综合洪水风险管理新进展

胡苏萍

（南京水利科学研究院，210024，南京）

综合洪水风险管理新进展

胡苏萍

（南京水利科学研究院，210024，南京）

依据欧盟洪水风险管理指令，对洪水风险的定义进行了探讨。将综合洪水风险管理描述为由洪水事件、洪水管理、恢复重建和防洪等4个阶段组成的持续重复过程。综合洪水风险管理需要进行多层次、多部门的合作和跨学科的研究，为此简要介绍由德国联邦教育和研究部资助的“极端洪水事件的风险管理”综合性研究计划项目（2005—2010年）所取得的新成果。

洪水风险管理；危险性；脆弱性；极端洪水事件

一、洪水风险

2007年10月欧盟通过了关于洪水风险评估和管理的指令 （以下简称欧盟洪水风险管理指令），该指令旨在减少洪水对人类健康、环境、文化遗产以及经济活动所造成的不利后果，为在整个欧洲层面上实现综合洪水风险管理打下基础。按照欧盟洪水风险管理指令的要求，所有成员国应当在2011年年底之前完成各流域洪水风险评估，在2013年年底之前完成洪水危险图和洪水风险图的编制，并在2015年年底之前制定洪水风险管理规划，以减小洪水风险。

根据欧盟洪水风险管理指令，洪水风险本身被定义为某一洪水事件发生的概率与洪水所引起的对人类健康、环境、文化遗产以及经济活动的潜在有害后果的组合。对该定义中被保护财产的脆弱性应作进一步的研究，因此通常认为洪水风险是由危险性和脆弱性交互作用形成的。危险性通过潜在危险过程的强度和概率予以描述，而脆弱性则通过风险要素（人、财产、环境等）的暴露性、敏感性和潜在损失予以描述。暴露性指暴露于危险过程的程度，敏感性则表示风险要素对于危险的抵抗力，两者共同构成风险要素的易损性，并对洪水的潜在损失产生影响。

风险要素的暴露性在很大程度上取决于距离河流或淹没区的位置，因此尽可能准确地描述相关的物理过程，并在危险图、洪水风险图或淹没区图中予以标识尤为重要。敏感性则在很大程度上取决于风险要素的种类和结构，如建筑物的敏感性就取决于其结构类型和建筑状况，而建筑状况又受龄期和维修费用的影响。采用符合防洪要求的建筑结构，并经常进行良好的维护就可以明显减小建筑物对洪水危险的敏感性。除易损性之外，潜在的洪灾损失对于评估洪水风险也具有决定性作用。

洪水风险受到彼此关系复杂的多个层面的影响，如措施层面、损失层面、法律层面、政治层面、社会层面等，各个层面彼此间的关联程度又各不相同，并相互影响。

二、综合洪水风险管理

现代风险文化不仅包括利用相对合理的费用采取预防性措施，而且还包括做好接受极端事件所致损失的准备，以及公开报告风险的准备。正确应对风险的方法是自觉地认识和监测风险，并通过合理的行动和策略减小风险。

图1 洪水风险管理的循环过程

在欧盟洪水风险管理指令中并未对“洪水风险管理”的概念给出准确的定义，但按照该指令的精神，洪水风险管理应当包括洪水发生前、洪水期间以及洪水发生后的所有阶段。如图1所示，洪水风险管理循环过程由以下4个阶段组成：①洪水事件，水位或流量达到特定极限值后的径流现象；②洪水管理，旨在限制洪水灾害的程度和持续时间；③恢复重建，旨在为正常运行创造一切条件；④防洪，旨在降低风险要素面对洪水事件的脆弱性。

根据洪水风险管理循环过程可以确定洪水风险管理的4个基本目标及其相应的措施：

1.在洪水发生之前避免在洪水风险区形成新的风险

①预防性的土地利用：包括区域规划和地区发展规划，在水法中确定洪泛区，洪水风险区的合理利用以及相关必要的立法。

②天然蓄水：改善流域内土地的天然蓄水能力，尤其是农业和林业用地；以水域恢复、故道重接、河滩管理等形式在河谷和低地恢复洪泛区。

2.在洪水发生之前降低洪水风险区内已存在的风险

①工程技术防洪：包括建造和充分利用壅水建筑物拦蓄洪水；消除水力瓶颈和增大行洪断面的工程措施；建造堤坝、防洪墙、闸堰和移动式防洪设施保护建筑物，并确保行洪断面畅通无阻。

②建筑工程防备措施：指按防洪要求进行规划和建设以及储放对水有害的材料。

③风险预防金：包括金融保险（主要指洪灾保险）和建立储备金。

④抢险防灾的准备：包括预警和救灾计划、组织资源、演习、救援人员的培训以及军民合作。

⑤预防行为：向受到洪水威胁的居民说明洪水风险，并针对洪水事件采取相应的准备措施。

⑥预防性信息：包括洪水预报、洪水水位信息以及预警。

3.在洪水发生期间减少有害后果

①抵御洪灾。

②救助受灾者。

4.在洪水发生之后减少有害后果

①修复。

②重建。

洪水风险管理循环过程是随着防洪水平的变化而持续重复和完善的过程，通常呈螺旋形上升。经验表明，只有从整体上全面研究整个洪水风险管理循环过程，并进行跨部门和跨学科的合作，同时确保公众共同参与，才可以尽可能降低洪水风险并减小洪灾损失。这个涉及多层面的过程被称作综合洪水风险管理。目前利用多学科协作进行洪水风险管理的实践尚处于起步阶段，因此不仅在单个学科，而且在多个学科协作防洪方面都还有许多问题有待研究。

三、极端洪水事件风险管理的研究

德国联邦教育和研究部于2005年年初启动了综合性研究计划项目“极端洪水事件的风险管理”，旨在通过不同学科和不同利益主体的整合，研究、开发和实施科学和先进的现代洪水管理方法和工具。除高校和科研机构之外，工程公司、联邦和各州管理部门以及地方机构也参与了该项目的研究，以促进研究成果的转化。该项目的研究对象为潜在损失较大的百年一遇或重现期大于100年的洪水事件，主要研究内容涉及以下3个部分：

①分析、预报和预警：洪水管理，洪水预报与预警，历史洪水事件分析，极端洪水及其后果的跨学科研究，利用基于风险的方法防洪。

②信息通报与沟通：教育，网络化，防洪意识，风险沟通。

③保护与控制：堤坝安全、堤坝监测与防洪，大坝与滞洪系统的管理，洪水情况下城市供水与水处理基础设施的管理，基于风险的防洪建筑物可靠性分析。

2005—2010年间，在“极端洪水事件的风险管理”研究计划项目框架中，共完成了分别属于以上3个部分的38个专题项目的研究，投资总额高达2000万欧元。

将历史洪水与当前防洪相结合，有助于提高风险评估水平和安全应对未来的洪水。在专题项目1“用于综合防洪的历史洪水分析”中，采用历史和科学的方法对历史洪水事件发生、发展过程及其影响进行了分析，并与大气环流和雨型相耦合，利用水量平衡模型模拟了历史洪水流量。该项目重建了1824—1882年期间德国内卡河洪水的降雨分布，模拟了由此造成的洪水流量，并根据历史河流纵剖面重建其相应的水位。1824年内卡河秋季特大洪水是由持续强降雨引起的，目前由于气候变化，发生类似特大洪水的概率增大。因此该项目所取得的成果对于内卡河流域防洪具有重要意义，可以用作计算和模拟可能最大洪水的依据，并作为现代洪水管理中的特大设计洪水。

专题项目6“以易北河为例的大流域极端洪水事件风险的变化与管理”，旨在研究由大流域引起的风险变化及其综合管理的方法。实例研究的对象为国际河流易北河流域，重点研究德国境内易北河的洪水风险。

图2 洪水风险管理模型系统

利用由数字地形模型、水文和水力模型以及洪灾损失模型耦合而成的跨学科洪水风险管理模型系统（图2），以大尺度和高时空分辨率模拟洪水危险性、脆弱性和风险，同时特别考虑了中期气候变化以及至2055年的河漫滩土地利用变化，在此基础上拟定了在水管理、工程建设和土地规划方面的行动措施，并对这些预防性措施的有效性和效率进行了分析。还采用新的统计方法确定了极端洪水的重现概率，并对风险和预防性措施进行了多标准评价和排序。通过专题项目6提出了具有普遍适用性的研究洪水风险时空动态的方法，改进了防洪措施的效用评估。为确保研究成果能最大程度地应用于实践，从一开始就加强了与联邦、州等各级决策者的协调。

洪水预报是洪水管理的重要组成部分，专题项目 15“考虑预报不确定性的洪水风险管理业务专家系统的研发”旨在提高洪水预报精确度，为中等尺度流域的洪水管理提供一个有效的工具，使洪水预警更为及时可靠。对 “降雨预报——降雨—径流模型——水力模型”整个洪水作用链的分析是该专题项目研究的依据。

通过研究提出了一套分析气象不确定性和水文、水力参数不确定性及其与降水荷载相关性的方法，分别分析了洪水链各组成部分的模型不确定性，将预报不确定性的定量评价集成于洪水作用链，在这方面与传统方法相比，该项目前进了一大步。对不确定性的考虑与时间相关联，因为预报时间较短时，预报的可靠性增大，因此可以提供分级的预警系统，将误报降低到最小程度。

专题项目15考虑了整个洪水作用链的不确定性。采用转动带法模拟作为预报不确定性最大来源的降雨分布和强度；降雨—径流模型实现（半）自动校准，根据降雨荷载定量分析模型的不确定性；水动力模型考虑水文和水力摩阻的不确定性。利用所开发的基于规则的专家系统，可以在洪水预警和灾害评估过程中对不确定性加以考虑，从而实现更为有效的洪水管理。该系统在校准的基础上可应用于所选择的不同流域。

专题项目21开发了 “极端事件的综合洪水风险管理国际教学模块FLOODmaster”，该教学模块的开发基于与科学咨询委员会以及欧洲各高等院校和科研机构的密切合作，将自然科学和工程科学基础知识与经济和社会科学以及土地规划相结合，重点关注洪水成因，社会、经济和生态的脆弱性，风险和减小风险的策略以及灾害管理，可供高年级大学生、研究生和专业人员培训和进修。

专题项目23“用于可靠识别和评估缺陷的堤坝监测系统的优化”旨在研发一种基于试验和地质统计分析的堤坝监测方案，以可靠识别和评估堤坝缺陷，并将其推广应用至任意坝段。该项目对某一特定地点的土壤力学性质进行研究，利用地质统计和实验室试验确定失事过程的临界参数，以提高数据质量和正确性。开发了一种用于确定土壤含水量、孔隙水压力以及由蓄水引起的应力变化的新型测量系统，同时通过实验室试验确定强度参数及其由饱和所引起的强度参数的变化，并确保确定缺陷空间分布和出现概率的地质统计方法与堤坝特性相适应。所开发的监测系统可由专业人员按照相关建议应用于无强度参数资料的河堤。

专题项目24“堤坝缺陷分析和结构检测的现有和创新方法的系统评估”，旨在对堤坝及其地基的结构检测和缺陷分析的无损物探方法进行评估。地球物理学早已应用于堤坝检测，但有些问题还有待进一步研究，其中最重要的问题就是如何将地球物理数据和图像转化为稳定计算的参数。为此在易北河和莫尔德河的4个堤坝上进行了实测，对所选用的地电阻力测量法、探地雷达法、电磁法和地震测量法进行了评估，另外还对一些新方法进行了试验，如频谱激电法、探地雷达阵列或多测站表面波地震等。根据试验研究成果编写了一本关于应用物探方法检测堤坝的实用手册，为正确选择测量方法和参数提供指导。

迄今为止，很少有人从洪水角度研究整体水循环，这主要是因为模拟和描述这一自然过程极为复杂和困难。专题项目36“用于城区特大洪水后地下水和基础设施管理的三区模型的开发”旨在开发一个能够模拟特大洪水条件下地表径流、下水道污水和地下水之间相互作用的耦合模型系统。该项目实现了三种水流过程模拟工具的耦合。作为独立层次的单体模块分别计算各部分的水位和流量，在一个时间步长结束时彼此间进行交换。各单体模块之间的连接由耦合软件进行管理，包括模拟工具的同步、不同模型几何图形之间的映射和相关水流过程不同时间尺度之间的插值。地下水和地下基础设施也是实现全面综合洪水风险管理的组成部分。城市防洪实例研究表明，利用所开发的耦合模型系统可以为地下基础设施的设计和防护以及地下水管理提供有效解决实际问题的策略和方法。

从以上简要介绍中可以窥见德国综合性研究项目“极端洪水事件的风险管理”研究内容的丰富性和创新性，但许多新成果的实用性和可靠性还有待实践的检验和进一步完善。

四、结 语

自然灾害的发生和发展有其生命的周期，综合洪水风险管理也是一个系统的过程和循环。要实现综合洪水风险管理就必须把洪水风险管理的循环过程看作一个整体，进行跨部门和跨学科的合作。德国综合性研究计划项目 “极端洪水事件的风险管理”为现代洪水风险管理提供了一些科学的方法和工具。要有效和持续减小洪水风险，还必须增强全社会的洪水风险意识和应对灾害的能力。

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

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

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

[4]张继权，冈田宪夫，多多纳裕一.综合自然灾害风险管理——全面整合的模式与中国的战略选择[J].自然灾害学报，2006，15（1）.

责任编辑 韦凤年

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

胡苏萍，译审，从事水利科技信息研究。

TV877

A

1000-1123（2011）11-0049-04

2011-02-24