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2026 , Vol. 46 >Issue 3: 403 - 408

DOI: https://doi.org/10.13284/j.cnki.rddl.20261502

Causes and Theoretical Framework for the Prevention and Control of Urban Rainstorm-Flood Compound Disasters

  • Xiaohong Chen , 1, 2, 3 ,
  • Maochuan Hu 1, 2, 3 ,
  • Zhiyong Liu 1, 2, 3
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  • 1. School of Civil Engineering, Sun Yat-sen University and Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Guangdong Zhuhai 519082, China
  • 2. Guangdong Engineering Technology Research Center of Water Security Regulation and Control for Southern China, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China
  • 3. Key Laboratory of Water Cycle and Water Security in Southern China of Guangdong High Education Institute, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China

Received date: 2026-01-06

  Revised date: 2026-02-04

  Online published: 2026-03-17

Copyright

Copyright © 2026 Tropical Geography. All rights reserved.
Fold

Abstract

Along with climate change and rapid urbanization, recent urban rainstorm flood events have been presented as compound disasters characterized by rainfall-flood-urban inundation coupling, featuring rapid risk transmission, difficult forecasting, severe disaster situations, and a lack of defense standards. This study identified key scientific issues that need to be addressed in the study of urban rainstorm-flood compound disasters, including coupled integrated forecasting and rapid early warning methods based on the formation mechanism of urban rainstorm-flood compound disasters, the combination probability of urban rainstorm floods encountering each other, the return period and defense standard of compound disasters, the principle of risk transmission superposition, and the rapid diagnosis and suppression mechanism of urban rainstorm-flood compound disasters. Research content and technical routes oriented towards scientific problems were proposed. It is believed that solving the challenges of early warning for urban rainstorm-flood compound disasters, rapid risk diagnosis, and rapid suppression responses are crucial for the prevention and control of urban compound water disasters.

Key words： causes of rainstorms and flood-compound disasters; defense standards for compound disasters; early warning and suppression of risks; research ideas

Cite this article

Xiaohong Chen , Maochuan Hu , Zhiyong Liu . Causes and Theoretical Framework for the Prevention and Control of Urban Rainstorm-Flood Compound Disasters[J]. Tropical Geography, 2026 , 46(3) : 403 -408 . DOI: 10.13284/j.cnki.rddl.20261502

1 研究背景

洪涝灾害是全球最常见、最严重的自然灾害之一（Munoz et al.，2018; Hino et al.，2019）。伴随社会经济发展和城市化进程，人类对洪涝灾害的敏感性和脆弱性不断增加；气候变化导致的暴雨集中、极端水文事件加剧，进一步增大洪涝灾害风险（Munoz et al., 2018）。城市是人口和产业聚居区，城市“热岛、雨岛效应”加剧了城市区域暴雨洪涝风险；与此同时，高密度的产业集聚和人口集中态势，通过改变城市区域下垫面性质、排水系统负荷等因素，显著削弱了城市区域对洪涝灾害的承受能力（肖恒 等，2013）。尤其城市区域的人口产业聚集扩张和气候变化改变了区域的气象水文格局，城市将长期面临暴雨洪涝灾害的威胁。Hallegatte等（2013）在Nature Climate Change上发表的研究，评估了全球136个沿海城市现状和未来受海平面上升影响的灾害损失，其中广州、深圳的洪涝灾害风险分别高居第1位、第5位。近10年以来，中国受暴雨引发的洪涝灾害严重影响的城市年均数量超过160个，每年发生城市洪涝灾害的省份不低于29个（陈文龙 等，2021）。根据国家防灾减灾救灾委员会办公室应急管理部（2025）统计，2024年全国洪涝及其次生灾害造成5 344.9万人次受灾，因灾死亡失踪709人，倒塌损坏房屋43.7万间，直接经济损失达2 630.4亿元。
暴雨洪涝灾害的呈现形态，正伴随气候变化的持续演进和城市化进程的加速推进而发生变化。近些年发生的郑州、北京的暴雨洪涝以及粤港澳大湾区的台风暴雨洪涝事件，均表现出强度大、暴雨集中、致灾快的特征，且暴雨−洪水（山洪）−内涝遭遇发生（图1）形成了雨−洪−涝复合灾害。相比以往单一的暴雨洪水、暴雨内涝灾害，复合灾害遭遇组合的致灾不确定性更强、风险传递更快、预报预警防控更难、造成的生命财产损失更大。在对这些典型重大的城市雨洪涝复合灾害事件的灾后复盘总结时均发现，除强暴雨或风暴潮自然致灾因素外，当前仍存在3方面突出短板：现有预报预警的时效性和精准性有待进一步提高、复合灾害风险认知有待加强、灾害防控反应速度有待加快（国务院灾害调查组，2022）。城市雨洪涝复合灾害研究既是水灾害防控的科学基础，也是国家和地方水安全的保障需求。从掌握新变化环境下城市雨洪涝灾害特征规律和有效防灾减灾的角度，迫切需要开展城市暴雨−洪水−内涝复合灾害的成因机理、预报预警、风险诊断和防控快速反应研究。
图1 内陆城市和沿海城市雨−洪−涝复合灾害示意图（Mishra et al., 2022）

Fig.1 Schematic diagram of rain-flood-inundation compound disaster in inland and coastal cities(Mishra et al., 2022)

2 研究需要解决的关键科学技术问题

气候变化导致极端降雨事件呈加剧趋势。快速城市化一方面改变下垫面，导致降雨径流汇集速度快、量增加，及至超出排水系统能力上限；另一方面大量集聚的城市人口和产业，导致水灾害的敏感性脆弱性增强。近些年来，城市区域暴雨洪涝（沿海地区风暴潮暴雨洪涝）灾害基本为雨−洪−涝遭遇/链生的复合灾害，发生速度快，灾损严重，已成为城市区域高质量发展的主要制约因素。为科学评估并快速预警雨−洪−涝复合灾害风险，实施有效应对复合灾害的防控与应急避险快速反应对策，以下关键科学问题亟待解决。
1）城市雨−洪−涝复合灾害形成机理与快速预警的耦合集成预报方法。在气候变化和快速城市化背景下，城市雨−洪−涝遭遇组合（如暴雨致洪灾、涝灾以及洪涝遭遇叠加、沿海城市河口区风暴潮暴雨洪涝事件等）本身存在极大的不确定性，且产生灾害风险的程度及灾损等级存在巨大差异性。城市雨−洪−涝如何形成复合灾害？灾变的成因是什么？主要致灾因子有哪些？是城市雨洪涝复合灾害预警防控首先要解决的问题，即城市雨−洪−涝复合灾害形成机理是本研究领域亟待解决的关键科学问题之一。同时，如《河南郑州“7·20”特大暴雨灾害调查报告》（国务院灾害调查组，2022）的教训总结——目前城市雨涝灾害损失严重，除暴雨强度高等自然因素外，预报预警的时效性不足也是重要原因，在保证预报精度的前提下时效性同样有待提高，以加快灾害防控反应速度。现有预报模型很多，如何通过雨−洪−涝模型改进耦合并结合机器学习集成在保证预报精度的前提下提升预报速度？即复合灾害特征快速预警的模型耦合集成预报方法也是本研究要解决的关键科学问题之一。
2）城市雨洪涝遭遇组合概率与复合灾害重现期及防御标准。伴随全球气候变化和快速城市化，城市区域台风暴潮、暴雨、洪水、内涝既可能伴生共生成灾，也可能链生传递致灾。雨−洪−涝遭遇组合致灾具有很强的随机性，而掌握城市雨−洪−涝各种遭遇组合的可能性和规律是开展雨−洪−涝复合灾害特征预报预警与风险防控的基础。因此，需解决城市雨−洪−涝遭遇组合的概率分布与重现期计算问题。同时，与单一灾种灾害特征的单一发生概率和单一重现期（如洪峰流量或者洪峰水位、时段降雨量等）不同，城市雨−洪−涝在不同遭遇组合下的复合灾害（如大暴雨−中等洪水−强内涝组合、大暴雨−大洪水−中等内涝组合等）重现期差异较大。如何界定和量化计算城市雨−洪−涝复合灾害重现期？相应的城市雨−洪−涝复合灾害防御标准是什么？如何确定复合灾害防御标准？都是城市雨−洪−涝复合灾害防控需要解决的基础科学问题。
3）城市雨−洪−涝复合灾害风险传递叠加原理与快速诊断抑制机制。与单一灾种灾害风险不同，城市雨−洪−涝复合灾害伴随降雨径流-洪水-内涝的链生产生或不同遭遇（上游来洪、河口风暴潮增水、内涝排水或溢流、本地暴雨洪水），其风险会在雨−洪−涝变化和相互作用的过程中不断传递叠加，由此也导致灾害的不确定性更强，结构更为复杂多变，传递叠加损害强度变化更大。解决城市雨−洪−涝复合灾害风险传递叠加原理问题，是计算复合灾害风险率及评估复合灾害风险的关键。探究多灾种遭遇组合机理和链式风险传递叠加原理是复合灾害风险评估与应急避险需首先解决的科学问题。城市雨−洪−涝复合灾害相比单一灾害点多面广而更难以预测防控，对灾害风险进行早期识别、快速诊断进而快速抑制是关键。通过确定复合灾害早期异常症候阈值，以此为临界快速诊断灾变风险，是灾害有效防控的前提；一旦诊断发现城市雨−洪−涝复合灾害灾变风险和关键灾变节点，针对性地将灾害风险快速阻断于传递过程中的灾变节点前是抑制复合灾害的关键。因此，基于复合灾害灾变机理研究，揭示链式灾害风险传递过程中的快速阻断和灾损高效抑制机制，是复合灾害防控快速反应亟待解决的科学问题。

3 研究内容与技术路线

本文从中国南北方城市雨−洪−涝复合灾害防范要求（风险判断早、预报预警准而快、灾害防控反应快等）出发，聚焦城市雨−洪−涝复合灾害成因与防控领域一系列关键理论方法研究，提出城市雨−洪−涝复合灾害遭遇组合重现期与防御标准、格栅编码记忆演进产汇流模型与雨−洪−涝集成快速预报预警模式、复合灾害风险早期异常症候诊断理论方法等，以期解决城市雨−洪−涝复合灾害快速预报预警、风险早期诊断与防控快速反应难题。主要研究内容包括：
1）城市雨−洪−涝复合灾害成因与演变机理。从城市暴雨、沿海风暴潮、洪水或山洪、内涝在气候变化和快速城市化过程中发生与形成的起因、过程、驱动因素以及各因素之间链生、遭遇或相互作用（洪、涝、风暴潮）关系角度，识别致灾驱动因子，构建城市雨洪涝复合灾害特征指标体系及致灾树状结构，探究剧烈变化环境下城市雨洪涝复合灾害的成因，并基于历史灾情事件时空特征差异性揭示复合灾害演变机理，形成对气候变化和快速城市化背景下，城市雨−洪−涝复合灾害致灾机理的科学认知。
2）城市雨−洪−涝复合灾害遭遇组合形态与复合灾害重现期。区别于单一灾种灾害，基于城市雨−洪−涝遭遇组合成因和致灾树状结构，分析揭示城市雨−洪−涝不同遭遇组合形成复合灾害的形态；将降雨纳入城市洪涝遭遇组合系统，优选构建城市雨−洪−涝复合灾害特征最优概率分布模型，提出复合灾害特征重现期计算方法；基于城市雨洪涝复合灾害危险性以及承灾体、暴露度、脆弱性、回弹性（韧性）分析，按照复合灾害重现期的概念提出城市雨洪涝复合灾害防御标准的定义和表征。
3）基于耦合模型和深度学习的雨−洪−涝复合灾害集成快速预报预警。聚焦解决长期困扰城市水灾害预报预警的时效性问题，从降雨预报、洪水预报和内涝淹没预报耦合集成出发，研制基于雷达测雨和深度学习的城市降雨临近快速预报、基于格栅编码记忆演进技术的城市流域产汇流耦合模型；以物理模型结合机器学习方法，构建城市雨洪涝复合灾害特征集成快速预报模型；同时，基于机器学习快速预报结果和灾情知识库，提出城市雨洪涝复合灾害快速预警方案。
4）城市雨−洪−涝复合灾害风险传递与早期诊断。针对雨−洪−涝复合灾害风险的级联效应及传递叠加性，揭示城市雨−洪−涝复合灾害遭遇组合风险特性并提出复合灾害风险表征，探究雨−洪−涝风险传递和叠加原理。在此基础上，提出城市雨−洪−涝复合灾害传递叠加风险率计算与评估方法，量化确定城市雨−洪−涝复合灾害早期异常症候风险阈值，研发城市雨洪涝复合灾害风险早期快速诊断技术，解决城市雨洪涝复合灾害风险判断准确性和时效性问题。
5）城市雨−洪−涝复合灾害应急避险快速反应与复合灾害防控。基于城市雨−洪−涝复合灾害风险评估和复合灾害风险异常症候早期诊断，识别城市雨−洪−涝复合灾害关键灾变节点；针对关键灾变节点，设置复合灾害灾变传递阻断方案情景，提出复合灾害灾变阻断效果评估方法；构建城市雨洪涝复合灾害应急避险转移与物资调配多目标优化模型，提出最优转移路径和场所，以及抗灾救灾物资调配方案；提出城市雨洪涝复合灾害应急避险与防控处置快速应对策略。
研究技术路线（图2）步骤如下：
图2 城市雨洪涝复合灾害研究技术路线

Fig.2 Technical Route for Research on Urban Rain-Flood-Inundation Compound Disasters

1）采用复合灾害事理图谱和大数据因果分析法揭示城市雨洪涝遭遇组合机理及其复合灾变成因；
2）在第1）步成果基础上，分析城市雨−洪−涝遭遇组合形态，采用Copulas和“藤状”结构高维联合概率分布构建复合灾害重现期计算方法，提出城市雨−洪−涝复合灾害防御标准的表征；
3）在第1）、2）步的基础上，解析城市区域雨−洪−涝与流域特性的相互作用关系，格栅化下垫面，研制城市区域格栅编码记忆演进产汇流模型、雨−洪−涝耦合预报概念性模型和雨−洪−涝复合灾害机器学习集成快速预报预警模式；
4）在第1）、2）步的基础上，基于马尔可夫链构建复合灾害风险传递矩阵，创建雨−洪−涝遭遇组合风险传递叠加原理、量化计算公式，在第3）步的基础上，提出复合灾害风险评估方法；
5）在第1）～3）步的基础上，引入灾变自组织临界理论时空幂律分布，确定复合灾害异常症候风险阈值，提出复合灾害灾变风险早期诊断方法；
6）在第1）～5）步的基础上，基于贝叶斯网络结构和敏感性分析研发复合灾害关键灾变节点识别方法和应急避险转移与资源优化调配模式，提出复合灾害“孕源断链”风险抑制快速反应防控技术和策略。

4 结论与展望

国内外针对城市暴雨内涝单灾种的研究已经有丰富的理论基础，概念性模型研究颇多；灾害链的基本概念和理论方法已初步建立；机器学习模型也越来越多地应用于城市雨涝研究。但城市雨−洪−涝风暴潮复合灾害的研究仍较为薄弱。本文提出了城市雨洪涝复合灾害拟解决的关键科学问题、研究内容和技术路线，可以看出，未来城市雨−洪−涝复合灾害研究在以下几方面有待加强或深化：
1）现有研究大多把暴雨作为城市洪涝的输入条件或外部致因，而非作为灾害的复合因素。同时城市暴雨下的洪−涝相互作用考虑不够深入，一方面内涝通过地下管网或者泵站强排排入受纳水体加剧洪水，另一方面洪水顶托阻碍内涝淹没水量排出。尽管部分研究（Tanim & Goharian, 2021）考虑了外部洪水（上游来洪、河口风暴潮增水）对本地洪水的遭遇组合影响（“多碰头”），但现有研究较少把城市“雨−洪−涝”作为一个复合体考虑三者不同的耦合关系和形态，暴雨−洪水−内涝复合灾害不同遭遇致灾的成因机制仍不清楚，即有关城市雨−洪−涝复合灾害的成因机理研究仍有待深化。
2）目前一些研究往往采用较为单一的雨型，不同雨型对内涝产生何种差异，雨−洪−涝遭遇组合呈现何种形态还缺乏深入研究，与单一灾害不同的雨−洪−涝遭遇组合重现期和防御标准的界定与归一化量化等有待进一步探究；尤其是暴雨与外洪内涝的链生或共生关系、遭遇组合与级联效应等缺乏量化表征，有关降雨预报与降雨产汇流及洪涝预报耦合的研究有待深入加强。
3）目前关于复合灾害风险传递叠加的过程和原理研究仍不完善；尽管地质灾害链中已经提出了灾变自组织临界理论和“孕源断链”概念，但对于城市雨−洪−涝复合灾害，链生风险灾变临界点如何量化识别以指导灾害风险防控；雨−洪−涝风险链在何时何处实施断链或风险抑制效果最好等，都是城市水灾害防治亟待解决的问题。
因此，为提升城市水灾害防治能力和效果，迫切需要从城市雨−洪−涝复合灾害角度，研究解决复合灾害成因机理、快速预报预警、风险传递诊断以及快速高效防控的风险抑制阻断与应急避险优化调配决策等一系列理论方法问题。

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