綜合洪水風險管理新進展

胡蘇萍

（南京水利科學研究院，210024，南京）

綜合洪水風險管理新進展

胡蘇萍

（南京水利科學研究院，210024，南京）

依據歐盟洪水風險管理指令，對洪水風險的定義進行了探討。將綜合洪水風險管理描述為由洪水事件、洪水管理、恢復重建和防洪等4個階段組成的持續(xù)重復過程。綜合洪水風險管理需要進行多層次、多部門的合作和跨學科的研究，為此簡要介紹由德國聯邦教育和研究部資助的“極端洪水事件的風險管理”綜合性研究計劃項目（2005—2010年）所取得的新成果。

洪水風險管理；危險性；脆弱性；極端洪水事件

一、洪水風險

2007年10月歐盟通過了關于洪水風險評估和管理的指令 （以下簡稱歐盟洪水風險管理指令），該指令旨在減少洪水對人類健康、環(huán)境、文化遺產以及經濟活動所造成的不利后果，為在整個歐洲層面上實現綜合洪水風險管理打下基礎。按照歐盟洪水風險管理指令的要求，所有成員國應當在2011年年底之前完成各流域洪水風險評估，在2013年年底之前完成洪水危險圖和洪水風險圖的編制，并在2015年年底之前制定洪水風險管理規(guī)劃，以減小洪水風險。

根據歐盟洪水風險管理指令，洪水風險本身被定義為某一洪水事件發(fā)生的概率與洪水所引起的對人類健康、環(huán)境、文化遺產以及經濟活動的潛在有害后果的組合。對該定義中被保護財產的脆弱性應作進一步的研究，因此通常認為洪水風險是由危險性和脆弱性交互作用形成的。危險性通過潛在危險過程的強度和概率予以描述，而脆弱性則通過風險要素（人、財產、環(huán)境等）的暴露性、敏感性和潛在損失予以描述。暴露性指暴露于危險過程的程度，敏感性則表示風險要素對于危險的抵抗力，兩者共同構成風險要素的易損性，并對洪水的潛在損失產生影響。

風險要素的暴露性在很大程度上取決于距離河流或淹沒區(qū)的位置，因此盡可能準確地描述相關的物理過程，并在危險圖、洪水風險圖或淹沒區(qū)圖中予以標識尤為重要。敏感性則在很大程度上取決于風險要素的種類和結構，如建筑物的敏感性就取決于其結構類型和建筑狀況，而建筑狀況又受齡期和維修費用的影響。采用符合防洪要求的建筑結構，并經常進行良好的維護就可以明顯減小建筑物對洪水危險的敏感性。除易損性之外，潛在的洪災損失對于評估洪水風險也具有決定性作用。

洪水風險受到彼此關系復雜的多個層面的影響，如措施層面、損失層面、法律層面、政治層面、社會層面等，各個層面彼此間的關聯程度又各不相同，并相互影響。

二、綜合洪水風險管理

現代風險文化不僅包括利用相對合理的費用采取預防性措施，而且還包括做好接受極端事件所致損失的準備，以及公開報告風險的準備。正確應對風險的方法是自覺地認識和監(jiān)測風險，并通過合理的行動和策略減小風險。

圖1 洪水風險管理的循環(huán)過程

在歐盟洪水風險管理指令中并未對“洪水風險管理”的概念給出準確的定義，但按照該指令的精神，洪水風險管理應當包括洪水發(fā)生前、洪水期間以及洪水發(fā)生后的所有階段。如圖1所示，洪水風險管理循環(huán)過程由以下4個階段組成：①洪水事件，水位或流量達到特定極限值后的徑流現象；②洪水管理，旨在限制洪水災害的程度和持續(xù)時間；③恢復重建，旨在為正常運行創(chuàng)造一切條件；④防洪，旨在降低風險要素面對洪水事件的脆弱性。

根據洪水風險管理循環(huán)過程可以確定洪水風險管理的4個基本目標及其相應的措施：

1.在洪水發(fā)生之前避免在洪水風險區(qū)形成新的風險

①預防性的土地利用：包括區(qū)域規(guī)劃和地區(qū)發(fā)展規(guī)劃，在水法中確定洪泛區(qū)，洪水風險區(qū)的合理利用以及相關必要的立法。

②天然蓄水：改善流域內土地的天然蓄水能力，尤其是農業(yè)和林業(yè)用地；以水域恢復、故道重接、河灘管理等形式在河谷和低地恢復洪泛區(qū)。

2.在洪水發(fā)生之前降低洪水風險區(qū)內已存在的風險

①工程技術防洪：包括建造和充分利用壅水建筑物攔蓄洪水；消除水力瓶頸和增大行洪斷面的工程措施；建造堤壩、防洪墻、閘堰和移動式防洪設施保護建筑物，并確保行洪斷面暢通無阻。

②建筑工程防備措施：指按防洪要求進行規(guī)劃和建設以及儲放對水有害的材料。

③風險預防金：包括金融保險（主要指洪災保險）和建立儲備金。

④搶險防災的準備：包括預警和救災計劃、組織資源、演習、救援人員的培訓以及軍民合作。

⑤預防行為：向受到洪水威脅的居民說明洪水風險，并針對洪水事件采取相應的準備措施。

⑥預防性信息：包括洪水預報、洪水水位信息以及預警。

3.在洪水發(fā)生期間減少有害后果

①抵御洪災。

②救助受災者。

4.在洪水發(fā)生之后減少有害后果

①修復。

②重建。

洪水風險管理循環(huán)過程是隨著防洪水平的變化而持續(xù)重復和完善的過程，通常呈螺旋形上升。經驗表明，只有從整體上全面研究整個洪水風險管理循環(huán)過程，并進行跨部門和跨學科的合作，同時確保公眾共同參與，才可以盡可能降低洪水風險并減小洪災損失。這個涉及多層面的過程被稱作綜合洪水風險管理。目前利用多學科協作進行洪水風險管理的實踐尚處于起步階段，因此不僅在單個學科，而且在多個學科協作防洪方面都還有許多問題有待研究。

三、極端洪水事件風險管理的研究

德國聯邦教育和研究部于2005年年初啟動了綜合性研究計劃項目“極端洪水事件的風險管理”，旨在通過不同學科和不同利益主體的整合，研究、開發(fā)和實施科學和先進的現代洪水管理方法和工具。除高校和科研機構之外，工程公司、聯邦和各州管理部門以及地方機構也參與了該項目的研究，以促進研究成果的轉化。該項目的研究對象為潛在損失較大的百年一遇或重現期大于100年的洪水事件，主要研究內容涉及以下3個部分：

①分析、預報和預警：洪水管理，洪水預報與預警，歷史洪水事件分析，極端洪水及其后果的跨學科研究，利用基于風險的方法防洪。

②信息通報與溝通：教育，網絡化，防洪意識，風險溝通。

③保護與控制：堤壩安全、堤壩監(jiān)測與防洪，大壩與滯洪系統的管理，洪水情況下城市供水與水處理基礎設施的管理，基于風險的防洪建筑物可靠性分析。

2005—2010年間，在“極端洪水事件的風險管理”研究計劃項目框架中，共完成了分別屬于以上3個部分的38個專題項目的研究，投資總額高達2000萬歐元。

將歷史洪水與當前防洪相結合，有助于提高風險評估水平和安全應對未來的洪水。在專題項目1“用于綜合防洪的歷史洪水分析”中，采用歷史和科學的方法對歷史洪水事件發(fā)生、發(fā)展過程及其影響進行了分析，并與大氣環(huán)流和雨型相耦合，利用水量平衡模型模擬了歷史洪水流量。該項目重建了1824—1882年期間德國內卡河洪水的降雨分布，模擬了由此造成的洪水流量，并根據歷史河流縱剖面重建其相應的水位。1824年內卡河秋季特大洪水是由持續(xù)強降雨引起的，目前由于氣候變化，發(fā)生類似特大洪水的概率增大。因此該項目所取得的成果對于內卡河流域防洪具有重要意義，可以用作計算和模擬可能最大洪水的依據，并作為現代洪水管理中的特大設計洪水。

專題項目6“以易北河為例的大流域極端洪水事件風險的變化與管理”，旨在研究由大流域引起的風險變化及其綜合管理的方法。實例研究的對象為國際河流易北河流域，重點研究德國境內易北河的洪水風險。

圖2 洪水風險管理模型系統

利用由數字地形模型、水文和水力模型以及洪災損失模型耦合而成的跨學科洪水風險管理模型系統（圖2），以大尺度和高時空分辨率模擬洪水危險性、脆弱性和風險，同時特別考慮了中期氣候變化以及至2055年的河漫灘土地利用變化，在此基礎上擬定了在水管理、工程建設和土地規(guī)劃方面的行動措施，并對這些預防性措施的有效性和效率進行了分析。還采用新的統計方法確定了極端洪水的重現概率，并對風險和預防性措施進行了多標準評價和排序。通過專題項目6提出了具有普遍適用性的研究洪水風險時空動態(tài)的方法，改進了防洪措施的效用評估。為確保研究成果能最大程度地應用于實踐，從一開始就加強了與聯邦、州等各級決策者的協調。

洪水預報是洪水管理的重要組成部分，專題項目 15“考慮預報不確定性的洪水風險管理業(yè)務專家系統的研發(fā)”旨在提高洪水預報精確度，為中等尺度流域的洪水管理提供一個有效的工具，使洪水預警更為及時可靠。對 “降雨預報——降雨—徑流模型——水力模型”整個洪水作用鏈的分析是該專題項目研究的依據。

通過研究提出了一套分析氣象不確定性和水文、水力參數不確定性及其與降水荷載相關性的方法，分別分析了洪水鏈各組成部分的模型不確定性，將預報不確定性的定量評價集成于洪水作用鏈，在這方面與傳統方法相比，該項目前進了一大步。對不確定性的考慮與時間相關聯，因為預報時間較短時，預報的可靠性增大，因此可以提供分級的預警系統，將誤報降低到最小程度。

專題項目15考慮了整個洪水作用鏈的不確定性。采用轉動帶法模擬作為預報不確定性最大來源的降雨分布和強度；降雨—徑流模型實現（半）自動校準，根據降雨荷載定量分析模型的不確定性；水動力模型考慮水文和水力摩阻的不確定性。利用所開發(fā)的基于規(guī)則的專家系統，可以在洪水預警和災害評估過程中對不確定性加以考慮，從而實現更為有效的洪水管理。該系統在校準的基礎上可應用于所選擇的不同流域。

專題項目21開發(fā)了 “極端事件的綜合洪水風險管理國際教學模塊FLOODmaster”，該教學模塊的開發(fā)基于與科學咨詢委員會以及歐洲各高等院校和科研機構的密切合作，將自然科學和工程科學基礎知識與經濟和社會科學以及土地規(guī)劃相結合，重點關注洪水成因，社會、經濟和生態(tài)的脆弱性，風險和減小風險的策略以及災害管理，可供高年級大學生、研究生和專業(yè)人員培訓和進修。

專題項目23“用于可靠識別和評估缺陷的堤壩監(jiān)測系統的優(yōu)化”旨在研發(fā)一種基于試驗和地質統計分析的堤壩監(jiān)測方案，以可靠識別和評估堤壩缺陷，并將其推廣應用至任意壩段。該項目對某一特定地點的土壤力學性質進行研究，利用地質統計和實驗室試驗確定失事過程的臨界參數，以提高數據質量和正確性。開發(fā)了一種用于確定土壤含水量、孔隙水壓力以及由蓄水引起的應力變化的新型測量系統，同時通過實驗室試驗確定強度參數及其由飽和所引起的強度參數的變化，并確保確定缺陷空間分布和出現概率的地質統計方法與堤壩特性相適應。所開發(fā)的監(jiān)測系統可由專業(yè)人員按照相關建議應用于無強度參數資料的河堤。

專題項目24“堤壩缺陷分析和結構檢測的現有和創(chuàng)新方法的系統評估”，旨在對堤壩及其地基的結構檢測和缺陷分析的無損物探方法進行評估。地球物理學早已應用于堤壩檢測，但有些問題還有待進一步研究，其中最重要的問題就是如何將地球物理數據和圖像轉化為穩(wěn)定計算的參數。為此在易北河和莫爾德河的4個堤壩上進行了實測，對所選用的地電阻力測量法、探地雷達法、電磁法和地震測量法進行了評估，另外還對一些新方法進行了試驗，如頻譜激電法、探地雷達陣列或多測站表面波地震等。根據試驗研究成果編寫了一本關于應用物探方法檢測堤壩的實用手冊，為正確選擇測量方法和參數提供指導。

迄今為止，很少有人從洪水角度研究整體水循環(huán)，這主要是因為模擬和描述這一自然過程極為復雜和困難。專題項目36“用于城區(qū)特大洪水后地下水和基礎設施管理的三區(qū)模型的開發(fā)”旨在開發(fā)一個能夠模擬特大洪水條件下地表徑流、下水道污水和地下水之間相互作用的耦合模型系統。該項目實現了三種水流過程模擬工具的耦合。作為獨立層次的單體模塊分別計算各部分的水位和流量，在一個時間步長結束時彼此間進行交換。各單體模塊之間的連接由耦合軟件進行管理，包括模擬工具的同步、不同模型幾何圖形之間的映射和相關水流過程不同時間尺度之間的插值。地下水和地下基礎設施也是實現全面綜合洪水風險管理的組成部分。城市防洪實例研究表明，利用所開發(fā)的耦合模型系統可以為地下基礎設施的設計和防護以及地下水管理提供有效解決實際問題的策略和方法。

從以上簡要介紹中可以窺見德國綜合性研究項目“極端洪水事件的風險管理”研究內容的豐富性和創(chuàng)新性，但許多新成果的實用性和可靠性還有待實踐的檢驗和進一步完善。

四、結 語

自然災害的發(fā)生和發(fā)展有其生命的周期，綜合洪水風險管理也是一個系統的過程和循環(huán)。要實現綜合洪水風險管理就必須把洪水風險管理的循環(huán)過程看作一個整體，進行跨部門和跨學科的合作。德國綜合性研究計劃項目 “極端洪水事件的風險管理”為現代洪水風險管理提供了一些科學的方法和工具。要有效和持續(xù)減小洪水風險，還必須增強全社會的洪水風險意識和應對災害的能力。

[1]Müller U.Hochwasserrisiko management—Theorie und Praxis [M].Wiesbaden：Vieweg+Teubner Verlag,2010.

[2]EU.Richtlinie 2007/60/EG des Europ?ischen Parlaments und des Rates vom 23.Oktober 2007über die Bewertung und das Management von Hochwasserrisiken [J].Amtsblatt der Europ?ischen Union，2007，50（L 288）.

[3]Merz B，Bittner R.RIMAX-Themenheft [J].Hydrologie und Wasserbewirtschaftung，2009，53（3）.

[4]張繼權，岡田憲夫，多多納裕一.綜合自然災害風險管理——全面整合的模式與中國的戰(zhàn)略選擇[J].自然災害學報，2006，15（1）.

責任編輯 韋鳳年

New advance in integrated flood risk management

Hu Suping

On the basis of the EC directive on flood risk management,the definition of flood risk is discussed.The integrated flood risk management is described as an ongoing iterative process with its 4 phases of flood event,flood management,regeneration and flood preventions.It requires multilevel and cross-sectoral coordination as well as interdisciplinary research.Therefore it introduces in brief the new results of the comprehensive research program （2005—2010）“Risk management of extreme flood events”,funded by the German Federal Ministry of Education and Research.

flood risk management；hazard；vulnerability；extreme flood event

胡蘇萍，譯審，從事水利科技信息研究。

TV877

A

1000-1123（2011）11-0049-04

2011-02-24