氣候變化對(duì)中國(guó)洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的影響*

劉志雨，夏軍

①水利部水利信息中心，北京 100053；②武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430072

氣候變化對(duì)中國(guó)洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的影響*

劉志雨①?，夏軍②??

①水利部水利信息中心，北京 100053；②武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430072

洪澇災(zāi)害是中國(guó)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。它不僅分布廣、發(fā)生頻率高, 而且造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，是制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。研究表明: 中國(guó)洪澇有明顯的高頻期、低頻期的階段性年代際特征。近30年來(lái)，南方典型洪澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和中小流域極端洪澇事件的頻次和強(qiáng)度總體呈現(xiàn)增加、增強(qiáng)態(tài)勢(shì)，大城市和特大型城市暴雨內(nèi)澇事件也呈增加趨勢(shì)。在全球氣候變暖、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的背景下，未來(lái)中國(guó)部分地區(qū)強(qiáng)降水、洪澇等極端事件有可能增加、增強(qiáng)，從而加大洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和防汛調(diào)度指揮難度，并對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)不利的影響。

氣候變化；洪澇；災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)

受季風(fēng)以及地理位置、地形和地貌等因素影響，中國(guó)是世界上洪澇災(zāi)害頻繁且嚴(yán)重的國(guó)家，洪水災(zāi)害不僅范圍廣、發(fā)生頻繁、突發(fā)性強(qiáng)，而且損失大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)90年代以來(lái)，中國(guó)年均洪澇災(zāi)害對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的直接損失在千億元以上[1]，其中1998年長(zhǎng)江發(fā)生了全流域大洪水，嫩江、松花江發(fā)生了流域性特大洪水，西江和閩江也發(fā)生了特大洪水，全國(guó)因洪災(zāi)死亡4 150人，直接經(jīng)濟(jì)損失2 550.9億元[2]。進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)暴雨洪澇呈現(xiàn)新的特征，主要體現(xiàn)在中小河流洪水、山洪、暴雨誘發(fā)的泥石流和滑坡，以及城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，造成人民生命傷亡和財(cái)產(chǎn)巨大損失。2007年重慶、濟(jì)南因暴雨引發(fā)特大水災(zāi)，造成93人死亡，10人失蹤[3]。2010年，全國(guó)因中小河流洪水和災(zāi)害死亡人口2 824人，占當(dāng)年洪澇災(zāi)害死亡總?cè)藬?shù)的87.6%[4]。2012年7月12日，北京遭遇罕見(jiàn)的特大暴雨，一日面平均雨量高達(dá)170 mm，為新中國(guó)成立以來(lái)歷史最大；暴雨中心房山河北鎮(zhèn)點(diǎn)雨量達(dá)541 mm，重現(xiàn)期約500年；暴雨引發(fā)的特大山洪災(zāi)害造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)第五次評(píng)估報(bào)告(IPCC AR5)指出，近60年全球平均增溫達(dá)0.12 ℃/10 a，21世紀(jì)末全球地表氣溫將可能升高0.3～4.812 ℃[5]。中國(guó)《第三次氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告》顯示：1909年以來(lái)中國(guó)的變暖速率高于全球平均值，每百年升溫0.9～1.5 ℃。全球變暖會(huì)導(dǎo)致水循環(huán)出現(xiàn)變異，降水時(shí)空分布更加不均勻[6]。氣候變化改變了大氣持水能力，將引起洪水等極端水文事件出現(xiàn)的頻率和強(qiáng)度的變化，使得一些地區(qū)的洪水風(fēng)險(xiǎn)增加[7]。中國(guó)《第三次氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告》預(yù)計(jì)，“氣候變化可能會(huì)進(jìn)一步加劇洪澇災(zāi)害的發(fā)生”。在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)項(xiàng)目課題《氣候變化對(duì)南方典型洪澇災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)防洪安全的影響》研究成果的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步討論分析近60年中國(guó)洪澇極端事件的變化特征，基于不同氣候變化情景多模式數(shù)據(jù)，預(yù)估在全球變暖背景下中國(guó)南方典型流域極端洪水變化趨勢(shì)，進(jìn)而預(yù)估未來(lái)氣候變化對(duì)中國(guó)洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的可能影響，并提出一些應(yīng)對(duì)氣候變化對(duì)策建議，為相關(guān)部門(mén)應(yīng)對(duì)氣候變化提供參考。

1 近60年中國(guó)洪澇極端事件的變化特征

本研究定義10年、20年、50年、100年一遇的中洪水及以上洪水作為極端洪澇水文事件。基于250個(gè)長(zhǎng)系列水文測(cè)站年極值資料，對(duì)中國(guó)東部季風(fēng)區(qū)典型流域洪水發(fā)生的年代際、年際變化發(fā)生規(guī)律進(jìn)行研究分析?；谀曜畲蠛统砍闃臃椒ㄋ玫暮樗畼颖鞠盗校?0年為周期對(duì)洪峰流量系列逐年滑動(dòng)，采用P-Ⅲ型分布曲線分別對(duì)各30年滑動(dòng)系列進(jìn)行洪水頻率分析計(jì)算，利用Man-Kendall檢驗(yàn)法診斷系列參數(shù)的趨勢(shì)性，識(shí)別洪峰流量系列的平穩(wěn)性。采用“2個(gè)時(shí)期”對(duì)比的方法，分析近30年(1981—2010年)和較前30年(1951—1980年)洪峰流量系列參數(shù)估計(jì)值。

1.1 南方典型洪澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)極端洪澇事件的頻次和強(qiáng)度總體呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)

中國(guó)洪水有明顯的高頻期、低頻期的階段性年代際特征，近30年來(lái)洪水年際變幅大部呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，部分地區(qū)強(qiáng)降水頻發(fā)、旱澇并重、突發(fā)洪澇、旱澇急轉(zhuǎn)等現(xiàn)象日益突出。

與1951—1980年相比，1981—2010年珠江、長(zhǎng)江、閩江等流域10年一遇以上的洪峰流量值有所增大。對(duì)于重現(xiàn)期為50年的特大洪水，珠江流域70%斷面、淮河流域32%斷面的設(shè)計(jì)洪峰值呈增加趨勢(shì)[8](圖1和圖2)。

圖1 珠江流域西江梧州水文站極端洪澇事件的強(qiáng)度(a)和頻次(b)前后30年變化

圖2 珠江 (a)和淮河流域(b)主要控制站50年一遇年最大流量前后30年強(qiáng)度變化分布

1.2 中小流域極端降水與洪澇事件的頻次和強(qiáng)度總體呈現(xiàn)增加和增強(qiáng)態(tài)勢(shì)

局部地區(qū)短歷時(shí)強(qiáng)降水事件頻發(fā)、中小河流洪水增多、增強(qiáng)。以珠江流域北江上游支流武江(7 000 km2)為例，全年和汛期降水量均未表現(xiàn)出明顯變化趨勢(shì)，但年最大流量的增加趨勢(shì)較為明顯，顯著性水平達(dá)到0.05，洪水形態(tài)也發(fā)生變化(圖3)。對(duì)于像武江這樣的小流域，氣候變暖導(dǎo)致的極端降水增加可以產(chǎn)生較強(qiáng)的短歷時(shí)洪水。

圖3 武江流域控制站年最大流量(a)和洪水歷時(shí)(b)變化趨勢(shì)

1.3 大城市和特大型城市暴雨內(nèi)澇事件也呈增加趨勢(shì)

沿海城市廣州市城區(qū)最大1 h、最大1 d降雨在過(guò)去20年間有弱的上升態(tài)勢(shì)，日降雨量≥50 mm的暴雨次數(shù)有較為明顯的上升趨勢(shì)，且通過(guò)了置信度為90%的顯著性檢驗(yàn)[9-10](圖4)。濱河城市蚌埠市20世紀(jì)80年代中期以來(lái)暴雨與洪水遭遇的頻次明顯增多，1986年以來(lái)外洪與城市暴雨遭遇相對(duì)頻繁，25年內(nèi)遭遇多達(dá)11次，幾率約為44%。與1952—1980年相比，1981—2010年蚌埠市外洪與城市暴雨遭遇概率有所增加，均增加95%以上[11](圖5)。

圖4 廣州市1969—2011年日降雨超過(guò)50 mm時(shí)間序列

圖5 蚌埠市城區(qū)暴雨(最大1 d降水量)與外洪(年最大15 d洪量)遭遇示意

2 在全球變暖背景下中國(guó)洪澇風(fēng)險(xiǎn)未來(lái)演變趨勢(shì)的預(yù)估

由于全球變暖，中國(guó)東亞季風(fēng)氣候系統(tǒng)各子系統(tǒng)都在不斷發(fā)生變異, 這將使得中國(guó)洪澇災(zāi)害可能變得更加嚴(yán)重[12-13]。本文以洪澇災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)淮河流域和珠江流域內(nèi)的重要防洪水利工程(如大型水庫(kù)、蓄滯洪區(qū))和重要城市為研究對(duì)象，基于新一代排放情景(表1)CMIP5多模式數(shù)據(jù)及其二次開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，預(yù)估極端洪澇變化趨勢(shì)，研判未來(lái)氣候變化對(duì)重點(diǎn)水利工程、防洪城市防洪安全影響的后果與風(fēng)險(xiǎn)，為相關(guān)部門(mén)應(yīng)對(duì)氣候變化提供參考。

表1 新一代排放情景典型濃度目標(biāo)

2.1 未來(lái)氣候變化可能對(duì)區(qū)域防洪安全產(chǎn)生不利影響

以淮河防洪最為重要的蒙洼蓄滯洪區(qū)為研究對(duì)象，基于RCP情景下全球47個(gè)IPCC CMIP5氣候模式模擬數(shù)據(jù)[13]，構(gòu)建了網(wǎng)格分辨率為0.25 ℃×0.25 ℃的VIC水文模型，應(yīng)用CMIP5多模式的降尺度結(jié)果與VIC模型耦合，預(yù)估RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三種情景下未來(lái)時(shí)期(2021—2050年)蒙洼蓄滯洪區(qū)王家壩閘前端極端洪水洪變化趨勢(shì)，進(jìn)而預(yù)估未來(lái)30年氣候變化對(duì)蒙洼蓄滯洪區(qū)啟用的可能影響(圖6)。結(jié)果表明：與基準(zhǔn)期(1971—2000年)相比，多模式預(yù)估淮河上游未來(lái)多年平均氣溫一致呈增加趨勢(shì)，平均增幅范圍0.2～1.7 ℃；超過(guò)70%的模式預(yù)估降水呈增加趨勢(shì)，平均增幅為3.4%～4.1%；王家壩斷面20年一遇的最大日平均流量和最大30 d洪量總體呈增加趨勢(shì)，平均增加分別為19%和16%；20年一遇相當(dāng)?shù)暮樗l率將增大，蒙洼蓄滯洪區(qū)啟用可能更加頻繁，啟用的風(fēng)險(xiǎn)增大[14]。

圖6 不同情景下2021—2050年王家壩斷面20年一遇的最大日平均流量相對(duì)變化(基準(zhǔn)期：1971—2000年)

2.2 氣候變化將可能增加水庫(kù)防洪調(diào)度的難度

以珠江流域北江飛來(lái)峽水庫(kù)(以防洪為主的水利樞紐，總庫(kù)容19.04億m3，控制面積34 097 km2，防洪標(biāo)準(zhǔn)500年一遇設(shè)計(jì))為研究對(duì)象，基于CMIP5多模式集合降尺度數(shù)據(jù)預(yù)估了未來(lái)時(shí)期不同情景下飛來(lái)峽水庫(kù)極端入庫(kù)洪水的可能變化范圍，并根據(jù)IPCC第5次評(píng)估報(bào)告處理和表達(dá)不確定性的方法來(lái)描述未來(lái)洪水趨勢(shì)變化的可信度(圖7)。研究結(jié)果顯示，未來(lái)時(shí)期(2021—2050年)飛來(lái)峽水庫(kù)年最大洪峰流量和年最大洪量在RCP2.6情景下“大約可能”呈增加趨勢(shì)，在RCP4.5和RCP8.5情景下“較為可能”呈增加趨勢(shì)。與基準(zhǔn)期(1971—2000年)相比，水庫(kù)極端入庫(kù)洪水增加的可能性從大到小依次為RCP4.5、RCP2.6和RCP8.5，其中設(shè)計(jì)洪水100年、50年和20年一遇的洪峰流量在3種排放情景下均呈上升趨勢(shì)[15]。綜合分析，未來(lái)氣候變暖可能使得飛來(lái)峽水庫(kù)以上區(qū)域降水時(shí)空分布不均性加大，汛期降雨可能呈增加趨勢(shì)，極端強(qiáng)降雨事件和洪水同一重現(xiàn)期洪水的洪峰值可能呈增大趨勢(shì)，同樣量級(jí)的洪峰重現(xiàn)期縮短，給水庫(kù)防洪調(diào)度帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。

圖7 不同情景下飛來(lái)峽水庫(kù)入庫(kù)洪峰多模式模擬結(jié)果平均概率曲線對(duì)比

2.3 城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)有可能進(jìn)一步加大

在氣候變暖導(dǎo)致的海平面上升、極端強(qiáng)降雨與暴雨洪水事件頻發(fā)的情景下，未來(lái)沿海與內(nèi)陸城市面臨雨潮和雨洪遭遇的風(fēng)險(xiǎn)可能加大，城區(qū)外洪內(nèi)澇的概率增加。利用47個(gè)氣候模式，在三種排放情景下未來(lái)20～50年廣州城區(qū)極端強(qiáng)降雨，與基準(zhǔn)期(1971—2000年)相比，有可能增加，加上海平面可能繼續(xù)上升，由強(qiáng)降雨或高潮位所引發(fā)的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)進(jìn)一步加大。2021—2050年，多模式預(yù)估蚌埠市暴雨與淮河上游洪水遭遇的概率較基準(zhǔn)期(1971—2000年)有所增加，增幅為46%～79%[11]，蚌埠市城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)可能進(jìn)一步加大，可能對(duì)城市防洪安全產(chǎn)生不利的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

洪澇災(zāi)害始終是中華民族的心腹之患。從上面的分析可以看出，在氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響加劇的背景下，洪澇災(zāi)害仍是未來(lái)中國(guó)嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。雖然氣候變化趨勢(shì)預(yù)估存在不確定性，但我們預(yù)計(jì)未來(lái)隨著全球變暖，中國(guó)強(qiáng)降水、洪澇等極端水文事件增多的可能性甚大，加大了水旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和防汛抗旱調(diào)度指揮風(fēng)險(xiǎn)，迫切需要從工程措施、非工程措施以及應(yīng)急管理等方面來(lái)提高應(yīng)對(duì)水旱災(zāi)害的能力。為此提出以下對(duì)策建議：①根據(jù)防洪風(fēng)險(xiǎn)形勢(shì)的變化，不斷修訂完善流域及城市防洪規(guī)劃及相關(guān)的政策法規(guī)，構(gòu)建與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)的防洪安全保障體系；②在水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，要充分考慮氣候變化背景下洪水極值系列的非平穩(wěn)性，發(fā)展和應(yīng)用與氣候變化相聯(lián)系的非穩(wěn)態(tài)極值洪水頻率計(jì)算方法；③進(jìn)一步加強(qiáng)東亞季風(fēng)氣候自然變異和溫室氣體排放等人為強(qiáng)迫對(duì)洪水變化影響的研究，提高對(duì)暴雨洪水演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)水平和預(yù)估能力。

(2016年5月4日收稿)

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(編輯：段艷芳)

Impact of climate change on flood disaster risk in China

LIU Zhiyu①, XIA Jun②
①Water Resources Information Center, Beijing 100053, China; ②State Key Laboratory of Water Resources & Hydro Power Engineering Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China

Flooding is one of the worst natural disaster in China, and it is characterized by wide distribution, high frequency, and huge economic losses, which has been one of the important factors that restrict the economic and social sustainable development. Research shows that flooding in China has significant periodic decadal characteristics of high frequency and low frequency. For nearly 30 years, the inter-annual amplitude of fl oods in eastern monsoon climate area in China mostly showed a trend of increase. The increased frequency and intensity of fl ooding in typical southern river basins with high fl ood risk, and small and medium-sized rivers became prominent, and urban fl ooding and water-logging caused by storms in metropolises showed an increased trend. Under the background of global climate warming, rapid development of urbanization, heavy rain, fl oods and other extreme events may increase in occurrence and in intensity in future in parts of China, so as to increase the risk of fl ood disasters and accelerate the dif fi culty of fl ood-prevention and dispatch command, and thus causing unfavorable in fl uences on the economic and social sustainable development.

climate change, fl ood, disaster, risk

10.3969/j.issn.0253-9608.2016.03.003

*國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(2010CB428400)資助

?國(guó)家百千萬(wàn)人才工程入選者

??通信作者，中國(guó)科學(xué)院院士，研究方向：系統(tǒng)水文學(xué)非線性理論與方法、生態(tài)水文與水資源可持續(xù)管理。E-mail: xiajun666@whu.edu.cn