張?jiān)孪?,王輝
(1.浙江省海洋監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心,浙江杭州310007;2.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山東青島266100;3.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心,北京100081)
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臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究綜述
張?jiān)孪?,2,王輝3
(1.浙江省海洋監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心,浙江杭州310007;2.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山東青島266100;3.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心,北京100081)
摘要:綜合前人研究成果,認(rèn)為風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)由致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體脆弱性和災(zāi)害的損害組成,并從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體脆弱性入手,對(duì)國(guó)內(nèi)外風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要研究方法進(jìn)行系統(tǒng)梳理、總結(jié),比較其優(yōu)勢(shì)及不足,對(duì)未來的研究重點(diǎn)進(jìn)行了展望,為我國(guó)沿海地區(qū)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論的發(fā)展、完善提供參考。
關(guān)鍵詞:臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮;致災(zāi)因子危險(xiǎn)性;承災(zāi)體脆弱性;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮(文中簡(jiǎn)稱“風(fēng)暴潮”)是由于臺(tái)風(fēng)過境所伴隨的強(qiáng)風(fēng)和氣壓驟變而引起的局部海面震蕩或非周期性異常升高(降低)現(xiàn)象[1]。我國(guó)是世界上遭受風(fēng)暴潮災(zāi)害影響嚴(yán)重的國(guó)家之一,僅2013年因風(fēng)暴潮災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)到152.45億元[2]。為應(yīng)對(duì)風(fēng)暴潮災(zāi)害帶來的損失,近年來我國(guó)在風(fēng)暴潮災(zāi)害監(jiān)測(cè)監(jiān)視和預(yù)報(bào)預(yù)警方面開展了大量卓有成效的工作,在很大程度上降低了災(zāi)害造成的損失。但是,災(zāi)害預(yù)警報(bào)技術(shù)主要解決了短時(shí)期風(fēng)暴潮過程的預(yù)警報(bào),區(qū)域長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展還需要綜合性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)作為支撐。
20世紀(jì)80年代以來,國(guó)外紛紛開展風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究,已形成較為科學(xué)有效的評(píng)估理論與方法,并在很多沿海城市得到應(yīng)用。相比而言,我國(guó)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究起步較晚,主要始于國(guó)際減災(zāi)十年活動(dòng)的啟動(dòng)。在研究過程中,由于對(duì)災(zāi)害系統(tǒng)構(gòu)成的不同見解,不同學(xué)者的研究側(cè)重點(diǎn)也不盡相同,尤其是前期的大部分研究只注重致災(zāi)機(jī)理的研究,對(duì)于風(fēng)暴潮災(zāi)害承災(zāi)體甚少涉及。為規(guī)范風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作,國(guó)家海洋局于2012年頒布了《風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與技術(shù)導(dǎo)則(試行)》[3],一定程度上為我國(guó)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究指明了方向。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要研究方法進(jìn)行系統(tǒng)梳理、總結(jié),比較其優(yōu)勢(shì)及不足,并提出未來研究趨勢(shì),為我國(guó)沿海地區(qū)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論的發(fā)展、完善提供參考。
風(fēng)暴潮只是可能導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生的極端自然現(xiàn)象,其本身并不構(gòu)成災(zāi)害,只有當(dāng)風(fēng)暴潮的強(qiáng)度超過了影響區(qū)域內(nèi)的人類社會(huì)系統(tǒng)的脆弱性水平和應(yīng)對(duì)能力,才會(huì)導(dǎo)致災(zāi)害的發(fā)生[4]。對(duì)于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)的構(gòu)成,不同學(xué)者有不同的見解,如Okada等認(rèn)為自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是由危險(xiǎn)性、暴露性和脆弱性這3個(gè)因素相互作用形成的[5];張繼權(quán)等加入了防災(zāi)減災(zāi)能力因子,提出自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是由危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力共同構(gòu)成[6];史培軍等認(rèn)為自然災(zāi)害是致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體三者綜合作用的結(jié)果[7];聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署則將自然災(zāi)害理解為致災(zāi)因子和人類脆弱的共同作用的結(jié)果[8]。綜合前人研究成果,本文比較認(rèn)同聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署對(duì)于風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)的定義,認(rèn)為其具有3個(gè)內(nèi)容:(1)存在風(fēng)暴潮災(zāi)害的各種誘發(fā)因素,即“致災(zāi)因子”;(2)災(zāi)害的受體是人類和人類生活環(huán)境等,包括社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素,一般稱為“承災(zāi)體”;(3)災(zāi)害的損害,包括人類生命健康的危害、對(duì)人類生活和活動(dòng)條件的危害、對(duì)人類各種財(cái)產(chǎn)的破壞、以及對(duì)資源和環(huán)境等生存發(fā)展基礎(chǔ)條件的破壞。簡(jiǎn)單地表述為,致災(zāi)因子和承災(zāi)體兩者之間相互作用的規(guī)律構(gòu)成了風(fēng)暴潮災(zāi)害的成災(zāi)機(jī)制,其結(jié)果形成了通常所說的風(fēng)暴潮災(zāi)情。
災(zāi)害的形成是致災(zāi)因子對(duì)承災(zāi)體作用的結(jié)果,沒有致災(zāi)因子就沒有災(zāi)害[4]。風(fēng)暴潮致災(zāi)因子危險(xiǎn)性研究起步較早,研究方法早期以經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法為主,目前數(shù)值模型的利用越來越普遍,研究?jī)?nèi)容包括風(fēng)暴潮強(qiáng)度的預(yù)報(bào)、可能最大風(fēng)暴潮(Probable Maximum Storm Surge,PMSS)的計(jì)算和不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮的研究。
3.1風(fēng)暴潮強(qiáng)度的預(yù)報(bào)
對(duì)于風(fēng)暴潮強(qiáng)度的預(yù)報(bào),早期研究主要集中在對(duì)實(shí)際觀測(cè)風(fēng)暴潮與其可能影響因素進(jìn)行計(jì)算分析,確定它們之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。到了20世紀(jì)50年代,學(xué)者們從風(fēng)暴潮的發(fā)生機(jī)理入手,建立風(fēng)暴潮數(shù)值模擬模型,開展風(fēng)暴潮危險(xiǎn)性評(píng)估。相比早期的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì),研究方法逐步由定性、半定量分析轉(zhuǎn)向數(shù)值模擬。經(jīng)過60 a的發(fā)展,許多國(guó)家和地區(qū)都建立了各具特色的風(fēng)暴潮模型[9-13],例如美國(guó)的SPLASH模式以及在其基礎(chǔ)上發(fā)展出的SLOSH模型、美國(guó)加勒比海災(zāi)害減輕項(xiàng)目建立的TAOS模型、英國(guó)的SEA模型、荷蘭的DELFT3D模型以及丹麥的MIKE模型等,其中美國(guó)歷時(shí)10 a建立的SLOSH風(fēng)暴潮模式,在風(fēng)暴潮強(qiáng)度預(yù)報(bào)實(shí)踐中取得了良好的效果;丹麥的MIKE模型在海洋工程方面得到了廣泛應(yīng)用。1979年,我國(guó)學(xué)者孫文心發(fā)表了國(guó)內(nèi)第一篇風(fēng)暴潮數(shù)值模擬的論文,開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)數(shù)值風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)的先河,經(jīng)過30多年的發(fā)展,我國(guó)也在風(fēng)暴潮模擬技術(shù)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,如陳長(zhǎng)勝等[14]以江浙沿海為研究區(qū)域,采用二次守恒差分模型,空間與時(shí)間步長(zhǎng)分別取30 km和200 s,對(duì)強(qiáng)度、移向和移速不同的各類模型臺(tái)風(fēng)暴潮進(jìn)行了數(shù)值模擬;于福江等[15]采用嵌套網(wǎng)格,建立了東海區(qū)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)模式,該模式粗細(xì)網(wǎng)格的分辨率分別是6′和2′;端義宏等[16]應(yīng)用一個(gè)改進(jìn)的多層、自然正交坐標(biāo)網(wǎng)格的河口海岸模式ECOM2Si建立了長(zhǎng)江口區(qū)的風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模式,該模型在長(zhǎng)江口區(qū)有較細(xì)水平分辨率,最小格距為300 m,而在外海的最大格距為5 km,時(shí)間步長(zhǎng)為120 s。
風(fēng)暴潮的數(shù)值模擬可以對(duì)風(fēng)暴潮的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和影響范圍進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),能夠?yàn)檠睾5貐^(qū)政府部門的風(fēng)暴潮災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)工作提供決策依據(jù)。同時(shí),數(shù)值模擬技術(shù)不受到歷史資料長(zhǎng)度的限制,可以預(yù)測(cè)風(fēng)暴潮個(gè)例的變化,實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)暴潮災(zāi)害危險(xiǎn)性的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警,受到了許多學(xué)者的青睞,得到了越來越多的應(yīng)用,但風(fēng)暴潮數(shù)值模擬準(zhǔn)確性受制于數(shù)值模型的精度和輸入條件的準(zhǔn)確度。
3.2不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮的研究
很多研究者認(rèn)為風(fēng)暴潮災(zāi)害的危險(xiǎn)程度主要取決于未來發(fā)生不同規(guī)模風(fēng)暴潮的可能性大?。?7],并以不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮作為判斷標(biāo)準(zhǔn),評(píng)價(jià)長(zhǎng)時(shí)間序列下一個(gè)區(qū)域可能面臨的風(fēng)暴潮災(zāi)害強(qiáng)度[18-19]。這是一種基于頻率分析的手段,給出一個(gè)區(qū)域未來發(fā)生不同嚴(yán)重程度風(fēng)暴潮的可能性,是風(fēng)暴潮危險(xiǎn)性長(zhǎng)期特征的反映,如百年一遇風(fēng)暴潮、五十年一遇風(fēng)暴潮。迄今為止,國(guó)內(nèi)外許多研究者對(duì)不同區(qū)域的不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮進(jìn)行了研究。如王喜年等[20]、吳少華等[21]利用龔貝爾方法,計(jì)算了我國(guó)沿海的不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮;Mcinnes等[22]計(jì)算了不同氣候條件下的澳大利亞東北部沿海Cairns市的不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮;方國(guó)洪等[23]、謝翠娜等[24]基于長(zhǎng)期驗(yàn)潮站歷史觀測(cè)數(shù)據(jù),分別運(yùn)用不同方法計(jì)算了不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮。不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮的計(jì)算需要收集長(zhǎng)時(shí)間序列的歷史風(fēng)暴潮資料,在一些驗(yàn)潮資料缺乏的區(qū)域,多是采用長(zhǎng)短系列訂正的方法,但只有在資料系列短的測(cè)站附近存在長(zhǎng)期觀測(cè)站,同時(shí)兩者又有良好相關(guān)才是有效的[20]。當(dāng)然亦可采用經(jīng)過檢驗(yàn)的風(fēng)暴潮數(shù)值模式,對(duì)無資料時(shí)段中的風(fēng)暴潮過程進(jìn)行計(jì)算,以彌補(bǔ)潮位資料的缺失,從而開展不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮計(jì)算,但是這類研究并不多。近幾年,一些學(xué)者[25-28]提出了采用隨機(jī)模擬擴(kuò)充臺(tái)風(fēng)樣本的方法來增加樣本數(shù),彌補(bǔ)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)量上和質(zhì)量上的不足等問題。隨機(jī)臺(tái)風(fēng)的數(shù)值模擬雖然在一定程度上解決了觀測(cè)樣本的不足問題,但是不容忽視的是隨機(jī)數(shù)據(jù)集的生成、計(jì)算的工作量大,因此在實(shí)際應(yīng)用中并不多。
對(duì)于不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮的統(tǒng)計(jì)分析,主要有龔貝爾方法、皮爾遜Ⅲ型曲線法、韋伯分布、廣義極值分布、帕累托分布和聯(lián)合概率分布等計(jì)算方法。這些方法側(cè)重點(diǎn)不同,各有優(yōu)點(diǎn)和不足,在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選擇最佳方法。例如,《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中推薦龔貝爾方法、皮爾遜Ⅲ型曲線法。不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮的計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)區(qū)域在未來長(zhǎng)期時(shí)間里發(fā)生風(fēng)暴潮災(zāi)害危險(xiǎn)程度的預(yù)測(cè)分析,為政府規(guī)劃部門制定防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù),是風(fēng)暴潮災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的主要方法之一。但是該方法并不涉及具體的風(fēng)暴潮過程,對(duì)風(fēng)暴潮的持續(xù)時(shí)間、影響范圍等要素?zé)o法預(yù)測(cè),因此無法預(yù)測(cè)風(fēng)暴潮個(gè)例的實(shí)時(shí)危險(xiǎn)性。此外,受全球氣候變化和海平面上升的影響,不同重現(xiàn)期的風(fēng)暴潮極值水位可能發(fā)生變化,不能客觀全面反映未來風(fēng)暴潮災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。
3.3可能最大風(fēng)暴潮(PMSS)的計(jì)算
20世紀(jì)60年代,工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域引入了可能最大風(fēng)暴潮(PMSS)概念。PMSS的計(jì)算對(duì)我國(guó)沿海正在新建和擬建的核電站高潮位的確定至關(guān)重要,已列入國(guó)家核安全局的核安全導(dǎo)則中,其計(jì)算方法一般可分為兩種,一種是數(shù)值計(jì)算方法,即確定相關(guān)臺(tái)風(fēng)參數(shù),在適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件和初始條件下,通過數(shù)值模型的計(jì)算沿岸的風(fēng)暴增水分布和特定地點(diǎn)風(fēng)暴增水隨時(shí)間的變化。國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者利用數(shù)值模型針對(duì)PMSS開展了一系列的研究。其中,美國(guó)對(duì)PMSS的研究歷史較長(zhǎng),工作也較為系統(tǒng),對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度進(jìn)行分類,利用SLOSH模式,計(jì)算不同強(qiáng)度臺(tái)風(fēng)下的最大可能淹沒范圍,以可能最大臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)暴潮為PMSS[29];日本以“5912”號(hào)伊勢(shì)灣臺(tái)風(fēng)作為可能最大臺(tái)風(fēng)的基準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行路徑平移,完成不同區(qū)域PMSS關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)置[30];尹慶江等利用已確定的可能最大臺(tái)風(fēng),按3種類型的13條臺(tái)風(fēng)路徑分別進(jìn)行了計(jì)算,確定了浙江鎮(zhèn)海的PMSS值[31];應(yīng)仁方等[32]、端義宏等[33]等分別建立了適合上海的不同風(fēng)暴潮數(shù)值模型,計(jì)算上海地區(qū)(吳淞)的PMSS;胡仁飛等[34]考慮臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)測(cè)的不確定性,引入風(fēng)暴潮集合預(yù)報(bào)技術(shù),以臺(tái)風(fēng)“9711號(hào)”為基礎(chǔ),計(jì)算寧波近海的PMSS。這種方法適用性較強(qiáng),易于在全國(guó)范圍內(nèi)推廣應(yīng)用,但是PMSS數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性,很大程度上取決于數(shù)值模式的準(zhǔn)確性。PMSS的另一種計(jì)算方法是采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,以區(qū)域中已有的實(shí)測(cè)水位的歷史數(shù)據(jù)組的分析為依據(jù),數(shù)據(jù)曲線的漸近線或接近于它的數(shù)值就是PMSS水位。該方法需要收集長(zhǎng)時(shí)間序列的歷史實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),而且需要分析篩選出有代表性的數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中,如果在一個(gè)研究區(qū)域內(nèi)能夠收集到質(zhì)量可靠的、長(zhǎng)時(shí)間序列的歷史風(fēng)暴潮觀測(cè)數(shù)據(jù),則可用該方法估算出這個(gè)區(qū)域的PMSS,計(jì)算的PMSS是一種有確定低超越概率的風(fēng)暴潮。但是該方法更多地是應(yīng)用在易受溫帶風(fēng)暴影響的區(qū)域。
PMSS的計(jì)算方法具有較大適用性,而且易于運(yùn)用,在沿海堤岸工程以及核電站設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛,但選取的臺(tái)風(fēng)典型關(guān)鍵參數(shù)通常是“最惡劣者”的組合,計(jì)算得到的PMSS可能會(huì)過于極端,給工程設(shè)計(jì)帶來巨大成本。因此,在實(shí)際工作中,應(yīng)該根據(jù)沿岸工程的重要程度,經(jīng)專家論證,選擇合理的計(jì)算方案。
只有當(dāng)承災(zāi)體對(duì)風(fēng)暴潮災(zāi)害的承受能力超出自身水平時(shí),才能形成災(zāi)害,因此研究致災(zāi)因子危險(xiǎn)性的同時(shí),亦需同步開展承災(zāi)體脆弱性分析。20世紀(jì)80年代提出了“承災(zāi)體脆弱性”概念。隨著研究的深入,脆弱性逐漸演變成由自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境共同決定的多尺度的綜合性概念,研究方法主要包括兩種。
4.1指標(biāo)體系法
指標(biāo)體系法是一種半定量的計(jì)算方法,主要是通過建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和計(jì)算承災(zāi)體脆弱性指數(shù)來表示評(píng)價(jià)單元脆弱性程度的相對(duì)大小,這是目前脆弱性評(píng)估中最為常用的方法。其中,評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立是最為基礎(chǔ)、關(guān)鍵的一步,目前多是通過承災(zāi)體脆弱性的發(fā)生原因、表現(xiàn)特征等方面進(jìn)行指標(biāo)選擇,建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。Gornitz[35]于1991年提出了海岸脆弱性指數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)概念;1992年,IPCC提出了全球第一個(gè)脆弱性評(píng)估框架,構(gòu)建了5種評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[36],在此基礎(chǔ)上,聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署制定了更為具體的評(píng)價(jià)手冊(cè)[37]。隨后,許多學(xué)者根據(jù)各自的專業(yè)研究方向建立了不同災(zāi)種的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,此外,這些研究的空間尺度也趨于多樣化,大到全球尺度的,精細(xì)化至社區(qū)尺度。如Davidson[38]構(gòu)建的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)被全球城市地震災(zāi)害調(diào)查計(jì)劃應(yīng)用到全球范圍的20個(gè)城市[39];“美洲計(jì)劃”研究項(xiàng)目構(gòu)建了包括3個(gè)次級(jí)指標(biāo)的脆弱性指數(shù)[40];Bollin等[41]綜合考慮了物理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境4個(gè)脆弱性方面,構(gòu)建了GTZ脆弱性評(píng)估模型;Granger[42],Kleinosky等[43],Rao等[44]等國(guó)外學(xué)者把研究區(qū)域尺度從大都市群逐漸縮小到城市社區(qū),建立了基于不同場(chǎng)景的相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;石勇等[45]、王靜靜等[46]分別從不同角度入手,構(gòu)建了脆弱性指標(biāo)體系,開展了上海沿海6區(qū)縣自然災(zāi)害脆弱性評(píng)價(jià);李闊等[47]從社會(huì)經(jīng)濟(jì)、土地利用、生態(tài)環(huán)境、濱海構(gòu)造物和承災(zāi)能力5個(gè)方面,建構(gòu)了廣東省沿海地區(qū)風(fēng)暴潮災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。
指標(biāo)體系法是一種相對(duì)半定量化脆弱性的度量方法,原理簡(jiǎn)單,操作性強(qiáng),在單個(gè)承災(zāi)體、多個(gè)承災(zāi)體以及承災(zāi)系統(tǒng)脆弱性評(píng)估中已有廣泛應(yīng)用,但是不同研究學(xué)者對(duì)災(zāi)害的發(fā)生原因、承災(zāi)體的表現(xiàn)特征等理解不同,建立的指標(biāo)體系不同,同時(shí)在指標(biāo)因子的權(quán)重方面,不同的研究學(xué)者賦重亦不盡相同。因此,運(yùn)用指標(biāo)體系法進(jìn)行承災(zāi)體脆弱性評(píng)估的過程中人為的主觀性較強(qiáng)。此外,承災(zāi)體脆弱性的研究具有很強(qiáng)的區(qū)域性,不同研究區(qū)域的承災(zāi)體類別、表現(xiàn)特征不同,因此需要建立適合研究區(qū)域的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。
4.2定量化脆弱性曲線
脆弱性曲線,又稱為脆弱性函數(shù),是基于不同致災(zāi)因子的強(qiáng)度參數(shù)與承災(zāi)體損失(率)之間關(guān)系的一種定量化脆弱性評(píng)估方法,這種基于強(qiáng)度-損失(率)的關(guān)系主要是通過實(shí)驗(yàn)室模擬、災(zāi)后實(shí)地調(diào)查等方式構(gòu)建[48]。脆弱性曲線創(chuàng)始于1968年,美國(guó)聯(lián)邦保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)在國(guó)家洪澇災(zāi)害保險(xiǎn)工程實(shí)施過程中,建立了一系列不同水深與不同類型建筑物的損失率變化曲線,這是最早的承災(zāi)體脆弱性曲線[45];英國(guó)洪災(zāi)研究中心將建筑物大致分成21種類型,考慮2種洪水延時(shí)情況及4種社會(huì)條件,分別構(gòu)建了168條不同建筑的淹沒深度與損失曲線[49],這是目前洪水災(zāi)害脆弱性曲線研究最為詳盡的成果之一,并已用于英國(guó)居住用房的水災(zāi)脆弱性評(píng)估,取得了良好的效果;Leicester等[50]基于臺(tái)風(fēng)風(fēng)速與居住房屋破壞程度的關(guān)系構(gòu)建了臺(tái)風(fēng)脆弱性曲線;美國(guó)陸軍工程師兵團(tuán)利用歷史洪水及災(zāi)情數(shù)據(jù),將主要建筑分為7類典型建筑物,構(gòu)建了各類建筑物的淹沒水深-損失率曲線[51];Khanduri等[52]針對(duì)不同結(jié)構(gòu)房屋類型,建立了基于風(fēng)速與建筑物平均損失率的脆弱性曲線;Lee等[53]考慮房屋的屋頂形狀、地理位置等因素,構(gòu)建了呈對(duì)數(shù)分布房屋易損性函數(shù)。我國(guó)在這方面的研究起步較晚,大部分研究?jī)H考慮淹沒水深。王豫德等[54]針對(duì)上海地區(qū)建立了不同淹沒水深條件下災(zāi)損曲線;尹占娥等[55]在多次上海地區(qū)臺(tái)風(fēng)暴雨災(zāi)情調(diào)查基礎(chǔ)上,構(gòu)建了上海城市居住房屋及其室內(nèi)財(cái)產(chǎn)的淹沒深度-災(zāi)損率曲線。
構(gòu)建脆弱性曲線是被國(guó)外廣泛采用的脆弱性定量化研究方法,目前大部分研究多集中在臺(tái)風(fēng)風(fēng)速、淹沒深度、地震強(qiáng)度等致災(zāi)因子參數(shù)與房屋、農(nóng)作物等承災(zāi)體損失(率)之間的脆弱性曲線的構(gòu)建。但是在我國(guó)并沒有建立災(zāi)害調(diào)查與評(píng)估的制度、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)災(zāi)情數(shù)據(jù)共享不足,數(shù)據(jù)資料獲取困難,難以構(gòu)建出成熟、實(shí)用的脆弱性曲線。此外,該方法并不涉及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的脆弱性水平以及應(yīng)對(duì)災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)能力等方面的評(píng)估,只代表了絕對(duì)物理參數(shù)的脆弱性度量。
災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是對(duì)研究區(qū)遭受不同強(qiáng)度災(zāi)害的可能性及其可能造成的后果進(jìn)行的定量分析和評(píng)估,是把致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性與承災(zāi)體的脆弱性緊密聯(lián)系起來的重要橋梁,是開展綜合減災(zāi)和制定應(yīng)急管理對(duì)策的基礎(chǔ)和依據(jù),亦是防災(zāi)減災(zāi)3大體系優(yōu)化配置的基本依據(jù)。依據(jù)對(duì)風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不同,災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要分為兩種。
5.1災(zāi)情損失評(píng)估
該方法利用概率統(tǒng)計(jì)、試驗(yàn)?zāi)M、空間分析等方法對(duì)計(jì)算出的災(zāi)害對(duì)承災(zāi)體可能造成的生命和財(cái)產(chǎn)損失進(jìn)行定量評(píng)價(jià)與估算,也可以根據(jù)致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性與不同承災(zāi)體損失率的相關(guān)關(guān)系,開展災(zāi)情損失的初步估算,它是準(zhǔn)確把握災(zāi)害損失及基本特征的一種災(zāi)害統(tǒng)計(jì)分析、評(píng)價(jià)方法,主要適用于數(shù)據(jù)齊全的中小尺度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
國(guó)內(nèi)外對(duì)于風(fēng)暴潮災(zāi)情損失評(píng)估做了大量的研究,通過建立損失評(píng)估模型對(duì)災(zāi)害損失進(jìn)行定量評(píng)估。如Petak等[56]詳細(xì)闡述了美國(guó)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法,并以縣為基本研究單元,開展風(fēng)暴潮災(zāi)情損失的估算;許啟望等[57]建立了風(fēng)暴潮災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失和災(zāi)度兩個(gè)指標(biāo),并分析了其與風(fēng)暴潮強(qiáng)度的關(guān)系,通過線性回歸法等4種不同數(shù)學(xué)模型對(duì)風(fēng)暴潮災(zāi)情評(píng)估進(jìn)行了初步探討;馮利華[58]提出了風(fēng)暴潮等級(jí)和災(zāi)度的概念,用于定量化描述風(fēng)暴潮強(qiáng)度以及風(fēng)暴潮造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失情況;梁海燕等[18]針對(duì)小面積區(qū)域,建立了風(fēng)暴潮災(zāi)害損失評(píng)估模型;2007年又采用價(jià)值分析法,建立直接經(jīng)濟(jì)損失與系統(tǒng)要素所處的高程及潮位的關(guān)系,以此開展海南島風(fēng)暴潮災(zāi)害災(zāi)情損失評(píng)估[59]。尹占娥[60]和謝翠娜[61]等以上海地區(qū)為例,基于土地利用建立災(zāi)損曲線,開展了臺(tái)風(fēng)暴雨和風(fēng)暴潮災(zāi)害的災(zāi)情損失評(píng)估。
風(fēng)暴潮災(zāi)害損失評(píng)估是災(zāi)害理論研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一,由于缺乏科學(xué)的災(zāi)害損失調(diào)查與評(píng)估規(guī)范,災(zāi)情損失評(píng)估的實(shí)效性和評(píng)估效果往往不是很令人滿意,而且該方法具有模糊性、復(fù)雜性和不確定性的特點(diǎn),需要完備翔實(shí)的數(shù)據(jù)資料,因此進(jìn)一步限制了其在防災(zāi)減災(zāi)實(shí)際工作中的推廣運(yùn)用。
5.2災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是針對(duì)一個(gè)區(qū)域發(fā)生風(fēng)暴潮災(zāi)害損失水平的估算,或者未來時(shí)間尺度內(nèi)發(fā)生風(fēng)暴潮災(zāi)害可能性的估算,與災(zāi)情損失評(píng)估相比,該方法計(jì)算結(jié)果只代表一種相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的度量,而非可能災(zāi)害損失[62]。該方法不僅是從風(fēng)暴潮災(zāi)害自然屬性角度出發(fā)(如發(fā)生頻率和強(qiáng)度),借助數(shù)值模型開展不同強(qiáng)度或者不同重現(xiàn)期下致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估,而且還要從人文、社會(huì)、環(huán)境等方面綜合考慮不同承災(zāi)體對(duì)災(zāi)害的承災(zāi)、應(yīng)急響應(yīng)水平,最終以致災(zāi)因子危險(xiǎn)性和承災(zāi)體脆弱性為基礎(chǔ),通過建立的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型得到風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估圖[25]。不同學(xué)者對(duì)于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)理的理解不同,使得風(fēng)險(xiǎn)度表達(dá)亦不同,1989年,Maskrey綜合研究災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)案例,提出災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度是致災(zāi)因子危險(xiǎn)性與承災(zāi)體脆弱性之代數(shù)和[63],但是更多的學(xué)者則認(rèn)為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度是兩者之乘積[64],并應(yīng)用于許多風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究中。20世紀(jì)90年代,美國(guó)將風(fēng)暴潮防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃上,在全國(guó)范圍內(nèi)開展風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作,是最早開展風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的國(guó)家,其評(píng)估結(jié)果在風(fēng)暴潮災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)中發(fā)揮了實(shí)際作用。我國(guó)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作起步較晚,直至2008年,針對(duì)河北滄州、唐山和秦皇島部分沿海區(qū)域的我國(guó)第一份風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估圖問世;2013年,浙江省正式啟動(dòng)溫州蒼南縣、平陽(yáng)縣、臺(tái)州玉環(huán)縣等首批8個(gè)縣(市、區(qū))的風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。目前,我國(guó)沿海城市風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估剛剛啟動(dòng),研究還不夠全面和深入,難以滿足沿海城市公共安全保障之需,是海洋減災(zāi)防災(zāi)的薄弱環(huán)節(jié)之一。
(1)對(duì)于風(fēng)暴潮災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估與分析,研究方法從數(shù)理統(tǒng)計(jì)發(fā)展到數(shù)值計(jì)算、從定性、半定量發(fā)展到定量、從靜態(tài)分析發(fā)展到動(dòng)態(tài)模擬,已取得了一系列成果。開展風(fēng)暴潮致災(zāi)因子危險(xiǎn)性研究除了需要進(jìn)一步提高風(fēng)暴潮數(shù)值模式精度之外,更重要的是利用各自的優(yōu)勢(shì),將風(fēng)暴潮數(shù)值模擬與PMSS的計(jì)算、不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮的研究緊密聯(lián)系起來,利用數(shù)值模式為PMSS的計(jì)算等研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),以解決歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)在空間、時(shí)間和質(zhì)量上不足的問題,開展風(fēng)暴潮災(zāi)害實(shí)時(shí)危險(xiǎn)性和長(zhǎng)期危險(xiǎn)性相結(jié)合的綜合危險(xiǎn)性研究,才能對(duì)實(shí)際的防災(zāi)減災(zāi)工作起到顯著作用;
(2)國(guó)內(nèi)外承災(zāi)體脆弱性研究已積累了一定的成果和經(jīng)驗(yàn),并在繼續(xù)深入和推廣,但脆弱性研究區(qū)域性較強(qiáng),且在指標(biāo)選擇、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、曲線精度、災(zāi)損調(diào)查等方面大多缺少一定的規(guī)范和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),評(píng)估過程中主觀性較強(qiáng)。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展和對(duì)災(zāi)害研究的深入,加強(qiáng)能反映脆弱性本質(zhì)的理論研究,進(jìn)一步規(guī)范災(zāi)害損失調(diào)查與評(píng)估體系,綜合考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、應(yīng)急響應(yīng)能力情況,開展承災(zāi)體脆弱性定量化評(píng)估將成為未來的發(fā)展趨勢(shì);
(3)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不僅是風(fēng)暴潮災(zāi)前損失預(yù)評(píng)估、救災(zāi)資源配置的理論基礎(chǔ),也是風(fēng)暴潮災(zāi)害隱患排查、風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)和前提,該研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。但是,受全球氣候變化和海平面上升影響,風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)加劇。因此結(jié)合全球氣候變化影響,定量評(píng)估全球氣候變化和海平面上升對(duì)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的影響是風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究的未來趨勢(shì)。
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中圖分類號(hào):P731.23
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1003-0239(2016)02-0081-08
DOI:10.11737/j.issn.1003-0239.2016.02.012
收稿日期:2015-11-05
基金項(xiàng)目:浙江省海洋防災(zāi)減災(zāi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目“臺(tái)州市(椒江區(qū)、路橋區(qū))風(fēng)暴潮和海嘯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃”;國(guó)家海洋局海洋公益性行業(yè)專項(xiàng)(201305031)
作者簡(jiǎn)介:張?jiān)孪迹?982-),女,工程師,博士,主要從事海洋環(huán)境預(yù)報(bào)、海洋防災(zāi)減災(zāi)工作。E-mail:zhangyuex@126.com
Review of risk assessment of typhoon storm surge disaster
ZHANG Yue-Xia1,2,WANG Hui3
(1.Marine Monitoring and Forecasting Center of Zhejiang,Hangzhou 310007 China;2.College of Environmental Science and Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266100 China;3.National Marine Environment Forecast Center,Beijing 100081 China)
Abstract:Base on the previous studies,this paper consider that the storm surge disaster risk system is composed by the storm surge hazard,the vulnerability of storm surge disaster hazard bearing bodies and disaster consequences.At the same time,the latest progress of storm surge risk assessment method are systematically reviewed,and the advantage and disadvantage are also compared,specially focusing on the storm surge hazard and vulnerability.Additionally,in this paper,a future research emphasis in storm surge risk assessment is prospected.This paper can provide reference for the development of China's coastal areas,the storm surge disaster risk assessment theory to improve.
Key words:typhoon storm surge;the storm surge hazard;the vulnerability;risk assessment