making,RDM)和DAPP(Dynamic Adaptive Policy Pathway,DAPP)决策思路为本研究提供理论基础。研发SUIM(Shanghai Urban Inundation Model,SUIM)综合内涝风险评估模型,在未来气候变化不确定性情景下开展内涝风险适应对策性能评估和适应对策路径研究,主要研究工作及结论如下:(1)综述了深度不确定背景下稳健决策方法的理论基础和研究进展,从政策结构、情景生成、对策生成、稳健性度量和脆弱性分析五个维度研判了各DMDU方法的技术异同。在此基础上,剖析RDM稳健决策、IGDT(Info-Gap Decision Theory)信息差距和DAPP适应对策路径3种被广泛应用于洪涝风险管理领域方法的优势,综合RDM和DAPP两种理论构建内涝风险防治稳健决策方法,深化DMDU稳健决策框架体系,为本研究奠定理论基础。(2)模拟了历史“913”暴雨事件并验证了模型模拟精度。本研究以上海市为例,基于SCS(Soil Conservation Service,SCS)模型,根据气候预测和城市社会环境的相关研究结论,选取未来降水、城市雨岛效应和城市排水能力下降为不确定性因子,以拉丁超立方体抽样方法构建100种未来极端暴雨情景,并分别模拟未来极端暴雨情景下的城市内涝淹没情况。结果显示,未来情景中市中心地势低洼区域始终存在较大的内涝风险;极端情景下城市内涝最大淹没深度可达1.5m,即使是温和场景市中心地势低洼区域仍会有1m以上的积水;相关性分析表明降水增加和城市雨岛效应对淹没深度贡献度小,排水能力下降是主要影响因子。(3)开发了集淹没模拟-风险评估-措施评估为一体的城市内涝综合评估模型(SUIM)。考虑由水淹引起的建筑物淹没物理损失、室内财产损失以及经济中断损失作为暴露资产构建承灾体空间资产价值。在未来淹没情景基础上,以致灾因子、暴露和脆弱性“三要素”进行内涝风险建模和风险评估。结果表明,未来各极端降雨情景导致的内涝风险集中于地势低洼的市中心商业、居民住宅密集区域,也是资产价值密集区域;不同情景下内涝风险的严重程度和空间淹没分布表现出较大的差异,温和情景造成的内涝范围较小损失较轻,而中等与极端情景造成的淹没范围及损失显著增加。(4)评估了各适应措施的风险减少率及经济效益比。根据上海市地方排水规划选取了城市公共绿地、地下排水管网以及地下深隧3种适应措施方案,并使之模型参数化。结合规划设计方案和专家知识共创,分别在模型中模拟了不同措施组合在各种极端情景下的性能,统计了各措施及组合的平均风险减少率,结果显示,“排水增强+公共绿地建设+地下深隧30%吸纳能力”可以将未来的淹没风险降低85%(±8%)。基于生命周期成本分析方法估算各措施年平均成本,结合风险减少率给出了不同措施组合的经济效益比。结果表明,“排水增强+公共绿地建设+地下深隧30%吸纳能力”与“地下深隧70%吸纳能力”两种措施减灾效益高但建设成本也高,而“地下深隧50%吸纳能力”具备较好的减灾能力和相对较低的成本投入,因此经济效益比最高。(5)评估了各适应措施的稳健性,并制定动态实施路径。以病人规则归纳方法(Patient Rule Induction Method,PRIM)进行脆弱情景探索,以平均风险减少率控制标准评估各措施组合的成功情景数和稳健性;在此基础上,通过临界点分析判断路径方案的失效时间,权衡措施性能和成本效益,并制定适应对策路径。研究结果显示“排水能力增强”和“公共绿地建设”两种措施未能达到70%平均风险减少率控制标准;“地下深隧30%吸纳能力”、“排水增强+公共绿地建设”、“地下深隧50%吸纳能力”、“排水增强+公共绿地建设+地下深隧30%吸纳能力”以及“地下深隧70%吸纳能力”的稳健性依次增强、有效期限依次增长;综合分析发现“排水增强+公共绿地建设+地下深隧30%吸纳能力”为最优适应措施路径方案,该方案动态可转换,符合短中长期防汛除涝标准。综上,本研究基于DMDU框架耦合RDM和DAPP优势的方法作为研究理论基础,以SCS水文模型为基础研发了综合城市内涝评估模型SUIM。构建了未来极端暴雨情景,结合上海市地方规划,评估了防汛除涝措施组合在未来极端暴雨情景下的减灾性能以及措施的成本效益。在此基础上探索了各措施组合的脆弱性情景和稳健性度量,构建了具备动态适应的路径规划方案。研究成果不仅可以为上海气候变化背景下应对城市内涝防灾减损提供科学工具,也可为其他沿海城市的决策部门制定气候变化适应战略提供稳健决策理论方法和最佳实践。