洪涝灾害的风险预测及管理

1.前言 我国位于世界最大海洋与最大陆地之间，全国大部分地区为季风气候区，受季风影响，极易形成暴雨洪水、融雪（融冰）洪水、冰凌洪水等多种形式的洪水。其中，经常发生并造成严重灾害的主要是暴雨洪水。我国暴雨洪水一般具有：季节性明显、洪水峰高量大、径流年内分配集中、洪水年际变化大等特点。

新中国成立以来，我国开展了大规模的江河整治工程建设。修筑水库拦蓄洪水，修筑堤防防止洪水泛滥。这些工程的修建，取得了显著的防洪效益，1949年到1987年的38年间防洪工程累计减淹成灾农田约6600万ha，加上减免的城市工业等其它损失，减少损失约3000亿元。然而，近十年来，随着我国社会经济的发展，特别是受洪水威胁区域内人口和资产的不断增长，洪水造成的损失有逐步增长的趋势，如图1。1991年，淮河、太湖流域洪水造成2100亿元损失；1998年长江大水经济损失约2500亿元。

50年来，通过大规模的水利工程建设，人们普遍地增加了安全感，在河岸两侧开始大规模的建设，城市不断扩大，人口不断集中。然而，当下一次洪水泛滥发生时，人们发现洪水所造成的损失比以前有增无减，于是人们又要求提高江河的防洪标准……如此下去，便形成了防洪工程投入不断加大，而洪灾损失也不断增长的局面。

我们应该认识到洪水是一种自然现象，企图以工程手段控制和消除洪涝灾害是不可能的，认识到洪水的风险不可消除而只能在一定程度上减轻或回避。洪涝灾害的风险预测及洪灾风险管理的概念便是在这样的基础上提出的。 2.洪涝灾害风险 洪水作为一种自然现象，可以用客观尺度测度其大小；洪涝灾害风险又与人们的行为相联系，与人们的决策有关；洪涝灾害风险的大小可以用风险程度来度量，它与洪水风险事件发生的概率及其可能产生的损失有关，用数学表达式来表示，即

R=f(P,L) 其中，R——洪涝灾害风险；P——洪水事件发生的概率；L——洪涝灾害风险损失。 3.洪涝灾害风险管理 洪涝灾害风险管理是指人们对可能遇到的洪水风险进行识别、估计和评价，并在此基础上有效地控制和处置洪水风险，以最低的成本实现最大安全保障的决策过程。它是一个连续的、循环的、动态的过程，主要包括建立风险管理目标、风险分析、风险决策、风险处理等几个基本步骤。如图2。

洪涝灾害风险管理的目标是选择最经济和有效的方法使风险成本最小。它可以分为灾害发生前的管理目标和灾害发生后的管理目标。灾前的管理目标是选择最经济和有效的方法来减少或避免损失的发生，将损失发生的可能性和严重性降至最低程度，如进行洪水预报、洪灾警报发布、防洪工程的规划与实施、防洪调度预案等工作；灾害发生后的管理目标是当实际灾情发生后，监测实时雨情、水情和工情信息，确定最合理有效的调度方案，并组织好抢险与避难转移，尽可能减少直接损失和间接损失，使其尽快恢复到损失前的状况。

洪涝灾害风险分析主要包括风险识别、风险估计和分析评价。风险分析是通过对区域洪水成因、洪水特性（包括洪水概率、流量、水位等）、水利工程状况进行分析，采用历史洪水调查、水力学模型试验或数值模拟计算等方法，确定区域内不同地区的洪水危险程度（包括淹没范围、淹没水深、淹没历时、流速等）；再对区域内的社会经济状况（人口、资产等）分布和抗灾能力进行分析，得出不同高程下的主要资产类型和这些资产在不同淹没水深下的洪灾损失率，并将上述两方面的信息进行结合，估算出区域在不同频率洪水下的洪水灾害直接经济损失和间接经济损失，确定洪水灾害的风险程度；最后，根据洪灾风险分析的结果，选择不同的防洪减灾对策，考查估算不同方案的费用、效益。

洪灾风险决策是指通过选择对付洪灾风险的一种方法或几种方法的组合，在洪灾风险评价的基础上，并考虑对社会、生态环境等方面的综合影响后，选择洪灾风险管理对策，实施洪灾风险决策。生产实际中，对付洪灾风险的方法主要包括以下几种：1）风险自留（不采取任何措施）；2）回避风险（将人口和资产从风险区内搬出）；3）降低洪灾损失（适当限制高风险区内的经济发展；建立避水庄台，建立防水房屋，搞好风险区内安全建设；设计好避难路线；做好抢险避难的宣传工作）；4）风险转移（开展洪水保险和再保险）。

洪灾风险处理是根据决策的方案实施风险管理计划，并对计划实施后的效果进行评价。评价各种防洪减灾措施实施后的效益与费用，修改、建立新的洪灾风险管理目标，进入下一次的洪灾风险管理过程。

针对洪水管理的具体内容，洪水风险管理主要包括对洪水的预测和调度中的风险管理、防洪工程风险管理、防洪投资风险管理、洪泛平原风险管理、洪水生态环境风险管理、防洪决策风险管理等方面的内容。 洪水预报不可能做到百分之百的准确，准确的预报，会对水库等水利工程的调度决策提供帮助，可能会减少损失；预报与实际不相符合，不仅不能对水库等水利工程的调度决策提供帮助，而且会提供错误的信息，可能会增大洪涝灾害风险。

防洪工程建设质量的好坏，直接关系到水库、堤防等水利工程的调度决策，都可能产生潜在的风险。0604小游戏 http://www.0604.cn

防洪投资风险管理主要是通过对防洪投资效益进行评估和跟踪调查，确定防洪投资预算和投资方向是否正确，再根据国家经济实力确定合理的投资预算和投资方向，避免投资的浪费和积压。

洪泛平原风险管理主要针对在正常时为干燥地域而当发生某种频率洪水（美国定为1%洪水）时可能淹没的区域内的土地进行管理。包括域内土地开发利用方式的管理；城市防洪减灾设施的管理；建筑物结构及耐水标准的管理；洪水预、警报系统及防洪救灾体制的建立和管理；居民避难系统的建立；洪水保险制度的建立；灾后重建的社会、国家补偿制度等。

洪水生态环境风险管理包括对各类防洪工程建设对流域内生态系统、环境质量的影响进行评估；制定改善环境、生态保护的补偿计划并逐步实施；对洪水灾害发生后产生的环境和生态影响进行调查和评估等。

防洪决策风险管理，主要针对上述各项管理过程中的决策进行管理，避免由于决策失误造成的不良影响和失误，包括决策科学化、制度化。如建立辅助决策信息管理系统、决策支持系统，以及建立和完善相关的法规体制等。

4.实例 洪水风险图是标示某一区域内可能发生的洪水灾害危险性大小的地图，是进行区域洪灾风险管理的基础。中国水利水电科学研究院从1984年以来已先后完成了永定河泛区、小清河分洪区、辽河中下游地区、黄河北金堤滞洪区、东平湖分洪区、淮河蒙洼分洪区、珠江的西江流域、黄河下游山东段等地区的洪水风险图以及沈阳市、深圳市、广州市、上海市、天津市、哈尔滨等城市的洪涝灾害风险图。

实例：黄河下游堤防保护范围的研究 1）洪灾风险管理目标的确定。历史上，黄河山东段曾多次泛滥，但由于两岸地貌发生较大变化，新建许多大型水利工程及道路，目前依然很难确定黄河堤防的保护范围及保护范围内的洪水风险。而山东省黄河河道狭窄，设计行洪能力只有10000m3／s， 近年来河道淤积日益严重，1995年下游河床淤高16cm，而黄河大堤多年未曾加高，两岸的安全标准日益降低。加之，下游河道容易发生冰塞，建国以来已有两次形成冰凌灾害，是属于洪水灾害风险较大的区间。

从地貌来看，黄河河床居高临下，下游段成为海河、淮河两流域的分水岭。洪水成灾范围极大，但究其准确，则众说不一。黄河下游两岸为我国经济发达地区，人口财产密集，铁路、公路纵横，堤防一旦溃决，后果将十分严重。北决可犯华北平原，威胁海河流域，南决可危及淮河流域，且有京蒲、京九、陇海铁路大动脉、胜利油田等重要设施及众多的城市。因此需要正确地确定黄河下游堤防的保护范围，进一步根据该范围内人口及财产分布，计算堤防的防洪效益。

2）洪灾风险分析。本研究采用无结构不规则网格对计算域进行剖分，使网格的大小随地形地势和阻水建筑物的分布灵活确定，而且尽可能地将这些阻水建筑物作为网格的边界，充分反映计算域的特征。在计算方法上，在网格形心处计算水位，在网格边界（即通道）上计算流量。将网格按地形划分为滩地型、河道型；将通道按构成成分划分为滩地型、河道型、连续堤、有缺口堤、特殊型等。

以水位和流量为主要控制变量的二维非恒定流的基本方程如下： 水流连续方程： 式中：H—水深；Z—水位；q—源汇项，本模型中代表有效降雨强度，不计降雨情况下q=0；M—x方向的垂向平均单宽流量；N—y方向的垂向平均单宽流量；u—垂向平均流速在x方向的分量；v—垂向平均流速在y方向的分量；n—曼宁糙率系数；g—重力加速度；t—时间。

Z=H+B (4) u=M/H (5) v=N/H (6) 其中：B 为地面高程。 上述两个动量方程中，第一项为加速度项，第二、三项为对流项，第四项为重力项，第五项为阻力项。

本模型上起陶城埠，下至河口清1断面，共有2286个网格，根据不同的堤防决口位置，共计算了十个方案[图3]。综合十个方案的淹没范围，勾绘出整个淹没范围的包络图[图4]，该图就可以代表整个黄河下游堤防的保护范围。计算结果表明：黄河北岸决口时，洪水主要沿徒骇河两岸漫流入海，洪水波及至马颊河的南岸，淹没面积为10870km2。黄河南岸决口时，洪水主要沿小清河两岸漫流入海，淹没面积为5950km2。 得到黄河下游山东段堤防保护范围内的最大可能水深分布图后，结合保护范围内的人口和资产分布状况，对各种分类资产损失（如农作物损失、林业损失、水产业损失、畜牧业损失、居民财产损失、企事业财产损失等）进行估算，再对各种分类资产损失求和后，可得到堤防溃决后的直接经济损失和间接经济损失，堤防的总的减少洪灾损失的价值即为堤防的防洪效益。

5．结语