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为较全面地展示文化遗产数字化保护的前沿技术，本课题组每周收集整理与文化遗产数字化保护相关主题参考文献，包括：虚拟修复、高光谱、风险评估、三维特征提取等进行精读，并通过公众号推送分享，欢迎老师与同学们提出宝贵的建议和推荐相关文献。
引用格式：Garrote, Díez-Herrero, Escudero,
& García. (2020). A Framework Proposal for Regional-Scale Flood-Risk Assessment of Cultural Heritage Sites and Application to the Castile and León Region (Central Spain). Water, 12(2), 329.
推荐理由：目前，洪水可能是对文化遗产损坏影响最大的自然灾害，这就是为什么研究洪水风险成为任何试图管理文化遗产(考古遗址、历史建筑、艺术品、等)的重大风险。当文化遗产分布在广阔的地域时，这种管理是复杂的。这正是卡斯蒂利亚-莱昂(西班牙)的情况，其中2155个文化遗产元素登记在卡斯蒂利亚-莱昂文化遗产目录中，这些文化遗产分布在该地区的94226平方公里的面积中。在这种情况下，本研究提出了对这些文化遗产地和要素进行洪水风险分析的方法框架。这项评估是根据另外将要开发的两个主要加工工具：一方面，建立GIS数据库中,建立文化遗产要素之间的空间关系，另一方面,建立一个风险矩阵中不同变量被认为是相关的洪水风险(重现期、流深度)和洪水易损性(建筑类型学、建筑结构与水利环境的关系)。这两种工具的结合使我们能够建立每个文化遗产的洪水风险水平，使其风险分类成为可能。
内容介绍：
1. 背景与意义
卡斯蒂利亚-莱昂是西班牙面积最大的自治区(也是欧洲第三大自治区;比几个欧洲国家更甚)。它位于伊比利亚半岛的中北部，占地94226平方公里。从水文角度看，主要的盆地是杜罗河及其支流的盆地;尽管它也涉及到塔霍河、Miño-Sil河和埃布罗河的流域。卡斯蒂利亚-莱昂的人口为241万(2018年1月1日的数据;人口密度为25.67 pop./km2)，分布于2248个直辖市，以城市为主。文化遗产方面，该地区已编目2155处文化遗产，其中部分已被联合国教科文组织(UNESCO)列为世界遗产，是西班牙拥有最多遗产的地区，也是欧洲和世界上最大的自治区之一。
洪水风险分析基于风险要素的类型有多种方法。这些要素可分为有形和无形(从而分别将分析纳入经济或社会风险领域)或直接或间接。然而，文化遗产(考古遗址、历史建筑、艺术品等)往往位于这两种类型之间。这意味着它们可以被赋予经济价值(市场价值)，但同时它们代表着人类文明史的记录，其价值是无形的。
前面提到的两重性，主要是洪水对文化遗产的破坏的不可逆性(一旦被破坏就无法复制)，使得预测和评估可能影响这些遗址的洪水风险成为保护这些遗址的关键任务。
2. 理论背景和方法
以前对文化遗产脆弱性的一些评估存在滞后和不确定性(使用的标准的主观性、广义的BICSs或“文化遗产地”分类等)，但这些并不会使其失效。因此，作为对以前所作的改进评估时，洪水危险评估考虑的数据将包括水文-水力、历史-文献和地貌(所有这些数据都与国家洪水易发区制图系统中可用的信息相链接)。从洪涝灾害分析的角度，不仅考虑了洪涝灾害的重现期，还考虑了水深和时间滞后，提高了洪涝灾害的量化。从洪水易损性分析的角度出发，考虑到已编目的文化遗产要素的多样性，重点研究了文化遗产要素的类型学及其与水利环境的关系。在此基础上，建立了文化遗产地潜在洪水风险矩阵，用于文化遗产地洪水风险分类。GIS地理数据库可以帮助我们整合每个文化遗产地的洪涝灾害和脆弱性值。通过对各文化遗产地洪水风险等级的量化，我们可以分析该风险的空间分布(聚类洪水风险结果)，并根据风险等级对遗产要素进行有序分类。所有这一切将允许基于科学的选择单一或地理上有联系的文化遗产群，以进行洪水风险的微观尺度评估。
图1显示了对文化遗产要素或遗址(以下简称BICs)进行洪水风险评估的方法流程图。它展示了作为本研究数据来源的之前的研究(不包括在本工作中)、方法阶段、使用的技术和最终结果。
图1 用于估计文化遗产元素或遗址潜在洪水风险的方法流图。“T”为重现期(年)，“h”为水深(米)。
3. 宗旨和目标
3.1洪水易发地区的划分及相关的频率
在本研究中，基于国家泛洪区制图系统(以下简称SNCZI)提供的信息，为卡斯蒂利亚-莱昂划分了不同重现期的洪水易发区。该空间数据库包含10、50、100和500年4个漫溢重现期，在1 × 1 m的空间分辨率下，既考虑普通洪水(高频)，也考虑特大洪水(低频)。
为了划分与不同重现期相关的可泛洪区，我们使用了三种独立而又互补的信息来源:水文-水力资料、历史洪水文献记录和地貌信息。总的来说，识别出的可洪泛区域的数量(具有显著潜在洪水风险的区域;(以下简称ARPSIs)在卡斯蒂利亚-莱昂境内共计405条，总长度为3676公里。在500年的重现期中，这组河流的总可淹面积为1585平方公里，仅为卡斯蒂利亚-莱昂延伸面积的1.7%。
3.2卡斯蒂利亚-莱昂的文化遗产
本研究中考虑的遗产元素的选择来自于《卡斯蒂利亚-莱昂BICSs目录》(https://servicios.jcyl.es/pweb/portada.do)。它们以ArcGIS shapefile格式(ESRI Geosystems)的几个多边形形状文件和相关的属性表收集在地理参考数据库中。从遗产元素集合中，选择那些位于不同重现期的可洪泛区域的空间信息。因此，在位于卡斯蒂利亚-莱昂自治区的2155个BICSs(于2019年2月编目)中，本研究中只有145个BICSs与上一节中描述的洪水泛滥地区存在干扰。由于其对卡斯蒂利亚-莱昂自治区文化遗产的重要性和贡献，目前工作中考虑的所有BICSs都得到了立法保护。这意味着地方政府必须在尽可能好的条件下维持和保护这些元素，并限制可能影响它们的退化或破坏过程。
3.3洪水风险文化遗产矩阵开发
灾害矩阵是利用存储在SNCZI空间数据库中的卡斯提尔和León地区可淹没区域的信息和特征开发的。本文使用了三个与洪水特征及其对BICSs地区洪水灾害的可能影响相关的变量:(1)洪水重现期为10年、100年和500年的受影响地区;(2)三个重现期的水深(图2中的“h”);(3)洪水型(暴洪型或渐变型)。USACE所考虑的洪水类型的识别是基于变量T_lag(时间延迟，即在水文曲线上降水雨线图的质心到径流质心之间的时间)用于将洪水分类为突发洪水，作为对洪水可用响应时间的度量。
易损性矩阵，将卡斯蒂利亚-莱昂BICSs分为6大类,16子类别。分别为房地产、民事性质的建筑、水利基础设施，以及考古遗址或防御结构的城市和城镇。将它们划分为类和子类的主要标准(不像它们在卡斯蒂利亚-莱昂的BICSs目录中的分类)是它们对洪水的一般脆弱性的程度。
最后，建立潜在风险矩阵。假设前面矩阵的组合，其中6个危害级别和6个脆弱性级别的组合生成定义的潜在风险级别。风险等级也被分为6类，从低潜在风险到极端潜在风险。灾害易损性矩阵的组合没有采用加权因子，而是根据专家标准和引用的技术文献，将变量易损性作为更重要的洪水风险等级最终分类。最后，这些矩阵在GIS中实现，作为条件操作，以获得与卡斯蒂利亚-莱昂BICSs相关的危害、脆弱性和潜在风险的值
4. 案例展示
4.1洪水危害评估结果
从与卡斯蒂利亚-莱昂 BICSs相关的洪水灾害分析的角度来看，正如前一节所述，数据来源来自为SNCZI开发的详细水力模型导出的洪水深度图。GIS层与BICSs空间位置层的交点结果表明，在10年的重现期，受影响的BICSs数量为75个;在100年的重现期，受影响的BICSs数量达到105个;在500年的重现期，BICSs的数量为145个。
图2 不同重现期的流量深度值分布(平均值和0.5标准差，红线和点)。蓝色条形图表示流量深度在1 m以上的BICs数目(考虑平均水深和最大水深)。
4.2洪水脆弱性评价结果
如前所述，从洪水易损性分析的角度来看，数据来源来自于卡斯蒂利亚-莱昂地区的BICS目录。
因此，145个BICS被认为容易受到10年、100年或500年重现期的洪水的影响，被分为16个BICS类型，分为6个主要类别。基于BICS建筑和内容的洪水脆弱性值分布表明，宗教BICS主要是最易受洪水影响的。这是由于他们的建筑，特别是他们的内容是脆弱的。除了宗教类型的BICs外，民用和工业类型的BICs(加上城堡，属于防御类型的BICs)在洪水面前表现出很高的脆弱性。另一方面，考古遗址和以水工建筑物为主的易损性较低。重要的是要记住只有那些类型的BICs没有内容，只有建筑(材料和结构)。而BICs的内容只显示了最高的脆弱性值。
图3 卡斯蒂利亚-莱昂地区BICs的空间分布及其相关的洪水灾害级别
图4 卡斯蒂利亚-莱昂地区BICSs的空间分布及其洪水脆弱性
4.3洪水潜在风险评估结果
从所有被考虑的BICs中，有6个存在极端的潜在洪水风险;另有44个显示出高度潜在风险。这大约是本研究中被认为“受洪水影响”的BICs的30%。在潜在洪水风险的另一个极端，6个BICs处于低或中-低风险水平(小于5%)。这些潜在BICS风险值的空间分布如图5所示，其中具有高风险值的BICS分布在周边城市以及卡斯蒂利亚-莱昂地区的中部。
图5 卡斯蒂利亚-莱昂地区BICs的空间分布及其相关的洪水潜在风险水平
5. 结论
本文提出了一种易于实施和低成本的方法，以确定文化遗产地在区域尺度上的潜在洪水风险。该方法框架改进了先前提出的文化遗产洪水风险评估方法。
这个方法框架(以区域范围的分析为重点)已在卡斯蒂利亚-莱昂(西班牙)实施，其中有一份文化遗产名录，由两千多个具有不同程度行政保护的要素组成。虽然由于历史洪水事件和灾害数据的缺乏，模型的校准和验证还不能完全可用，但采用了具有不同潜在洪水风险的文物遗址对模型结果进行了可靠性检验，结果表明模型结果之间的一致性较好。
6. 相关思考
1、对遗产地潜在洪水风险及其空间分布的定性描述，是本文提出的方法框架的直接结果，可以而且应该作为城市、地区或国家行政层面的文化遗产管理者的关键工具。这应以一种有助于通过预防性养护为保护文化遗产确定优先次序和分配经济项目的方式提出。
2、最后，通过所提出的方法框架所获得的结果能够而且必须使在地方或微观尺度上对遗产要素进行洪水风险分析变得更容易。微尺度分析，由于其固有的细节程度，可以使用特定的或超详细的洪水损伤函数(洪水级别由水流深度-流速-洪水时间-洪水沉积物的组合定义)或物理模型来分析流体和结构之间的相互作用(压力分布、变形、结构倒塌的阈值等)。
来源期刊：Water
DOI:10.3390/w12020329
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文献整理：张旭萍
排版：徐元豪、孙宇桐
审核：林敬凯、王诗涵