近日，南方科技大学环境科学与工程学院刘俊国课题组研究教授田展团队在Nature Water发表题为“Dynamic adaptive engineering pathways for mitigating flood risks in Shanghai with regret theory”的论文。该研究建立了基于“后悔”理论的工程应对气候变化深度不确定性的管理原理和原则、多模型耦合框架、和实用性实施方法，实现了从不确定的气候变化情景分析到确定性的工程解决方案，定量评估、比较了各类水利工程对中国最大的沿海城市和经济中心上海洪涝风险的管控能力，评估了增高防汛墙和在黄浦江口建设挡潮闸等上海防范极端复合洪涝灾害事件的“确定”的工程措施效果及具体动态实施的路径图。

图1a 不确定性管理的原理一：以应对海平面上升为例

  图1a 不确定性管理的原理二：阈值和干预时间的关系

后悔一词描述了当一个或多个非选择的替代方案在一个或多个标准方面表现优于所选替代方案时的人类情感体验。人们（a）会经常感到后悔并且（b）倾向于预测和避免未来后悔的经历。更重要的是，（c）避免后悔不同于预防风险。比如，极端洪水事件的预期风险损失值可能很小，因为它发生的可能性很小；但防御系统准备不足或失败所导致的心理成本和普遍的负面情绪可能会非常高。近年来已将（a）-（c）数理模型化为严谨的“后悔”理论。

基于“后悔”理论， 该研究建立了工程应对气候变化深度不确定性的管理原理和原则、包括（a）特别关注可能是“最后悔（最坏）”的情景（图1a），（b）为可预见的阈值设计干预措施，从而将主要不确定性的应对转变为调用相应干预措施的日期，以及（c）监测关键气候变化变量以便及时更新变化预测和干预时机（图1 b），从而为决策者制定具有长期性、有效性和灵活性的洪涝风险防控措施和规划提供支持。

该研究设定了上海可能“最坏”的多个复合洪涝灾害情景：即千年一遇高潮位（6.92米）加上游来水350m³/s，加泵站排灌入流2000 m³/s，4000 m³/s和6000 m³/s在相对海平面上升0.5、1、2、3米情况下黄埔江水位的模拟情景）。为了防范这类极端复合洪涝灾害，研究团队评估了三类工程措施（i）提高防汛墙，（ii）河口建设挡潮闸，（iii）共同实施工程措施（i）和（ii）的实用效果，并基于“后悔”理论中的无悔原则建立了上海应对极端复合洪涝事件的动态实施路径（图3）。1) 提高黄埔江上游防汛墙高度以达到防御标准，直到挡潮闸建成； 2) 为应对未来海平面上升，在黄埔江口建设挡潮闸，提高下游防汛墙高度； 3) 当海平面上升导致挡潮闸达到其关闭次数的上限时，提高上游防汛墙高度（约 0.5 米）； 4) 当上游防汛墙高度提高后挡潮闸又达到其关闭次数的上限时，进一步提高上游防汛墙高度（约0.5 米）； 5) 随着海平面上升和挡潮闸关闭变得更加频繁，可能需要加建船闸来保障船只航行。

       该工作弥合了气候变化不确定性分析与工程解决方案设计必须有确定性之间的差距，丰富和发展了气候变化洪涝风险评估与应对的基础理论与方法，为相关政策制定提供了重要的科学依据。

田展为论文第一作者，南科大是论文第一单位。南科大环境科学与工程学院讲席教授刘俊国为合作者，英国伦敦大学亚非学院孙来祥院士为通讯作者。该项目获得了国家自然科学基金项目和英国皇家工程院中国工程院中国洪涝项目的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s44221-022-00017-w 

供稿：环境科学与工程学院

通讯员：晏梓添

主图：丘妍

编辑：朱增光