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城市洪水灾害风险最新研究进展
2019-01-09 20:42:43  作者:刘玮 刘金松  来源:中国保险报   浏览次数:62  文字大小:【】【】【
  •     城市洪水灾害是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生积水灾害的现象。政府间气 ...

  城市洪水灾害是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生积水灾害的现象。政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告(2007)指出,在过去几年中,随着气候变化的加剧,极端天气事件的频率和强度都有显著的增加。在未来几年中,极端天气事件,特别是在亚洲季风区,强降雨和风暴潮等引起城市洪水灾害的主要风险源将极有可能发生得更加频繁。

国内有研究表明,中国未来年降水量可能增加5%-7%,长江三角洲地区百年一遇风暴潮在2050年可能成为10年一遇。并且,随着我国城市化进程的加速,城市“热岛效应”与“雨岛效应” 日趋显现,城区地表不透水面积率的显著提高,就地蓄水和消化洪水的能力减弱,排水设施建设落后,综合管理方法(结构性措施和非结构性措施)不足,给城市洪水防御埋下隐患。城市洪水灾害已成为影响经济社会可持续发展的重要威胁。

  国内有研究表明,中国未来年降水量可能增加5%-7%,长江三角洲地区百年一遇风暴潮在2050年可能成为10年一遇。并且,随着我国城市化进程的加速,城市“热岛效应”与“雨岛效应” 日趋显现,城区地表不透水面积率的显著提高,就地蓄水和消化洪水的能力减弱,排水设施建设落后,综合管理方法(结构性措施和非结构性措施)不足,给城市洪水防御埋下隐患。城市洪水灾害已成为影响经济社会可持续发展的重要威胁。

  因此,在全球气候变化的大背景下,客观评价城市水灾的危险性既是城市风险管理的重要依据,也是城市防灾减灾与可持续发展的需要。本文将围绕城市洪水风险分析,从风险识别,风险暴露及脆弱性和风险评估三方面分别阐述最新的研究进展。

  一、城市洪水风险

  对风险源的合理识别是进行合理风险评估的第一步,包括对给定空间和时间范围内灾害发生频率模型的建立和灾害强度的描述。按照经典极值理论,罕见事件(与概率分布的中值相离极大)的发生概率将会服从一般极值分布。因此,极值理论经常用于描述极端灾害如洪水、火灾等的发生频率。许多国家或机构都采取该种方法提出了自己的统计模型,如美国的log-Pearson Type III模型,英国的generalized logistics模型,中国的Pearson III模型等。

  由于城市洪水灾害的复杂性,为了提高预测的准确性,近年来研究人员逐步探索综合模型在洪水预测中的应用。并且随着多方面数据的增多,多种新的因素也逐渐纳入统计的范畴。但是,由于极端自然灾害罕见的特点,样本数据的缺乏不可避免地会增加模型预测的不确定性。因此,如何结合贝叶斯理论,利用有限的数据来推测合理的动态模型是近年来极值理论应用的一大热点。对洪水灾害强度的研究也得到长足发展。

  对于沿岸城市来说,风暴潮是引起城市洪水灾害的主要原因之一。随着近几年计算科学的飞速发展,西方国家多个科研团队基于对大气物理等的深入探索,开发出多个城市风暴潮模拟软件,比如1990年美国开发的ADCIRC及在此基础上由UT  Austin ICES 学院Dr. Clint Dawson参与开发的STORM模型。通过读入暴风、飓风等海上灾害天气的数据,ADCIRC通过复杂的数值算法求解偏微分控制方程,来综合分析静态因素(如海岸和海床的地质分布)与动态因素(如暴风与海浪高度及海流之间的耦合)之间的相互作用,从而得出对某一区域风暴潮的时时预测。

  2014年,美国自然科学基金委拨款300万美元专项资金用于对ADCIRC的升级(STORM),以通过更加合理的超级计算机性能分布来实现在一个小时之内得到预测结果的处理速度。但由于对气候系统的认识不足、以及用于生成预测的计算机模型存在的局限性,气候预测中具有大量的不确定性。如何从这些不确定性信息中得到更准确的模拟结果是现在西方多个机构的研究重点。除此之外,随着信息科学的发展,地理信息系统(GIS)被越来越多地应用到对自然灾害风险的研究之中。如何扩大GIS数据的应用范围,提高对GIS数据的利用效率并得出合理的推断也是最近的研究热点之一。

  二、风险暴露及脆弱性

  城市洪水灾害的损失不仅取决于灾害的频率和强度,也取决城市在洪水风险中的暴露和城市的脆弱性。城市洪水风险暴露是指各受灾体在未来可能的洪水灾害中遭受的影响。美国在该方向的研究一直处于比较领先地位。由美国联邦紧急事务管理署和国家建筑科学研究所联合开发的HAZUS MH风险评估软件可以非常详尽地模拟居民人身及财产(房屋等)的风险暴露。

  在国内,由于数据的缺乏及基本信息的不完善,风险暴露常常基于对城市土地规划和城市建筑群的模拟分析。比如,通过对卫星遥感得到的城市建筑群信息的解读,研究者可以推测出城市内涝灾害的风险暴露,GIS数据的利用也有利于对风险暴露的进一步完善。不同于风险暴露重点研究城市洪水灾害的外部因素,脆弱性着重研究城市本身,它代表了受灾体承受灾害并从灾害中复原的能力,着重于寻找灾害和预期损失(经济、生态、环境等)之间的关系。

  近年来,多数研究侧重于通过建立损失函数从而实现对脆弱性的定量描述。西方国家已建立起多个洪水灾害数据库系统来辅助对城市洪水灾害损失函数的建立。在国内,该方法仍处于初步探索、研究阶段。通过对国内几个海岸城市如天津、上海、广州和海口的调研,已初步建立起各城市的洪水灾害损失函数。然而,由于数据的极度缺乏,该结果的可靠性和准确性仍待评估。

  三、风险评估

  作为城市洪水风险研究的最后一步,城市洪水灾害风险评估需要综合考量在前两步中对灾害频率及强度的预测和对城市风险暴露及脆弱性的估计。一般意义上来说,城市洪水灾害风险的评估方法可分为三种:一是基于各类风险度量的定量分析,二是基于指数的半定量分析,三是基于事件的定量分析。近年来,随着国家经济的发展及实力的提升,在城市洪水风险方面的规范也在逐步发展完善。

  在2010年对国家水利部颁发的国家洪水风险制图标准中,洪水灾害的预测作为洪水风险评估的主要因素,而城市的风险暴露及脆弱性在该标准中基本忽略。因此,在此阶段国内关于城市洪水风险的研究大多基于对洪水灾害的分析。

  随后,国家海洋局在2012年出台的《风暴潮灾害风险评估和区划技术导则》中进一步指出,对于城市风暴潮洪水风险的评估应当以定量的方式为主,需综合考量洪水灾害和城市因素,进而给出2X2 组合的4个风险评级。对此方案的可行性研究已在南通正式展开。

  在地方层面,基于指数的半定量分析仍然是城市洪水风险评估的主要方法。该评估系统通常会综合考量多种因素指数,比如灾害指数,暴露指数,脆弱指数。最终的评估指标将会涵盖洪水灾害,城市暴露,城市脆弱性等各信息并以预期损失,风险曲线和平均年度损失的方式呈现。因此,方法相对简单易行,结果直观易用,如百年一遇洪水风险图,所以此方法在地方广为接受。

  从科学研究的角度出发,近年来如何将全球气候变化作为一个考量因素整合到城市洪水风险的评估之中逐渐成为热点。新的研究框架认为,即便在全球气候变化的背景下灾害频率和强度都有增加的趋势,但由此造成的动态城市洪水风险的变化具有不确定性(可以增加,不变,甚至减少)。但此理论的研究发展需要更加复杂的模型及更多的信息,尚处于初步发展阶段。

  城市洪水灾害已经构成严重的发展挑战,保险作为管理风险的市场化机制和社会化安排,已成为世界各国在分散洪水灾害风险时普遍采用的手段之一,对城市洪水灾害风险的识别与科学评估是确定保险的风险分散机制、风险管理方案与损失补偿制度设计的科学基础,对城市洪水灾害风险的研究与评估,需要基于气象学、水文科学、防灾救灾工程等自然科学和风险管理与保险学等社会科学的结合进行综合研究。

  理论认识的不足,会进一步导致在实践上对防范城市洪水灾害风险的制度安排、防范机制与措施等存在缺口,风险解决方案、以及对灾害保险产品(产品体系)和制度的设计会存在缺口。如何利用现代科技的优势,将自然科学和社会科学有机结合,并充分应用信息科学和数据科学,将会是未来实现对城市洪水灾害风险的科学评估、对洪水等自然灾害的防治、灾害风险的综合解决方案和制度设计的关键。未来,对各种灾害风险的识别与评估,跨学科研究是基本特征。

  (作者单位:南开大学国际保险研究所)

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