氣候變化下流域洪澇災害風險性評價
——以珠江流域為例

徐 娜，陳 巖

(南京林業大學經濟管理學院，南京 210037)

IPCC(International Panel on Climate Change)第五次評估綜合報告指出，自20世紀中葉以來，氣候變化已經影響了全球范圍內流域洪水發生的頻率和規模，隨之而來的直接和間接損失大幅度增加[1]。在近東、印度和中南美洲等地區，現代大洪水發生的頻率和規模甚至超過歷史上的洪水記錄[2]。我國近50年來，洪澇災害時有發生，1963年海河流域特大暴雨洪水，1981年四川省暴雨洪水，1991年江淮及太湖流域暴雨洪水，1998年長江、嫩江和松花江特大洪水，2003和2007年淮河流域洪水，2012年湖南省暴雨洪水等，洪澇災害給國家和人們造成了巨大的損失。許多學者采用不同的方法對洪澇災害風險進行評價，主要包括GIS(Geographic Information System)法、模糊綜合評價法、指標法和函數法。在GIS法中，石怡[3]、Seekao[4]等通過對GIS空間數據處理，得到流域的洪災分布圖；程先富利用GIS空間分析技術構建了巢湖流域洪澇災害風險評價模型，并預估了2020年的不同重現期洪災風險分布圖[5]；Chen用GIS空間數據作為水文模型輸入值，對孟加拉國達卡的洪水損害進行評估[6]。在模糊綜合評價法中，俞布等將模糊綜合評價法與GIS空間技術相結合構建評價模型，將洪水災害易損性分為5個等級[7]；袁永博基于可變模糊理論，融合可變模糊客觀權重與層次分析主觀權重，建立模糊可變模型對山東省旱澇災害進行評價[8]。在指標法中，賀山峰從致災因子和孕災環境兩方面入手，對SRES B2情景下安徽省縣域尺度未來90年的洪災致災危險性格局進行預估[9]；王艷君用災害范圍、人口、經濟和農作物暴露度4個指標表征洪澇災害暴露度，從經濟脆弱性和人口脆弱性評價災害脆弱性，分別從時間和空間角度分析了中國暴雨洪澇災害的特征[10]；Ryu考慮氣候變化條件，從暴露度、敏感性和抗壓性3個角度分析韓國工業園區的洪災脆弱[11]。在函數法中，胡俊鋒構建了洪澇災害綜合風險指數模型，可以對未來區域的綜合風險進行預測[12]；張正濤使用暴雨洪澇災害危險性、暴露度和脆弱性構建暴雨洪澇綜合風險指數，對不同重現期的洪澇災害風險評價[13]；Amadio運用災損曲線(SDC)模型，分別從資產損失、農業損失和產品損失3個方面評估意大利洪澇災害風險[14]。

目前，我國對洪澇災害風險評價研究主要存在3個問題：第一，氣候變化對洪澇災害影響加劇，但現有研究很少考慮氣候變化的因素，對風險性的評價不準確；第二，研究者大多使用指標法和函數法其中一種方法，使用指標法對指標賦值時，多采用主觀方法，影響評價結果的準確度，在使用單一函數法時，所選變量系統性較差，變量之間缺少邏輯性，不能全面的評價洪澇災害風險性；第三，在對洪澇災害風險評價時，多從造成洪澇災害的原因入手，很少考慮洪澇災害的損失狀況。本文根據IPCC對風險的定義，綜合考慮氣候變化對洪澇災害的影響，采用函數與指標相結合的方法，構造洪澇災害風險函數公式，對珠江流域的洪澇災害風險進行評估，并對降低風險提出一些建議。

1 水資源災害風險性內涵定量方法

1.1 流域洪澇災害風險內涵

目前洪澇災害風險沒有統一的定義，本文認為IPCC提出的風險定義具有代表性，IPCC在2014年提出，風險是在氣候變化影響下由脆弱性、暴露度和危害度的相互作用產生的，如圖1所示[]。由此定義流域洪澇災害風險是指在某一流域內，受氣候變化影響，洪水對社會經濟和自然環境造成的災害損失及其發生的概率，由水資源脆弱性、暴露程度和洪澇災害危害度三部分構成。水資源脆弱性取決于水資源對氣候變化的敏感性和水資源系統的適應性。因此，根據前人研究構建函數模型如下[16-18]：

(1)

式中：R(t)為流域洪澇災害風險；t為評價時間；S為水資源的敏感性；C為水資源適應性；E為洪澇災害暴露度；H為洪澇災害危害度。

圖1 IPCC-AR5氣候變化下風險與危害、暴露度和脆弱性的關系示意圖[15]Fig.1 Framework of risk, hazard, exposure & vulnerability under climate change[15]

1.2 函數主體

(1) 流域水資源脆弱性。流域水資源脆弱性是指氣候變化可能對流域水資源造成不利影響的程度，包括洪澇、干旱事件的影響，脆弱性越高，不利影響越大。流域水資源脆弱性取決于水資源對氣候變化的敏感性和水資源的適應性。

水資源對氣候變化的敏感性，指氣候變化對水資源量的影響程度，用年徑流量對溫度和年降水量兩個參數的彈性系數表示[]，計算過程如下：

(2)

水資源的適應性指水資源能夠減緩由氣候變化下極端降水導致的洪澇災害的能力，根據夏軍等人的研究，用水資源開發利用率、百萬立方水承載人口數和人均可用水量指標構造函數公式[18]。函數公式為：

(3)

式中：r為水資源開發利用率；k為尺度因子；P為流域人口；Q總為流域內水資源總量；W為生態需水量；μ為流域內水質達標目標。

根據前人的研究[20]，確定水資源開發利用率、百萬立方水承載人口數和人均可用水量3個指標的閾值，用r=40%，擬合得到k=2.3。

(2) 流域洪澇災害暴露度。暴露度指人員、生計、經濟等可能受到不利影響的位置和環境[15]，暴露度越高，流域容易遭受損害的可能性就越大。流域洪澇災害暴露度應該從人口密度、經濟產值及其農作物面積等方面來衡量，所以選取人口暴露度、經濟暴露度和農作物暴露度3個方面來構建暴露度函數[21]，函數公式[18]如下：

(4)

式中：Ar為墾殖指數；G為地區國內生產總值；A為地區位置及其面積。

(3)流域洪澇災害危害。流域洪澇災害危害是指在流域內發生的洪澇災害或趨勢或物理影響，它可能造成生命損失、傷害或財務、基礎設施、生計等的損害和損失。危害度越大，表明流域遭受洪澇災害的損失越大。衡量洪澇災害的危害，不能僅僅從發生的概率和洪水強度來衡量，如安徽宣城，由于歷年來多發洪澇，當地已經形成很強的應對機制，將災害損失降低到最低，反之，2016年河北暴雨，由于當地缺乏洪澇災害應對機制，導致百余人死亡。所以用受災死亡率Pd、GDP損失率Gl和耕地淹沒率Al3個指標來評價洪澇災害的危害，函數公式為：

H(t)=1-exp (-Pd-Gl-Al)

(5)

2 實例研究

2.1 研究區概況

本文從流域角度評價洪澇災害的風險性，選取濕熱多雨、洪澇多發的珠江流域作為研究區，對珠江流域2001-2014年洪澇災害風險性進行評價，并評價珠江流域內廣西壯族自治區、廣東省及云南省2001-2014年洪澇災害風險性，由于貴州省數據缺失，本文暫不研究貴州省的洪澇災害風險性。

珠江流域地處我國南部，位于東經102°14′～115°53′，北緯21°31′～26°49′，西起云貴高原，東至珠江三角洲沖積平原，北靠南嶺與長江分界，南臨南海，地勢西北高東南低。流經云南省、貴州省、廣西壯族自治區和廣東省，流域面積為45.369 萬km2。研究區屬于亞熱帶濕潤氣候，多年平均溫度為14～22 ℃，多年平均降雨量為1 200～2 200 mm，多年平均徑流量3 381 億m3，水資源含量豐富。據統計，近百年來流域發生的較大洪水有十多次，受氣候變化影響，洪水發生頻率日益增加，隨著人口增長和經濟發展，洪水造成的損失日益嚴重，據廣西壯族自治區和廣東省統計，1988-1998年洪災造成的直接經濟損失為1 873 億元。珠江流域洪澇災害頻繁，受洪澇災害威脅的耕地面積為92.7 萬hm2，占總體耕地面積的20%，災害主要集中在廣州、南寧等20座大城市，這些城市在國民經濟發展中占有重要地位，由此可見，對珠江流域洪澇災害風險性的評價具有重要意義。

本文評價所用數據源自《中國水利統計年鑒》 (2009-2015年) 、《中國水利年鑒》(2002-2015年)、《珠江流域水資源公報》(2000-2014年)、《廣西水資源公報》(2009-2014年)、《廣東水資源公報》(2006-2014年)、《云南水資源公報》(2001-2014年)。

2.2 珠江流域洪澇災害風險評價

(1)洪澇災害風險計算。根據2001-2014年歷史數據得到珠江流域以及廣西壯族自治區、廣東省和云南省的洪澇災害風險結果，見表1。

表1 流域洪澇災害風險評價結果Tab.1 The assessment results of basin flood disaster risk

(2)洪澇災害風險等級劃分。為了便于評價珠江流域、廣西、廣東和云南省各年份的洪澇災害風險的情況，本文要對流域洪澇災害風險等級進行劃分。目前關于洪澇災害風險的等級沒有統一的標準，本文參考前人的研究，將各指標值按照從小到大順序排列，計算得出56組數據，按照等距方法將珠江流域、兩廣及云南省的洪澇災害風險劃分為5個等級，如表2所示。

表2 洪澇災害風險等級表Tab.2 Classification of flood disaster risk

2.3 結果分析

(1)脆弱性評價。流域脆弱性由水資源敏感性與抗壓性組成，脆弱性越高，表明氣候變化對流域造成不利影響的程度就越大。從流域尺度看，珠江流域脆弱性2001-2007年起伏較大，2007-2013年脆弱性在0.4～0.6之間波動，脆弱性逐年穩定，2014年脆弱性有所下降，呈現減弱趨勢。從圖2可以看出2004年脆弱性最高，氣候變化對流域產生的不利影響最大，通過對比原始數據發現造成該現象的主要原因是：水資源開發利用率較高，達到22.3%，水量需求量較大；水質達標率較低，僅為69.3%，水資源的承載壓力較重。2005年水資源脆弱性較高，其主要原因是受氣候變化的影響，降雨量蒸發比例增加，敏感性增加。在考慮氣候變化情況下，降低流域水資源脆弱性，主要從降低水資源開發利用率和提高水資源水質方面著手。

從省級尺度是看，2001-2006年廣東省水資源脆弱性波動較大，脆弱性偏高，主要原因是水資源開發利用率較高，氣候變化因素影響較大。2006-2014年脆弱性趨于穩定，主要由于廣東省嚴格落實“三條紅線”政策，降低水資源開發利用率，提高水質達標率。廣西壯族自治區14 a間水資源脆弱性波動較大，2003和2006年脆弱性較低，主要由于氣候變化影響的徑流蒸發量減少。2009-2013年脆弱性有下降趨勢，主要原因是廣西調整水資源管理政策，降低了水資源開發利用率，提高水資源水質達標率，增強了水資源抗壓性。云南省水資源脆弱性穩定在0.3～0.5之間，波動性較小，敏感性呈緩慢上升趨勢，主要是由于溫度上升，徑流蒸發量逐年增加，同時自2011年開始，區域水資源利用率不斷增加，抗壓性略有降低。總體來看，廣東省水資源脆弱性最高。

圖2 2001-2014年珠江流域、廣西壯族自治區、廣東省及云南省脆弱性走勢Fig.2 Vulnerability trend of Pearl River Basin, Guangxi Zhuang Autonomous Region, Guangdong Province and Yunnan Province in 2001-2014

(2)暴露度評價。流域暴露度越高，遭受洪澇災害時產生損失的可能性就越大。隨著人口和經濟的增長，珠江流域洪澇災害暴露度逐年增加呈現平滑上升趨勢，2005年暴露度出現猛增，主要由于該年經濟的快速增長，使流域GDP較往年有大幅增加。廣東省是中國第一經濟大省，也是人口最多的省份，所以廣東省洪澇災害的暴露度極高，從圖3可以看出，其暴露度接近頂值，隨著二胎政策的放開，暴露度很可能進一步增加。2001-2006年廣西洪澇災害暴露度緩慢上升，2006年之后上升速度加快，主要原因是經濟的快速增長，2013-2014年增長速度減緩。隨著社會經濟和人口的發展，云南省洪澇災害暴露度在14 a間不斷增長，尤其經濟暴露度增幅最大，區域GDP從2 138 億元增加至12 814 億元，但總體來看，云南省暴露度最低。

圖3 2001-2014年珠江流域、廣西壯族自治區、廣東省及云南省暴露度走勢Fig.3 Exposure trend of Pearl River Basin, Guangxi Zhuang Autonomous Region,Guangdong Province and Yunnan Province in 2001-2014

(3)危害度評價。危害度是實際衡量洪澇災害對地區社會經濟造成損失的指標，危害度越大，流域在洪澇災害中遭受的損失就越大。從圖4可以看出，珠江流域與兩廣地區洪澇災害危害度走勢大致相同，其中珠江流域危害度最大。2008年3個地區危害度均出現峰值，是由于汶川地震，暴雨導致的受災人口數、GDP損失和淹沒的耕地面積顯著增加。2009年后有趨于穩定趨勢，主要原因是針對日益頻發的洪澇事件政府采取了諸多措施，不僅積極做好監測預測，而且經常組織群眾進行洪澇災害應急演習，尤其注重學校和社區的防汛抗災知識普及，大大提高了群眾對洪災的防范意識和避險能力，最大程度的降低受災損失，取得了良好的效果，但是對于耕地防洪仍有欠缺，耕地淹沒率依然很高。云南省洪澇災害危害度較其他3個地方的危害度不同，整體呈下降趨勢，尤其人口受災率下降幅度最大，主要是由于云南地區多年大旱，降雨量減少，洪澇事件發生頻率及危害度均有所下降。

圖4 2001-2014年珠江流域、廣西壯族自治區、廣東省及云南省危害度走勢Fig.4 Hazard trend of Pearl River Basin, Guangxi Zhuang Autonomous Region, Guangdong Province and Yunnan Province in 2001-2014

(4)風險性評價。本文在氣候變化情況下，對珠江流域及其流經的廣西壯族自治區、廣東省和云南省2001-2014年洪澇災害的風險性進行評價，評價結果如圖5所示。參照表3風險性等級劃分，在流域尺度上，珠江流域洪澇災害風險性14 a中總體呈上升趨勢，保持在中度風險及以上，2004年風險性最低，只有0.071，為中度風險，2013年風險性最大，為嚴重風險。珠江流域近14 a洪澇災害風險性較大，2002-2004、2006、2007和2009年為中度風險，其余各年屬于高度風險及以上。通過對比數據發現，珠江流域風險性較高的主要原因是危害度較高，人口受災率和耕地淹沒率居高不下，為降低流域風險性，政府應著重關注減少受災人口，加強河流疏通，降低耕地淹沒面積。

在省級尺度上，洪澇災害風險性差異明顯，廣東省2001-2009年洪澇災害風險性在0.125附近上下波動，在14 a中，有8 a為中度風險，分別是2002、2004、2007、2009-2013年，2006年風險性最高，屬于嚴重風險，其余5 a均為高度風險。為降低廣東省洪澇災害風險性，一方面要降低水資源開發利用率，提高水質達標率；另一方面要降低暴露度，保障社會經濟安全。廣西壯族自治區風險性呈上升趨勢，2003年無風險；2004、2006年為低度風險，有11 a為中度度風險，風險值在0.028～0.087之間。對比數據發現，廣西風險性增加主要是由于水資源脆弱性以及暴露度的增加，氣候變化對廣西脆弱性影響較大，同時耕地暴露度與人口暴露度均有所下降，但經濟暴露度高速增長，為降低風險性，需重點關注氣候變化，注意防范經濟損失。云南省2001-2014年洪澇災害風險度整體偏低，均為低度風險，2012-2014年風險度最高，主要原因是氣候變化的影響，導致脆弱性增加，區域GDP的大幅度增長，致使暴露度增大，需注意防范洪澇災害對財產造成損失。

在省級尺度上，通過對比廣東省、廣西壯族自治區和云南省的洪澇災害風險性，發現廣東省的風險性除2011年以外均高于廣西壯族自治區，但在表現受災損失的危害度方面，廣東省危害度卻低于廣西危害度。通過查找歷史資料發現，歷年廣東省的人口受災率以及GDP損失率均小于廣西壯族自治區，主要原因一是廣東人口總數和GDP基數較大，二是廣東受災人口數小于廣西受災人口數。通過數據分析發現，造成廣東省與廣西壯族自治區風險性差異的主要原因是暴露程度的不同，廣東省的暴露度遠高于廣西壯族自治區，廣東省是中國第一經濟大省，人口密度和區域GDP均遠高于廣西壯族自治區，因此遭受洪澇災害的風險性也較大。云南省洪澇災害風險性低于兩廣地區風險性，主要由于云南省人口密度、經濟發展水平以及墾殖指數較低，洪澇災害暴露度水平低。

綜上所述，珠江流域及廣東省的洪澇災害風險性較大，已有年份達到嚴重風險，廣西壯族自治區和云南省洪澇災害風險性偏低，但風險性均有增加趨勢。對比原始數據，洪澇災害風險性的走勢主要與降雨量、水資源開發利用率、水質達標率、人口密度、GDP、人口受災率、GDP損失率、耕地淹沒率等指標相關，珠江流域、兩廣及云南省都需要從這些指標方面采取措施，來降低洪澇災害風險性。

圖5 2001-2014年珠江流域、廣西壯族自治區、廣東省及云南省洪澇災害風險性走勢Fig.5 Risk trend of Pearl River Basin, Guangxi Zhuang Autonomous Region,Guangdong Province and Yunnan Province in 2001-2014

3 結 語

本文根據IPCC提出的風險性定義，運用指標和函數方法將脆弱性、暴露度和危害度結合，考慮氣候變化影響，構建洪澇災害風險性評價函數。對珠江流域及流經的區廣東省、廣西壯族自治和云南省2001-2014年洪澇災害風險性進行定量評價，結果表明，珠江流域風險性波動較大，2013年為嚴重風險，其余諸年為中高度風險，風險水平較高，呈上升趨勢，主要原因是人口受災率和耕地淹沒率較高；廣東省風險度略低于珠江流域，大部分處于中度風險，有6 a為高度風險，2006年為嚴重風險，風險性偏高是由于水資源利用率較高，最高達39.5%，水質達標率低，保持在70%左右，人口暴露度和經濟暴露度較高；廣西壯族自治區的風險性偏低，除2003年無風險、2004、2006年是低度風險，其他年份均為中度風險，但風險性有緩慢上升趨勢，氣候變化和經濟暴露度增加是加劇廣西壯族自治區風險性的重要原因。云南省洪澇災害風險性最低，整體處于低度風險內，但自2002年以來有增加趨勢，主要原因是氣候變化影響的脆弱性增大和經濟發展導致的暴露度增加。本研究表明珠江流域洪澇災害風險性較高，需要加強治理和管理，同時本研究為水資源管理部門制定相關政策、措施從而降低珠江流域風險性提供了相應的參考。

由于數據的限制，本文僅研究2001-2014年的洪澇災害風險性，對趨勢的分析方面存在不足，需要增加時間序列，做進一步的補充和完善。在未來的研究中，擬基于目前的評價函數和評價結果，構建流域水資源洪澇災害風險性預測模型，對研究區未來的流域風險狀況進行評價。

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