基于災(zāi)害鏈的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析綜述

劉永志，唐雯雯，張文婷,4，張行南,4，牛 帥

(1.南京水利科學(xué)研究院水文水資源研究所，江蘇 南京 210029； 2.南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098； 3.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇 南京 210098；4.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098)

洪澇災(zāi)害自古以來(lái)就是頻繁發(fā)生且影響廣泛的自然災(zāi)害之一。隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，生態(tài)圈中各要素之間的關(guān)聯(lián)性越來(lái)越大。自然災(zāi)害復(fù)雜的形成機(jī)理及自然災(zāi)害之間的相互關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致很多次生災(zāi)害發(fā)生，形成鏈?zhǔn)叫?yīng)。鏈?zhǔn)叫?yīng)導(dǎo)致的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單一災(zāi)害造成的損失，由重大自然災(zāi)害產(chǎn)生的衍生災(zāi)害也成為防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)對(duì)象。隨著自然災(zāi)害發(fā)生頻率越來(lái)越高，影響越來(lái)越大，很多學(xué)者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到自然災(zāi)害帶來(lái)的損失往往不是單一災(zāi)害造成的，而是多種災(zāi)害形成的鏈?zhǔn)綖?zāi)害效應(yīng)，不能從單一災(zāi)害角度去分析災(zāi)害損失。從災(zāi)害鏈的角度，尋找一種有效的災(zāi)害推測(cè)預(yù)測(cè)機(jī)制，有效表達(dá)災(zāi)害之間的規(guī)律與關(guān)聯(lián)[1]，由此制定防災(zāi)減災(zāi)政策，才能降低災(zāi)害鏈?zhǔn)叫?yīng)帶來(lái)的損失。

洪澇災(zāi)害號(hào)稱“百害之首”，是很多自然災(zāi)害發(fā)生過(guò)程中鏈?zhǔn)叫?yīng)中造成巨大損失的重要一環(huán)。如，1933年四川茂縣7.5級(jí)地震后導(dǎo)致山崩，岷江斷流，堵壩潰決，造成洪災(zāi)[2]；2005年，美國(guó)卡特里娜颶風(fēng)引起了大規(guī)模降雨與風(fēng)暴，洪水消退后，嚴(yán)重污染和瘟疫相繼而來(lái)；2008年四川汶川發(fā)生8.0級(jí)地震，由此引發(fā)山體滑坡、泥石流及堰塞湖等多種災(zāi)害，損失慘重[3-4]；2012年7月21日，北京因特大暴雨引發(fā)的內(nèi)澇災(zāi)害導(dǎo)致79人死亡、95條道路中斷，地面交通陷入癱瘓，并且引發(fā)兩場(chǎng)泥石流災(zāi)害，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及居民生產(chǎn)生活都造成了嚴(yán)重的破壞；2018年8月29日，深圳連續(xù)兩日出現(xiàn)了大暴雨、局部特大暴雨，造成了內(nèi)澇積水、河堤坍塌、山體滑坡、圍墻倒塌，洪澇災(zāi)害鏈?zhǔn)叫?yīng)凸顯；2019年，日本強(qiáng)降雨引發(fā)泥石流、山體滑坡，導(dǎo)致多人死亡。上述災(zāi)害都與洪澇密切相關(guān)，因?yàn)殒準(zhǔn)叫?yīng)的存在，導(dǎo)致了比單一災(zāi)害更為嚴(yán)重的災(zāi)害損失。引入災(zāi)害鏈相關(guān)理論開展洪澇災(zāi)害相關(guān)研究，可以從新的視角分析洪澇災(zāi)害的形成機(jī)制、致災(zāi)原理、時(shí)空分布規(guī)律以及洪災(zāi)損失，為系統(tǒng)研究洪澇災(zāi)害以及衍生災(zāi)害提供技術(shù)手段。

1 災(zāi)害鏈

1.1 災(zāi)害鏈的定義

20世紀(jì)80年代，郭增建等[5]認(rèn)為災(zāi)害鏈?zhǔn)且幌盗袨?zāi)害相繼發(fā)生的現(xiàn)象，并根據(jù)其相互關(guān)系提出4種類型的災(zāi)害鏈。史培軍[6]認(rèn)為災(zāi)害鏈?zhǔn)且粋€(gè)自然災(zāi)害發(fā)生而引發(fā)一系列自然災(zāi)害發(fā)生的現(xiàn)象，并將災(zāi)害鏈分為并發(fā)性災(zāi)害鏈與串發(fā)性災(zāi)害鏈。文傳甲[7]從功能、結(jié)構(gòu)、本質(zhì)3個(gè)方面給出了災(zāi)害鏈的定義，并且揭示了災(zāi)種之間的共性與個(gè)性?！兜厍蚩茖W(xué)大辭典》[8]對(duì)災(zāi)害鏈進(jìn)行了明確的定義：由原生災(zāi)害及其引起的一系列次生災(zāi)害所形成的災(zāi)害系列。2006年肖盛燮[9]用“鏈?zhǔn)疥P(guān)系”和“鏈?zhǔn)叫?yīng)”來(lái)概括災(zāi)害的演化過(guò)程。Kappes等[10]認(rèn)為災(zāi)害鏈?zhǔn)菫?zāi)害事件間的相互作用、環(huán)環(huán)相扣的結(jié)果，是一種災(zāi)害引發(fā)另一種災(zāi)害而形成的多米諾現(xiàn)象。Helbing[11]于2013年提出了關(guān)于災(zāi)害鏈的新見解:災(zāi)害之間通常具有因果關(guān)系，這使得災(zāi)害系統(tǒng)的復(fù)雜性大大加深。

除上述觀點(diǎn)以外，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者還提出了連鎖效應(yīng)、誘發(fā)效應(yīng)、級(jí)聯(lián)效應(yīng)等一系列與災(zāi)害鏈有關(guān)的名詞，解釋由一種災(zāi)害引發(fā)一系列災(zāi)害的現(xiàn)象。對(duì)于災(zāi)害鏈，盡管不同學(xué)者從自己的知識(shí)背景以及研究領(lǐng)域出發(fā)提出了不同的見解，但是對(duì)于災(zāi)害鏈所造成的嚴(yán)重影響認(rèn)識(shí)較為一致。災(zāi)害鏈?zhǔn)怯蓛煞N或兩種以上自然災(zāi)害構(gòu)成，且相互之間存在一定的時(shí)空關(guān)聯(lián)性。更為重要的是，災(zāi)害鏈對(duì)災(zāi)害系統(tǒng)中各單一災(zāi)種的破壞程度和損失情況會(huì)產(chǎn)生放大作用。

1.2 災(zāi)害鏈的構(gòu)成

災(zāi)害鏈主要是由3個(gè)因素構(gòu)成：致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體[12]。致災(zāi)因子往往是指自然環(huán)境中對(duì)人類造成不良影響的極端事件，是災(zāi)害發(fā)生的起因；孕災(zāi)環(huán)境是指受災(zāi)區(qū)域的綜合地理?xiàng)l件，它能放大或制約災(zāi)害影響的嚴(yán)重程度；承災(zāi)體是指受災(zāi)區(qū)域內(nèi)的主要受災(zāi)對(duì)象。致災(zāi)因子的危害性、孕災(zāi)環(huán)境的穩(wěn)定性和承災(zāi)體的脆弱性都是災(zāi)害損失影響的重要因素。它們之間錯(cuò)綜復(fù)雜的耦合關(guān)系以及與生態(tài)環(huán)境之間的物質(zhì)、能量、信息交換，形成了復(fù)雜的災(zāi)情反饋機(jī)制[13]。災(zāi)害鏈[14]可以表達(dá)為

D={E,H,S,R}

(1)

式中：D為災(zāi)害鏈系統(tǒng)；E為致災(zāi)因子；H為孕災(zāi)環(huán)境；S為承災(zāi)體；R為三者之間復(fù)雜的耦合作用。

從災(zāi)害鏈構(gòu)成的角度來(lái)說(shuō)，洪澇災(zāi)害鏈就是由其致災(zāi)因子(洪水、暴雨等)在一定孕災(zāi)環(huán)境(地形、氣候、下墊面等)下對(duì)承災(zāi)體(生命、財(cái)產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施等)造成損失及影響，并且誘發(fā)或者導(dǎo)致其他衍生災(zāi)害發(fā)生，對(duì)承災(zāi)體造成更為復(fù)雜影響的過(guò)程。災(zāi)害鏈過(guò)程中各個(gè)因子在時(shí)間和空間具備關(guān)聯(lián)性。

2 洪澇災(zāi)害鏈的主要研究?jī)?nèi)容

洪澇災(zāi)害鏈?zhǔn)且环N復(fù)雜的災(zāi)害系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于洪澇災(zāi)害鏈的研究多集中于洪澇災(zāi)害鏈形成機(jī)制、洪澇態(tài)勢(shì)估計(jì)與致災(zāi)態(tài)勢(shì)推演、洪澇災(zāi)害鏈?zhǔn)录?yīng)急決策以及洪澇災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)與損失評(píng)估等方面。

2.1 洪澇災(zāi)害鏈形成機(jī)制

洪澇災(zāi)害鏈形成機(jī)制是從洪澇災(zāi)害鏈的形成角度，對(duì)災(zāi)害之間的物質(zhì)、能量交換過(guò)程進(jìn)行探索，對(duì)它們之間的關(guān)系進(jìn)行深入的研究，分析洪澇災(zāi)害鏈的致災(zāi)因子、成災(zāi)規(guī)律與災(zāi)害鏈特征等。目前，很多學(xué)者對(duì)于洪澇災(zāi)害鏈形成機(jī)制的研究尚停留在理論分析和定性描述階段，缺乏基于數(shù)學(xué)、物理模型的洪澇災(zāi)害鏈形成機(jī)制分析。只有少部分學(xué)者建立了概念模型，分析研究洪澇災(zāi)害鏈的內(nèi)部聯(lián)系。

毛德華等[15]依據(jù)歷史文獻(xiàn)資料和器測(cè)資料建立洪澇災(zāi)害序列，通過(guò)概念模型和定量機(jī)制對(duì)洞庭湖區(qū)洪澇區(qū)域聯(lián)系機(jī)制進(jìn)行分析，認(rèn)為該地區(qū)洪澇災(zāi)害形成的內(nèi)在機(jī)制在于厄爾尼諾事件導(dǎo)致的全球氣候變化，洪澇災(zāi)害發(fā)生的根本原因是大氣環(huán)流異常。李發(fā)文等[16]通過(guò)分析文安洼蓄滯洪區(qū)災(zāi)害鏈的特征，確定了該蓄滯洪區(qū)的災(zāi)害鏈類型屬于雨-洪災(zāi)害鏈，并依據(jù)洪水災(zāi)害發(fā)生特征對(duì)其進(jìn)行了階段劃分，進(jìn)而為防災(zāi)減災(zāi)提供依據(jù)。楊洋等[17]立足于重慶市的地形條件和洪澇現(xiàn)狀，分析了重慶市旱澇特點(diǎn)及形成機(jī)制，認(rèn)為洪澇災(zāi)害形成的最主要原因是大氣環(huán)流。而Wan等[18]將移動(dòng)平均、累積異常和小波分析等方法應(yīng)用于洪澇災(zāi)害鏈形成機(jī)制研究中，對(duì)1368—1911年寶雞地區(qū)旱澇災(zāi)害異常情況進(jìn)行了分析，認(rèn)為1368—1911年寶雞市旱澇災(zāi)害鏈的相繼出現(xiàn)是對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)。上述研究中，學(xué)者根據(jù)現(xiàn)有地形、降雨、歷史洪水等資料，對(duì)洪澇災(zāi)害鏈的致災(zāi)因子進(jìn)行分析，進(jìn)而得出洪澇災(zāi)害鏈形成機(jī)制，多側(cè)重利用現(xiàn)有資料進(jìn)行宏觀分析，同時(shí)也結(jié)合典型區(qū)域進(jìn)行具體分析，但較少利用數(shù)學(xué)分析方法。

2.2 洪澇態(tài)勢(shì)估計(jì)與致災(zāi)態(tài)勢(shì)推演

洪澇災(zāi)害是一個(gè)不斷變化、不斷演進(jìn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，洪澇災(zāi)害的影響也具有不確定性。雖然堤防、閘壩、水庫(kù)、蓄滯洪區(qū)等防洪體系不斷完善，但氣候、下墊面變化使得洪澇災(zāi)害的變化規(guī)律更加復(fù)雜，因此，利用信息化手段開展洪澇災(zāi)害鏈的防洪調(diào)度實(shí)時(shí)決策和應(yīng)急響應(yīng)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了厘清洪澇災(zāi)害鏈的發(fā)展過(guò)程及洪水態(tài)勢(shì)演化，不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者致力于洪澇態(tài)勢(shì)估計(jì)及態(tài)勢(shì)演進(jìn)研究。

GIS技術(shù)因其管理、存取地理信息數(shù)據(jù)以及空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析功能，在我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。陸晨星[19]研究GIS在洪澇災(zāi)害鏈應(yīng)急響應(yīng)方面的應(yīng)用，結(jié)合三峽的世紀(jì)應(yīng)急環(huán)境和擬定的突發(fā)事件，對(duì)三峽區(qū)域洪水的態(tài)勢(shì)演進(jìn)信息做了充分的分析研究，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了基于GIS的洪水應(yīng)急與態(tài)勢(shì)信息管理系統(tǒng)。黃亭亭[20]通過(guò)D-S證據(jù)理論和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)水電工程洪水災(zāi)害鏈突發(fā)性事件進(jìn)行建模，從災(zāi)害因素中提煉出態(tài)勢(shì)情景構(gòu)建的關(guān)鍵信息，分析了災(zāi)害鏈的態(tài)勢(shì)信息融合和態(tài)勢(shì)推演，構(gòu)建了基于災(zāi)害鏈的應(yīng)急態(tài)勢(shì)推演模型，但是該模型僅考慮了洪水災(zāi)害鏈條件下的單一災(zāi)害事件。目前的方法多注重單一風(fēng)險(xiǎn)的分析，缺少綜合系統(tǒng)的方法對(duì)多風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程之間的相互關(guān)系進(jìn)行研究。對(duì)冰川湖暴發(fā)洪水過(guò)程鏈作為一個(gè)連續(xù)體進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，進(jìn)行多風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程洪水態(tài)勢(shì)估計(jì)的初步探索。Somos-Valenzuela等[21]在Worni等[22]的基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建冰川湖災(zāi)害過(guò)程鏈模型，分別利用RAMMS模型、FLOW3D模型、BASEMENT模型、FLO2D模型對(duì)雪崩到淹沒(méi)的過(guò)程鏈，冰川融化引起的次生災(zāi)害(包括洪災(zāi))以及水文過(guò)程、洪水過(guò)程、潰壩過(guò)程進(jìn)行精確模擬，還原了災(zāi)害鏈的演進(jìn)過(guò)程，為預(yù)警提供了依據(jù)。態(tài)勢(shì)信息監(jiān)測(cè)與態(tài)勢(shì)信息融合是洪澇災(zāi)害災(zāi)情估計(jì)的基礎(chǔ)。態(tài)勢(shì)推演是在態(tài)勢(shì)信息融合的基礎(chǔ)上，對(duì)高度不確定性的洪澇災(zāi)害環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬和仿真，還原洪澇災(zāi)害鏈的演進(jìn)過(guò)程。目前針對(duì)洪澇災(zāi)害鏈的態(tài)勢(shì)信息監(jiān)測(cè)和態(tài)勢(shì)推演多集中于災(zāi)害鏈引發(fā)的單一災(zāi)害事件的研究，對(duì)于多災(zāi)害之間的相互級(jí)聯(lián)關(guān)系的研究仍處于初步探索階段，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)過(guò)程的監(jiān)測(cè)和對(duì)過(guò)程鏈的建模。

2.3 洪澇災(zāi)害鏈?zhǔn)录?yīng)急決策

洪澇災(zāi)害事件是充滿不確定性的突發(fā)性事件，決策者對(duì)當(dāng)前災(zāi)害事件給出的決策信息會(huì)隨著洪澇災(zāi)害事件演進(jìn)過(guò)程而不斷變化。針對(duì)類似于洪澇災(zāi)害事件的態(tài)勢(shì)復(fù)雜的突發(fā)性事件，國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為該種事件的決策過(guò)程具有動(dòng)態(tài)性和多階段性[23]。因此，對(duì)于洪澇災(zāi)害鏈?zhǔn)录陌l(fā)生、發(fā)展、蔓延態(tài)勢(shì)的掌握顯得尤為重要，決策者根據(jù)洪澇災(zāi)害事件一系列復(fù)雜的演變過(guò)程，不斷調(diào)整應(yīng)急態(tài)勢(shì)動(dòng)態(tài)決策方案，以尋找適合當(dāng)前洪澇態(tài)勢(shì)的最佳決策方案。

錢立香[24]立足現(xiàn)有災(zāi)害應(yīng)急救援基礎(chǔ)，運(yùn)用應(yīng)急救援管理、決策支持系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)，對(duì)基于WebGIS技術(shù)的安徽省洪澇災(zāi)害應(yīng)急救援決策支持系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出將洪澇災(zāi)害管理納入應(yīng)急決策支持系統(tǒng)當(dāng)中，并對(duì)核心功能模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。而徐磊[25]根據(jù)歷史洪澇災(zāi)害的演化規(guī)律，建立了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的洪澇災(zāi)害應(yīng)急決策支持模型，將數(shù)值方法融入應(yīng)急決策中，大大提高了突發(fā)事件應(yīng)急決策的計(jì)算效率。黃亭亭[20]在態(tài)勢(shì)情景推演的基礎(chǔ)上，同樣利用數(shù)學(xué)方法，采用了考慮到原生災(zāi)害和次生災(zāi)害的多屬性效用函數(shù)，建立了水電工程洪澇災(zāi)害鏈的動(dòng)態(tài)決策模型。而Dale等[26]則是從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度構(gòu)建效益-成本激勵(lì)框架提前監(jiān)測(cè)潛在洪水事件，可以通過(guò)多種洪水事件管理措施將其用于各種洪水環(huán)境。上述研究將洪澇災(zāi)害應(yīng)急決策研究拓展到洪澇災(zāi)害鏈應(yīng)急決策研究，拓展了洪澇災(zāi)害應(yīng)急決策分析涉及的范圍，同時(shí)結(jié)合了動(dòng)態(tài)、高效的決策模型理論，從經(jīng)濟(jì)學(xué)、災(zāi)害學(xué)、數(shù)值分析等角度進(jìn)行分析，豐富了研究手段。

2.4 洪澇災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)與損失評(píng)估

洪澇災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)與損失評(píng)估是人類防范洪澇災(zāi)害，降低洪澇災(zāi)害鏈損失的重要研究?jī)?nèi)容。目前，對(duì)于洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)損失評(píng)估多從單一災(zāi)種入手，如王賀等[27]評(píng)價(jià)了極端雨洪情況下城市洪水風(fēng)險(xiǎn)，建立了基于正態(tài)云模型的極端雨洪下城市洪水風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型。石曉靜等[28]應(yīng)用熵權(quán)法計(jì)算選取指標(biāo)的權(quán)重，基于云模型的方法評(píng)價(jià)了安康市典型年份洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。陳軍飛等[29]研究了基于隨機(jī)森林算法的洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并與支持向量機(jī)模型進(jìn)行了驗(yàn)證和對(duì)比分析研究。但是，多種自然災(zāi)害發(fā)生的關(guān)聯(lián)性、復(fù)雜性、協(xié)同性使得對(duì)單一災(zāi)種的風(fēng)險(xiǎn)損失評(píng)估已經(jīng)不能滿足自然災(zāi)害鏈?zhǔn)叫?yīng)大環(huán)境下的風(fēng)險(xiǎn)損失評(píng)估需求。周洪建等[30]以半干旱區(qū)為例，構(gòu)建了基于多元信息的極端強(qiáng)降雨災(zāi)害鏈損失快速評(píng)估方法，對(duì)甘肅岷縣“5·10”山洪泥石流災(zāi)害進(jìn)行災(zāi)害鏈損失實(shí)物量損失評(píng)估，以GIS空間分析為重要研究手段，與一般洪澇災(zāi)害損失評(píng)估方法基本相同。杜姍姍[31]著眼于區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)理論，從災(zāi)害鏈的角度構(gòu)建了地震-洪澇災(zāi)害鏈綜合損失評(píng)估體系，同時(shí)，結(jié)合空間計(jì)量理論建立了綜合損失評(píng)估模型，從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性和承災(zāi)體脆弱性兩個(gè)角度分析地震-洪澇災(zāi)害鏈的損失影響因素。而葉金玉[32]則從災(zāi)害系統(tǒng)的角度，構(gòu)建基于致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體3個(gè)方面的指標(biāo)體系，提出了基于多維矩陣的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害鏈綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，克服了傳統(tǒng)方法僅從致災(zāi)因子角度分析洪澇災(zāi)害鏈的不足，真正從災(zāi)害鏈系統(tǒng)角度實(shí)現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。Duhametin等[33]則是將洪澇災(zāi)害鏈損失分析應(yīng)用于防洪決策中去，通過(guò)量化不同參數(shù)下德國(guó)易北河流域Mulde集水區(qū)的經(jīng)濟(jì)損失，來(lái)分析洪澇災(zāi)害鏈系統(tǒng)中不同組成部分對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)影響的敏感性，進(jìn)而對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)敏感薄弱環(huán)節(jié)采取相應(yīng)措施。通過(guò)上述研究，洪澇災(zāi)害鏈的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體這3個(gè)方面構(gòu)建洪澇災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)損失評(píng)估指標(biāo)體系，選擇不同指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行危險(xiǎn)性分析，進(jìn)而構(gòu)建精準(zhǔn)有效的洪澇災(zāi)害鏈損失綜合評(píng)估模型，對(duì)災(zāi)害損失實(shí)現(xiàn)定量表達(dá)，同時(shí)選取典型案例數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，以分析模型的精確性及適用性。目前，對(duì)于洪澇災(zāi)害鏈的風(fēng)險(xiǎn)與損失評(píng)估已經(jīng)能夠從災(zāi)害系統(tǒng)的角度對(duì)區(qū)域洪澇災(zāi)害鏈進(jìn)行有效評(píng)估與合理應(yīng)用。

3 洪澇災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)分析中常用方法

災(zāi)害鏈因?yàn)槠湫纬蓹C(jī)制復(fù)雜、預(yù)報(bào)難度大、危害性強(qiáng)等特點(diǎn)，近年來(lái)獲得了國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者的關(guān)注。但是，他們的研究多集中在山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害方面，對(duì)于災(zāi)害鏈在洪澇災(zāi)害方面的研究尚處于起步階段，缺乏系統(tǒng)性的研究。目前國(guó)內(nèi)學(xué)者從不同角度對(duì)洪澇災(zāi)害鏈的形成機(jī)制、致災(zāi)機(jī)理、危害程度、時(shí)空演變特征進(jìn)行分析，研究方法主要有案例透析法、周期分析法、模糊數(shù)學(xué)法、數(shù)學(xué)建模法。

3.1 案例透析法

案例透析法是目前災(zāi)害鏈領(lǐng)域研究分析常用的一種方法，多用于洪澇、干旱、沙塵暴災(zāi)害分析。案例透析法通過(guò)典型案例對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析，通過(guò)對(duì)典型洪澇災(zāi)害鏈案例進(jìn)行分析得到洪澇災(zāi)害鏈一般的、普遍的規(guī)律，從而針對(duì)分析結(jié)果對(duì)不同地區(qū)制定不同的防御對(duì)策。李景保等[34]依據(jù)災(zāi)害系統(tǒng)理論和暴雨徑流形成規(guī)律，對(duì)湖南省暴雨洪澇災(zāi)害鏈的形成條件、致災(zāi)能量與災(zāi)情進(jìn)行系統(tǒng)研究，得出暴雨徑流型災(zāi)害鏈與自然界其他單一災(zāi)害一樣具有自然屬性、社會(huì)屬性和災(zāi)害學(xué)屬性3種基本屬性，在形成過(guò)程中呈現(xiàn)明顯的突發(fā)性、多發(fā)性、漸發(fā)性和正反饋性等特征，為暴雨徑流型災(zāi)害鏈的研究提供了參考。王萌等[35]通過(guò)對(duì)陜西省暴雨災(zāi)害鏈的演變過(guò)程進(jìn)行分析，著重分析了降雨、地質(zhì)地貌和人類活動(dòng)這3種成災(zāi)機(jī)制，根據(jù)致災(zāi)因素，建立了綜合減災(zāi)管理體系，提出了一系列關(guān)于暴雨災(zāi)害鏈的減災(zāi)措施。葉麗梅等[13]通過(guò)對(duì)2012年8月湖北省鄂西北地區(qū)典型洪澇案例進(jìn)行分析，從災(zāi)害系統(tǒng)論的角度出發(fā)，結(jié)合湖北省災(zāi)害特征，分析了湖北省的致災(zāi)成災(zāi)機(jī)制。通過(guò)對(duì)災(zāi)害過(guò)程的歸納總結(jié)，提出基于典型案例的災(zāi)害鏈形成機(jī)制，構(gòu)建暴雨洪澇災(zāi)害鏈的斷鏈減災(zāi)框架，為洪澇災(zāi)害的預(yù)測(cè)和防洪減災(zāi)決策的制定提供依據(jù)。這種方法通過(guò)選取典型案例進(jìn)行分析，從個(gè)例中得出一般的、普遍的規(guī)律，簡(jiǎn)單易行、可操作性強(qiáng)、結(jié)果相對(duì)可靠，但是從單一案例得出的結(jié)論難免過(guò)于片面，不能反映事物普遍的規(guī)律，只能應(yīng)用于自然環(huán)境或洪水特征相近區(qū)域中，仍有一定的局限性。

3.2 周期分析法

通過(guò)對(duì)流域歷史洪水發(fā)生頻率和洪水特征進(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)洪水發(fā)生有跡可循，有一定的共性[36-37]。周期分析法有很多種，包括方差分析、諧波分析和功率譜分析等。在周期分析法基礎(chǔ)上，結(jié)合災(zāi)害鏈系統(tǒng)理論和洪澇災(zāi)害形成規(guī)律，系統(tǒng)地研究流域的洪澇災(zāi)害鏈特征及規(guī)律，為洪澇災(zāi)害的預(yù)測(cè)、預(yù)防提供依據(jù)。楊謹(jǐn)菲等[38]根據(jù)1956—2007年山西省運(yùn)城市太陽(yáng)黑子活動(dòng)資料和降水資料，通過(guò)Z指數(shù)分析得到運(yùn)城市的旱澇年，分析其與太陽(yáng)黑子活動(dòng)的相關(guān)關(guān)系，從而得到洪災(zāi)與旱災(zāi)發(fā)生年份與太陽(yáng)黑子極值年的關(guān)系。李發(fā)文等[39]采用諧波周期分析法分析阜平流域的洪峰序列和次洪序列規(guī)律，進(jìn)一步驗(yàn)證了洪澇災(zāi)害的發(fā)生與太陽(yáng)黑子活動(dòng)的關(guān)系，并且認(rèn)為人類活動(dòng)的作用不可忽視。劉沛林[40]則從周期地理學(xué)的角度，研究長(zhǎng)江流域歷史洪水的近日點(diǎn)日月交食年、太陽(yáng)黑子活動(dòng)和歷史氣候周期等3個(gè)因素與洪澇災(zāi)害周期的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江流域洪澇災(zāi)害鏈與以上3個(gè)因素密切相關(guān)，而且肯定了人類活動(dòng)對(duì)洪澇災(zāi)害鏈周期影響極大，能夠擾亂歷史洪水原有周期規(guī)律。Wan等[18]根據(jù)寶雞地區(qū)1368—1911年的歷史資料，通過(guò)移動(dòng)平均、小波分析方法得到寶雞地區(qū)旱澇災(zāi)害鏈的時(shí)空分布規(guī)律，探討了災(zāi)害鏈對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制。周期分析法通過(guò)分析歷史洪水的特征與規(guī)律，探討其與太陽(yáng)黑子活動(dòng)、人類活動(dòng)、氣候變化等因素之間的關(guān)系，從而得到洪澇災(zāi)害鏈的周期規(guī)律，為旱澇災(zāi)害等自然災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)警以及相關(guān)防洪決策的制定提供依據(jù)。但是這種方法需要豐富的歷史資料，且與人類活動(dòng)、氣候變化等不可預(yù)測(cè)的因素密切相關(guān)。

3.3 模糊數(shù)學(xué)法

模糊數(shù)學(xué)法是在模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)洪澇災(zāi)害進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的一種方法，它將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)換為定量評(píng)價(jià)，對(duì)不確定性的問(wèn)題進(jìn)行量化，最終確定洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

丁燕等[41]從災(zāi)害系統(tǒng)角度出發(fā)，根據(jù)致災(zāi)因子強(qiáng)度和承災(zāi)體易損度，分析臺(tái)風(fēng)致災(zāi)因子的時(shí)空變異強(qiáng)度以及承載體易損性，構(gòu)建了臺(tái)風(fēng)災(zāi)害模糊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)廣東省14個(gè)市區(qū)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。隨著時(shí)間改變，空間具有很大的變異性，Ahmad等[42]在時(shí)空基礎(chǔ)上將局部水害災(zāi)害概念擴(kuò)展到三維，解決了由時(shí)空變異性和模糊性引起的不確定性，在更詳細(xì)地了解時(shí)間的基礎(chǔ)上協(xié)助洪水管理決策風(fēng)險(xiǎn)的空間變異性。Liao等[43]則從自然過(guò)程和風(fēng)險(xiǎn)鏈的角度對(duì)災(zāi)害進(jìn)行研究，通過(guò)構(gòu)建基于海洋災(zāi)害洪澇風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)指標(biāo)體系，對(duì)青島市的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化并且分析其影響因素，認(rèn)為自然因素在災(zāi)害過(guò)程中起著重要的作用，人為控制作用對(duì)其影響相對(duì)較小。模糊數(shù)學(xué)評(píng)估模型能夠通過(guò)模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)方法綜合評(píng)估流域洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，但是由于指標(biāo)體系方法的局限性，使得模型的不確定性無(wú)法預(yù)測(cè)，因此必須綜合和量化各種自然和人為可控因素，從而為沿海地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)提供一定的技術(shù)支持。

3.4 數(shù)學(xué)建模法

為了對(duì)洪澇災(zāi)害鏈有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，很多學(xué)者采用數(shù)學(xué)模型對(duì)洪澇災(zāi)害鏈的本質(zhì)及內(nèi)在特性進(jìn)行概化，對(duì)致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體和災(zāi)害鏈?zhǔn)絺鞑ヒ?guī)律展開研究，構(gòu)建洪澇災(zāi)害鏈?zhǔn)窖莼Ｐ停u(píng)估洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，為災(zāi)害鏈領(lǐng)域相關(guān)概念的表達(dá)提供了一種統(tǒng)一的描述，為相關(guān)斷鏈減災(zāi)措施的制定提供了可靠的依據(jù)。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究成果大多集中在洪澇災(zāi)害事件的靜態(tài)信息表現(xiàn)，不足以呈現(xiàn)洪澇災(zāi)害事件的復(fù)雜性。Duhametin等[33]構(gòu)建了區(qū)域氣象模型、降雨徑流模型、區(qū)域洪水模型、洪水損失估算模型等一系列模型來(lái)描述洪澇災(zāi)害鏈的過(guò)程，分析不同參數(shù)對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)影響的敏感性，提出了斷鏈減災(zāi)的有效措施。通過(guò)構(gòu)建災(zāi)害鏈相關(guān)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)洪澇災(zāi)害鏈相關(guān)關(guān)鍵致災(zāi)因子的概化，分析洪澇災(zāi)害的危險(xiǎn)性，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，通過(guò)相關(guān)歷史洪災(zāi)案例對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，保證災(zāi)害鏈模型的精度，是洪澇災(zāi)害鏈領(lǐng)域研究中十分重要的方法。陳澤強(qiáng)等[44]從觀測(cè)角度出發(fā)，基于MOF(meta object facility)框架從實(shí)例層、模型層、元模型層建立了洪澇災(zāi)害事件元模型，兼顧了洪澇災(zāi)害事件階段，實(shí)現(xiàn)洪澇災(zāi)害事件的動(dòng)態(tài)建模。但是目前仍然缺乏洪澇災(zāi)害鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的統(tǒng)一表達(dá)機(jī)制。杜志強(qiáng)等[45]提出了一種災(zāi)害鏈領(lǐng)域本體構(gòu)建方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)洪澇災(zāi)害鏈?zhǔn)叫?yīng)的統(tǒng)一描述與表達(dá)，采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建災(zāi)害鏈模型，分析暴雨洪澇災(zāi)害鏈。杜志強(qiáng)等[46]在此基礎(chǔ)上從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體等角度進(jìn)行分析，構(gòu)建災(zāi)害鏈的統(tǒng)一描述模型，借助時(shí)序分析模型分析異常降雨，將異常降雨作為致災(zāi)因子實(shí)現(xiàn)了對(duì)暴雨型洪澇的短期臨災(zāi)預(yù)警，為短期暴雨型洪澇的臨時(shí)預(yù)警提供了一種新的思路。災(zāi)害鏈?zhǔn)叫?yīng)引發(fā)了多種災(zāi)害，往往單一的模型不足以解決這個(gè)問(wèn)題。但是，目前數(shù)學(xué)建模法對(duì)各個(gè)模型評(píng)估因子的數(shù)據(jù)源時(shí)空尺度難以統(tǒng)一，對(duì)災(zāi)害鏈的分析還停留在GIS疊置分析和專家打分的基礎(chǔ)之上。

4 斷鏈減災(zāi)模式在洪澇災(zāi)害鏈減災(zāi)中的應(yīng)用

洪澇災(zāi)害以及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)導(dǎo)致的災(zāi)害會(huì)造成巨大的損失，破壞基礎(chǔ)設(shè)施，威脅人民生命安全和財(cái)產(chǎn)安全等，因此，對(duì)洪澇災(zāi)害鏈的發(fā)生過(guò)程、形成機(jī)理進(jìn)行深入的研究，從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體三要素對(duì)災(zāi)害發(fā)生的作用及影響，找出斷鏈的最佳環(huán)節(jié)，減輕鏈?zhǔn)叫?yīng)或者避免洪澇災(zāi)害鏈?zhǔn)綖?zāi)害發(fā)生，從而達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。

4.1 基于致災(zāi)因子的斷鏈減災(zāi)措施

導(dǎo)致我國(guó)洪澇災(zāi)害的致災(zāi)因子眾多，可概括為以下幾大類：流域洪水(江河漫溢或潰堤)、水庫(kù)洪水(水庫(kù)泄洪或潰壩)、蓄滯洪區(qū)洪水(人工分洪)、城市洪水(多致災(zāi)源，暴雨洪澇為主)以及凌汛和風(fēng)暴潮洪水。歸根結(jié)底，還是由氣象因素主導(dǎo)，如超標(biāo)準(zhǔn)暴雨導(dǎo)致的雨洪災(zāi)害，臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致的暴雨和風(fēng)暴潮等。當(dāng)前，通過(guò)人為方法直接作用于氣象的手段有限，只能通過(guò)環(huán)境保護(hù)、生態(tài)改善等系列措施減少極端天氣的發(fā)生頻率。

4.2 基于孕災(zāi)環(huán)境的斷鏈減災(zāi)措施

人類對(duì)于洪澇災(zāi)害鏈孕災(zāi)環(huán)境的斷鏈減災(zāi)還是大有可為的。在這個(gè)方面，當(dāng)前開展的工作涉及以下幾個(gè)方面：對(duì)山洪溝、易澇點(diǎn)、行洪能力較差的河流開展風(fēng)險(xiǎn)普查，進(jìn)行敏感性及流域匯水分析，識(shí)別出雨洪高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；在保留原有蓄洪調(diào)洪的自然功能的同時(shí)，對(duì)雨洪高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)采取填洼、疏浚、排水管網(wǎng)建設(shè)等工程措施；推進(jìn)海綿城市建設(shè)，構(gòu)建城市雨洪廊道體系。在保證自然生態(tài)的同時(shí)，減少雨洪災(zāi)害對(duì)生態(tài)的破壞，提高城市的承災(zāi)能力。

4.3 基于承災(zāi)體的斷鏈減災(zāi)措施

強(qiáng)化適災(zāi)能力是防范風(fēng)險(xiǎn)的核心。加強(qiáng)洪澇災(zāi)害及其衍生災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)，構(gòu)建高精度的水文水力學(xué)模型，可以為洪澇災(zāi)害鏈預(yù)判和決策提供指導(dǎo)。強(qiáng)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加快堤防達(dá)標(biāo)工程建設(shè)，劃分洪澇危險(xiǎn)區(qū)、安置區(qū)[47]，在災(zāi)害來(lái)臨前及時(shí)預(yù)警轉(zhuǎn)移受威脅人員，可以減少生命財(cái)產(chǎn)損失?？傊?，采取工程措施與非工程措施相結(jié)合的方法，對(duì)洪澇災(zāi)害及其衍生災(zāi)害做出防范措施，是行之有效的斷鏈減災(zāi)措施。

5 研究展望

目前，洪澇災(zāi)害鏈的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但是仍處于起步階段，今后應(yīng)著手于災(zāi)害鏈的統(tǒng)一表達(dá)機(jī)制，更加關(guān)注災(zāi)害鏈的動(dòng)態(tài)過(guò)程，結(jié)合信息化手段，提高模型精度。

a. 目前通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)、物理模型進(jìn)行洪澇災(zāi)害鏈形成機(jī)制分析的研究缺乏。應(yīng)當(dāng)建立有關(guān)洪澇災(zāi)害鏈的統(tǒng)一描述與表達(dá)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)大量災(zāi)害系統(tǒng)領(lǐng)域知識(shí)的共享與重復(fù)使用。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)加緊對(duì)洪澇災(zāi)害鏈的定量分析，通過(guò)構(gòu)建高精度的數(shù)學(xué)、物理模型來(lái)分析洪澇災(zāi)害鏈。

b. 當(dāng)前研究側(cè)重分析幾類災(zāi)種之間的鏈?zhǔn)疥P(guān)系及形成機(jī)理，但是對(duì)于損失評(píng)估等方面，通常只對(duì)最后一種災(zāi)種進(jìn)行損失評(píng)估及計(jì)算，而其他災(zāi)害只用來(lái)分析災(zāi)害鏈的發(fā)展過(guò)程，這樣忽略了災(zāi)害鏈各個(gè)環(huán)節(jié)造成的損失，導(dǎo)致?lián)p失評(píng)估結(jié)論可能失真。在今后的研究中，在利用單一災(zāi)種研究成果的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)注重過(guò)程之間的級(jí)聯(lián)關(guān)系，加強(qiáng)對(duì)過(guò)程的理解和過(guò)程鏈的建模。

c. 大數(shù)據(jù)時(shí)代，對(duì)于洪澇災(zāi)害鏈的研究必然會(huì)逐漸由定性研究向定量研究發(fā)展，由靜態(tài)研究向動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析向數(shù)值模擬過(guò)渡。在此同時(shí)，應(yīng)當(dāng)利用好3S技術(shù)，并且加強(qiáng)對(duì)極端天氣條件下數(shù)據(jù)的獲取、收集、整理、分析，對(duì)災(zāi)害鏈過(guò)程模型進(jìn)行校準(zhǔn)，提高洪澇災(zāi)害鏈預(yù)測(cè)和模擬的精度，為洪澇災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)措施的制定提供更有力的依據(jù)。