我国暴雨洪涝灾害风险评估研究进展
我国暴雨洪涝灾害风险评估研究进展
周月华; 彭涛; 史瑞琴
【期刊名称】《《暴雨灾害》》
【年(卷),期】2019(038)005
【总页数】8页(P494-501)
【关键词】暴雨洪涝; 灾害风险评估; 灾前评估; 灾中跟踪评估; 灾后评估
【作 者】周月华; 彭涛; 史瑞琴
【作者单位】中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室 武汉430205; 武汉区域气候中心 武汉430074
【正文语种】中 文
【中图分类】S42
引言
据统计，目前全球各种由自然灾害导致的损失，暴雨洪涝灾害所占比重约为40%。我国是暴雨洪涝灾害最为频发、多发的地区之一，每年汛期暴雨及其引发的洪涝及次生灾害给社会经济发展和人民生命财产安全造成了严重的损失和威胁(葛全胜等，2008；韩平和程先富，2012)。1998年发生在长江流域的特大洪涝灾害造成的直接经济损失超过1600亿元，死亡人数超过3000人。2012年7月21—22日，北京遭遇罕见暴雨内涝灾害，190万人受灾，79人死亡，经济损失达百亿元以上。同年7月，受长江上游地区强降雨影响，三峡水库遭遇建库以来的最大洪峰7.12×104m3·s-1，国家防总启动防汛Ⅱ级应急响应，四川、重庆分别转移众15万人和6.6万人。2016年汛期我国暴雨洪涝灾害南北齐发，长江流域发生1998年以来最大洪水，全国有26省(区、市)1192县遭受洪涝灾害，受灾人口3282万人，直接经济损失约1470亿元，与2000年以来同期均值相比，直接经济损失偏多51%。
目前暴雨及其诱发的灾害已成为中国实现可持续发展的严重障碍。受天气气候、地形地貌、区域地质、植被覆盖等自然因素及社会经济发展、防洪抗洪设施等社会因素的共同影响，暴雨洪涝灾害的成因变得极为复杂，其发生具有很强的随机性和不确定性。为了分析
评估暴雨洪涝灾害发生的可能性及可能造成的损失，尽可能减小灾害所造成的危害，如何有效地开展暴雨灾害风险评估与区划等研究工作日益受到相关学者和政府部门的重视，成为当前研究热点问题(高庆华等，2007；章国材，2013；Yin et al.,2015)。本文根据暴雨及其诱发灾害发生、发展的规律，从灾前、灾中、灾后评估等角度围绕暴雨洪涝灾害风险评估这一核心，对国内外相关研究进展进行归纳总结，旨在为暴雨灾害风险评估研究提供参考。
1 暴雨洪涝灾害风险评估概况
1.1 暴雨及诱发的次生灾害种类
暴雨的发生主要是受到大气环流等天气、气候系统的影响，是一种自然现象。暴雨是指一定时间内强度很大的雨。3 h降雨在16 mm以上，或者12 h降雨在30 mm以上，或者24 h降雨在50 mm以上，都称之为暴雨。暴雨等强降水过程常常引发流域洪水、山洪、中小河流洪水、城市内涝等灾害，同时部分山体地质松软的地区易造成突发性山体滑坡、泥石流等次生灾害。
1.2 暴雨洪涝灾害风险评估定义
暴雨洪涝灾害风险评估是对其风险发生的强度和形式进行定量评定和估计。要进行风险评估，首先必须存在风险源，即存在自然灾变；第二，必须有风险承载体(承灾体)，即人类社会，自然灾害是自然力作用于承灾体的结果。因此，暴雨洪涝风险评估实际上是评估暴雨洪涝对承灾体的负面影响。
1.3 暴雨洪涝灾害风险评估原理
国内外相关的研究和实践(章国材，2013)表明，暴雨洪涝灾害风险评估基本原理如下：
暴雨洪涝灾害对第i类承灾体的风险度(RD,i)为
式(1)中，H为致灾因子危险性，Ei为第i类承灾体暴露在灾害中的量(数量和价值量)，Vd,i为第i类承灾体的灾损敏感性，Cd,i为人类社会对第i类承灾体的防灾减灾能力(包括应对能力和灾后重建能力)，ai为第i类承灾体不可防御的灾害风险。
暴雨洪涝灾害的总风险(RD)为评估区域内所有承灾体的风险值之和
2 暴雨洪涝灾害风险评估技术研究
关于暴雨洪涝灾害风险评估，国内外学者做了大量研究(周成虎等，2000；Ahmad and Simonovic，2013；Kim and Marcouiller，2017)，认为灾害的形成是承载体脆弱性、致灾因子和暴露度等方面综合作用的结果。暴雨洪涝灾害风险评估应综合考虑致灾因子、承灾体和防灾能力等因素，构建评估模型开展风险评估，其主要包括暴雨灾害危险性、承灾体暴露性、承灾体脆弱性以及综合风险分析，风险等级划分及其风险应对措施等内容。
按照应用场景的时间顺序，暴雨洪涝灾害风险评估相应地也可以分为三种：一是灾前评估，二是灾期跟踪监测评估，三是灾后实测评估(高庆华等，2007；章国材，2013)。不同阶段暴雨洪涝灾害风险评估的关键技术如图1所示。需要说明的是，暴雨灾害风险评估技术是相互交融，无法严格区分的。
图1 暴雨洪涝灾害风险评估关键技术示意图Fig.1 The flow chart for risk assessment of rainstorm and flood disasters.
2.1 灾前评估技术
灾前评估的主要任务，一是通过合理的科学方法定性或定量地预测某地区未来洪水发生的
强度、分布和可能造成的人员伤亡、经济损失、社会影响和减灾效益，是制定国土规划和社会发展计划以及减灾对策预案系统的基础。其主要考虑三个因素，分别是未来灾害可能达到的强度与频度；本区历史上的灾度与成灾率；灾区的人口密度、经济发达程度和防灾抗灾能力。二是利用致灾因子(如降水强度、区域、时间等)的预测预报信息，通过应用致灾临界雨量或者已建的灾害评估模型进行灾前风险预警。
2.1.1 历史灾情普查与解析技术
历史灾情普查主要针对各地因暴雨灾害对人口、农业、房屋、设施、经济等造成的损失或伤亡进行普查。基于历史暴雨洪涝灾害普查数据的解析，可以对致灾因子进行识别，推算出某一地区暴雨洪涝灾害与特定承灾体之间的灾度与成灾率，从而建立脆弱性曲线。目前洪水灾害是脆弱性曲线研究较为完善的灾种之一。
灾情数据可以来自于历史文献、灾害数据库、实地调查或保险数据等，其中历史文献和灾害数据库是脆弱性曲线的主要数据源。这项工作国外开展最早的是1977年英国洪灾研究中心(FHRC)的Penning-Roswell等提出的针对英国居住和商用房产的阶段-损失曲线。利用保险数据推断脆弱性曲线的方法，在北美(石勇等，2009)、澳大利亚(Hohi et al.，2002)、日
本(Dutta et al.，2003；石勇等，2009)等发达地区的保险市场已得到有效应用。
我国暴雨洪涝灾害脆弱性研究起步于20世纪80年代末期，主要是基于社会经济指标体系的研究方法，基于历史灾情统计来研究脆弱性曲线的并不多见。直到20世纪90年代，国内黄河水利委员会对黄河下游洪涝损失率做了比较系统的研究，确定了1980年代北金堤滞洪区农作物的洪灾损失率(章国材，2013)；李汉浸等(2009)对河南省濮阳高新区的洪涝损失进行了研究，根据降水强度、历时和受灾实况，统计得出了不同洪灾等级下各种资源类型(城市基础资源、自然资源、行政事业资源、工商企业资源、居民财产、城市生命线工程以及其他)的损失率和受灾比例。
由于承灾体脆弱性曲线是承灾体自身固有的脆弱性的表现，不同地区同种承灾体的脆弱性不同。尽管各地同种承灾体脆弱性曲线可能各异，但可以通过研究区对已有的曲线参数进行本地化修正，从而形成新的脆弱性曲线。国外有研究者引用US Army Corps of Engineer提供的洪水灾害建筑物脆弱性曲线，针对意大利的水灾灾情，对曲线参数进行了修正(Lotto and Testa，2000)；史瑞琴等(2013)参考对比黄河下游洪涝损失率，通过与长江中游地区淹没区社会经济实际情况的对比，调整、整合损失率数据，确定了长江中游地区洪灾的分
项资产损失率。随着社会经济的发展和人民需求的日益提高，精准化的暴雨洪涝承灾体脆弱性曲线的建立变得越来越重要。
2.1.2 风险区划技术
气象灾害风险区划是致灾因子对承灾体产生不利影响可能性的空间区域划分。暴雨洪涝灾害风险区划的结果，表示某地区若干年内可能达到的暴雨洪涝灾害风险程度，即可能发生某等级灾害的概率或超越某一概率的灾害最大等级。
从类型上来说可以分为流域洪水、中小河流洪水、山洪灾害及城市内涝风险区划等。最早的暴雨洪涝灾害风险区划是以全国或区域性洪水为主。日本1977年就制定了“综合治水对策”，在特别重要的河段上编制洪水风险图，指出100～200 a一遇的洪水淹没范围，并逐步推向全国；欧洲一些国家从20世纪70年代开始采用水文、水力学数值模拟方法编制全国洪水风险图。国内最早的暴雨洪涝风险区划研究大多采用多因子赋以一定的权重系数后叠加的方法来绘制区域或某一地区的暴雨洪涝灾害风险区划图。李军玲等(2010)提出基于GIS的洪灾风险评估指标模型，以降雨、地形和区域社会经济易损性为主要指标，得出河南省洪灾风险综合区划图，指出信阳、驻马店、周口大部地区发生洪涝风险最大的有效结论。近
年来国内多以中小河流洪水、城市内涝和山洪灾害风险区划研究为主。苏布达等(2005)运用Floodarea模型进行了荆江分洪区洪水演进动态模拟；解以扬等(2004)通过重构短历时强降水过程，并利用暴雨内涝仿真模型对不同重现期的强降水过程进行情景模拟，应用内涝等级判别标准对城市社区不同重现期降水过程模拟的过程最大积水深度进行了分级。
从方法上来看，大流域或区域的暴雨洪涝灾害风险区划仍以多因子叠加的区划方法为主。而对于中小河流洪水和山洪风险区划，则需要更为精细化的区划方法，如近年来利用GIS与水动力模型结合的洪水淹没模拟研究十分活跃。李兰等(2013)以漳河流域为例，采用耿贝尔极值I型分布法求取流域不同重现期面雨量，基于GIS的暴雨洪涝淹没模型，利用D8及曼宁公式计算不同重现期面雨量淹没范围和水深，并运用灾害风险原理绘制了漳河流域暴雨洪涝灾害风险区划图。王胜等(2016)利用统计方法与水文模型相结合的方法确定淠河流域雨—洪关系，得到致灾临界面雨量，基于Floodarea模型开展洪水淹没模拟，叠加承灾体信息，得到不同重现期山洪对不同承灾体影响的风险区划图组。此外，城市内涝风险区划近年来国内也涌现出许多成果。任智博等(2019)以正在规划建设过程中的武汉光谷中心城为研究对象，利用MIKE URBAN和MIKE 21分别构建中心城区一维和二维水动力模型，并通过MIKE FLOOD耦合计算了50 a一遇暴雨条件下的城市内涝情况，通过分析内涝演进过
程、绘制了内涝灾害风险图。
2.1.3 风险评估技术
灾前风险评估主要通过制定风险评估指标，划分风险等级开展。美国、日本等发达国家对暴雨洪涝灾害评估研究至今已有40 a的发展历史。1977年开始，美国先后对加利福尼亚Saratoga和Switzerlard地区展开山洪危险性研究工作，选取地形条件和岩性作为指标对滑坡灾害进行严重性等级评价(Wieczork，1984)。日本早在20世纪70年代就着手进行山洪灾害评价研究，足立胜治等(1977)根据山洪发生可能性的特点将总指标分解为研究区域形态、地形地貌及降雨量三大指标，然后将其进行逐层次分解，最后给定每个等级的得分，确定山洪风险性。就水灾而言，联合国开发计划署提出的覆盖全球的灾害风险指标计划(DRI)和世界银行发起的覆盖全球的热点计划(HOTSPOTS)，都是影响力巨大的成功典例(丁志雄,2004)。

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