基于自然和社会经济指标的俄罗斯洪水特性评价

[俄罗斯]C.Г.多布罗沃利斯基 M.H.伊斯托米娜

基于自然和社会经济指标的俄罗斯洪水特性评价

[俄罗斯]C.Г.多布罗沃利斯基 M.H.伊斯托米娜

分析了俄罗斯境内 123起洪水的以下数据资料:洪水起始日期、发生洪水的数量(频率)、洪水的历时、洪水形成的原因及类型、直接遭受洪水淹没的土地面积、洪水所波及地区的面积、中心坐标、地区人口数量、受灾人口总数、疏散人口数量、死亡人数、受淹建筑物数量、经济损失等。分析结果表明,由于雨洪和融雪引发的洪水而造成的财产和人文损失超过了频发的春汛洪水所造成的损失。根据分析结果,编制了研究时段内洪水的基本数据图表;确定并划分了洪水的主要成因类型和分布区域;介绍并分析了俄罗斯境内洪水的基本特性。

洪水;特性分析;俄罗斯

在许多文献或“极端水文事件”的国际会议论文中,都对河流及其流域所发生的洪水进行了大量的研究。这些文章主要是对具体河流和某些地区发生的洪水或者是发生洪水的趋势进行研究,只有少量有价值的有关洪水的研究文章是针对俄罗斯或全世界范围内的洪水现象而开展的较系统的研究。几年前,作者们首次根据可比参数对现有的全球范围内的洪水资料进行了分析研究,后来又继续开展了对俄罗斯联邦境内洪水事件的研究工作。与前述论文相比,目前有可能会提供更多、更详细的有关俄罗斯洪水的数据资料,这也正是本文的任务和目的所在。

鉴于该研究任务,对“洪水”的本身概念问题进行研究是合理的。在总方案中,作者们遵循贴近论文中所公认的定义:认为洪水是暂时性淹没人们以不同目的开发的区域,并造成负面的社会或经济后果。将来在更详细的研究框架内,将引起不良经济后果的淹没归入洪水类可能比较合理。

必须指出研究大范围区域和全球区域洪水的重要性。当然这种方法不可能直接按年代顺序对具体河流中洪水的产生和发展趋势的预测进行分析研究,但是概括性研究可以提出防洪的战略问题,并通过统计河流及流域在完全不同条件下发生的多起洪灾,以便对总的规律性进行研究。

1 洪水的社会经济指标

1.1 洪水区域人口数量

可以注意到,根据后果的严重程度,洪水的社会经济指标可以构成以下层次。像洪水行政经济区域人口数量这样的指标只能说明洪水的潜在危险程度,但是并不能反映洪灾造成的直接损失。受淹区域内的房屋数量(被淹或被损坏)在某种程度上应该算是一个可靠参数,它已经反映了由洪灾造成的基础物质损失。与受淹建筑物数量和考虑了洪水其他方面因素的参数相比,经济损失更具有综合性和概括性。受灾人口总数为洪灾造成的社会损失的基本参数,它主要考虑的仅仅是遭受到物质损失的人群,而同时导致产生的疏散人口数量与较严重的人文后果和人群灾难是有关联的。最终,死亡人群是由洪水造成的最悲惨结果。图 1为 1998～2002年俄罗斯境内洪水的图解。

图1 1998～2002年俄罗斯境内洪水图解

显然洪水所涉及区域的人口数量越多,造成的洪灾损失就越大。所以对于洪水指标来说,除了行政经济区域面积外,还适宜于使用行政经济区域人口数量这样的指标。对于2000～2002年各种类型的洪水来说,其平均值为 345(标准为1 424)。而对于春汛、洪水、冰塞来说,其相应值分别为 228(标准为 319)、535(标准为 2 160)和 114(标准为 149)千人。

将这些数据与洪水区域面积的相应数据进行比较,至少可以说明洪水比春汛造成的危险大的众多原因之一。也就是说,如果各种洪水区域的平均面积具有几乎相同的规模,那么洪水区域的平均人口数量将超过春汛区域平均人口数量一倍多,而按标准,相应的比值为 7∶1。造成这一现象的原因,是洪水常常发生在人口密度较大的地区。

图1(б)是洪水区域人口数量的图解示意。图2为 1998～2002年期间俄罗斯境内洪水参数概率分布密度曲线。

洪水区域面积与人口数量的季节性变化之间也存在很大的差异(图 3(б))。如果在第 1种情况下,最大值出现在 5月末,并且在很大程度上是由春汛所引起的,那么在第 2种情况下,最大值仅仅与洪水有关,且大约会推迟一个月,出现在 6月末。

1.2 发生洪水时建筑物的淹没

受淹的建筑物(另外也称其为“处于淹没区域的建筑物”、“受损的建筑物”)的数量是判断洪水损失最客观的标准之一。这个数据相对来说比较容易评估,所以对于大多数(82%)洪水来说,都具有这方面的资料。各种洪水发生时受淹建筑物的数量范围很大,从几座到成千上万座(2002年,北高加索)发生洪水时,受淹建筑物超过 65 000座)。

当偏差系数为 3.6时,在一次洪水期间的受淹建筑物的平均数量(在具有这种信息资料的情况下)为 1 695座。对于春汛、洪水和冰凌冰塞来说,相应值分别为 1 235(2.6)、3 398(3.4)和 1 695(2.4)。正如这些数据所显示的,洪水与春汛之间,在洪水区域平均数量方面有一个对比值为 23∶1,在受淹建筑物的数量方面,该对比值表现得更加厉害,为28∶1。这就说明发生洪水时,在洪水所涉及区域的人口数量完全相同的情况下,建筑物受损的比例较大。

图2 1998～2002年期间俄罗斯境内洪水参数概率分布密度曲线

受淹建筑物数量的地理分布示于图 1(в)。由图可知,建筑物受淹的主要区域基本上与洪水所涉及的行政经济区的高密度人口区(北高加索)、南乌拉尔和远东南部相一致。

受淹建筑物数量上的季节性变化示于图 1(в)。像类似的洪水区域人口数量曲线图(图 3(б))一样,最大值出现在 6月底至 7月初,这与洪水的类型有关。

1.3 遭受洪灾的人口总数

遭受洪灾的人口不仅包括疏散人口,而且还包含健康和财产受到损失的人口。无论是在每次洪水时的人口总数方面,还是在平均数量方面,遭受洪灾的总人口大约超过疏散人口数量的两倍。在一次洪水时受灾的人口总数和平均数分别为87.2万人和1.08万人(所有洪水);15.1万人和 0.4万人(融雪和融冰);52万人和 2.08万人(雨洪);19.1万人和1.19万人(冰凌和冰塞)。通过将这些数据与以下在发生洪水时疏散的人口数量进行分析比较可以看出,不同类型的洪水之间,其在受灾总人数方面的对比值并没有像疏散人口数量方面的对比值那么大。

这一结论可以通过受灾人口总数与受淹建筑物数量的关系曲线(图 4)得到证实:对于所有类型的洪水来说,按一座受淹建筑物计算,受灾人口总数基本上是一样的。

受灾人口与受淹建筑物数量的关系曲线图可以按双对数刻度重新编制。与图 4不同的是,它能较好地反映中等规模和小规模洪水的情况。在这种情况下可以看出,两个参数之间存在很明显的线性关系,并且该关系含盖极为宽泛的洪水强度范围:受淹建筑物数量 ＞4,受灾人口数量也 ＞4。属于各种成因类型洪水点的主要部分,紧贴倾角的单位切线。此外还表明,从各地很不容易得到的洪水信息资料,显然也能取得实质性的接近真实的结果。

图3 洪水参数的季节性变化

应该指出的是,洪水时,受灾人口总数与洪水日期的关系曲线(图 3(д)),从本质上来说,与图 3(в)类似。受灾人口与受淹建筑物总数关系曲线图也很类似(见图 1(в)和图 1(д)),而且其相应的概率分布密度也非常相似(图 2(в)和图 2(д))。

1.4 洪水造成的人口疏散

洪水所导致的人口疏散数量,是可以间接地判断一些造成最严重的人文后果的灾难所带来的社会经济损失的最重要的指标之一。研究时间段内的人员总的疏散情况是:1998～2002年,疏散人口总数为 27万人以上,其中,90%以上为雨洪(16.8万人)和融雪、融冰洪水(7.7万人)引起的。俄罗斯境内空间分布最广的洪水类型为春汛,其疏散人口只占总疏散人口比例的 8%(2.2万人)。采用类似的方法,同样也可以确定一次洪水所需疏散人口的平均数:对于雨洪和冰川洪水,疏散人口分别为 8千和 5千人以上,而对于春汛,疏散人口只有 700人。

图3(e)表示的是疏散人数的季节性变化。从本质上来说,该曲线图与受淹建筑物数量的季节性变化曲线图(图 3(в))非常相像:最大值出现在 6月末 ～7月初,这与洪水的性质有关。疏散人口数量与受淹建筑物数量的关系曲线也可以按双对数比例尺绘制。特点是,在这种条件下,点场比受灾总人数与受淹建筑物数量的关系曲线中的点场要模糊得多(同样也是采用的双对数比例尺绘制);回归线的倾角切线约为1.13,但是由于点的散射大,因此要准确评估这个值是不可能的。

对于洪水一些主要类型,分别以线性坐标轴的形式绘制的疏散人口数量与受淹建筑物的关系曲线示于图 4。从图 4可以看出,在发生雨洪时,疏散人口对受淹房屋数量的敏感度(1.52人/房屋)超过春汛洪水的类似指标(0.35人/房屋)3.3倍。

图1(e)表示的是洪水所导致的疏散人口数量的地理分布状况。从洪水造成的这些后果来讲,西伯利亚南部和雅库特(Якутия)(由冰凌和冰塞产生的洪水区)也被列入深受洪水影响最“传统”的地区。

仍需补充的是,疏散人数的概率分布密度(图 3(e)),同所研究的大多数洪水参数一样,近似于帕累托分布。

图4 受灾和疏散人口总数与受淹建筑物数量的关系曲线

2 洪水时的死亡事件和财产损失

2.1 死亡事件

如上所述,俄罗斯远不是世界上最易发生洪水的国度,尤其是所谓的“历史上”最大的造成重大人员伤亡的洪水,俄罗斯也没有出现过像孟加拉(1991年)或印度洋(2004年)那样夺走成百上千人生命的海啸而导致的洪水。但是俄罗斯洪水造成的人员伤亡也是完全不能容忍的,接下来应该特别注重对这方面的分析。1998～2002年间,俄罗斯洪灾造成的物质(经济)损失及人员伤亡的数据是美国和澳大利亚的 5倍,也是欧洲的 8倍。

1998～2002年,俄罗斯 13起洪水导致的总死亡人数为 277人,其中 40%是属于 2002年夏季北高加索的一次洪水造成的。如果谈到洪水成因类型之间的差异,那么 84%的死亡应归咎于雨洪;8%归因于河流的冰川现象造成的洪水;8%属于其他类型的洪水。然而发生次数最多的一类洪水,即由于春季融雪所引发的洪水,却只发生有一例死亡事件。在一次洪水中造成的平均死亡人数方面,雨洪超过了由冰凌冰塞引发的洪水的 4倍,超过了春季融雪洪水 199倍。同时在考虑到洪水受灾人口、疏散人口和受损建筑物数量相同以及洪水历时相同的情况下,极端雨洪导致的死亡率超过了其他类型的洪水。

2.2 总的财产(经济)损失

由于没有制定类似的评估方法,保险业不够完善,通货膨胀严重等因素,因此对洪水造成的损失进行经济评估还存在着一定的困难。

俄罗斯 1998～2002年因洪水造成的损失(以经济为当量)情况示于表 1。从表 1可知,由极端降雨而形成的洪水所造成的损失,无论是按一次洪水计,还是从最大的和总的损失来考虑,都大大超过(超出一位数字以上)融雪和融冰形成的洪水所造成的损失。

表1 1998～2002年洪水造成的经济损失 百万美元

评估洪水损失与洪水一些其他参数的关系是一件很有趣的事。表 2列出的是这种回归(双回归)关系的一些系数;方程中,损失以百万美元表示,其他参数的计量单位示于顶行。应特别注意的是,除了统计上没有意义的洪水损失与洪水历时之间的关系以外,雨洪造成的损失不仅在绝对值方面超过春汛造成的损失,而且在其他洪水参数的计算中也很大。同时还发现,除了损失与受灾总人数之间的关系以外,春汛损失与大多数其他这类洪水参数之间的关系在统计上是没有意义的。

表2 洪水损失(百万美元)与其他洪水参数的关系方程(双回归)系数

洪水经济损失的季节性变化大体上重复了社会经济损失的其他参数(受淹建筑物数量、疏散人口和受灾人口数量)的季节性变化,也就是说,最大值出现在夏初,最小值出现在春季。经济损失概率分布密度呈帕累托状 (паретовскийвид)。经济损失的最大值在地理位置上出现在发生洪水的传统地区,即北高加索、远东南部,以及东西伯利亚的某些洪水情况下。

3 主要成因类型洪水的分布区

作为总结,适宜的做法是,划分主要成因类型洪水的分布区,并将各个不同分布区的损失数据加以比较。

雨洪区域的中心(造成主要损失的洪水)在俄罗斯境内明显地分成了几个区(图 5(a)):纬度方向狭长的北高加索分布区、经度方向较窄的温带分布区、远东分布区(包括远东南部和萨哈林地区)。在科雷马河流域的上游发生洪水的次数不是很多,看来北高加索分布区的形成是由于地貌特征和高加索境内的亚热带气候造成的。温带分布区属于南部温带(人口稠密地区)重要的降雨带,而远东和南科雷马河分布区的形成,很明显与太平洋的潮湿气流有关。

图5 1998～2002年俄罗斯境内洪水分布区

表3是每个分布区一次洪水和人员的平均损失指标。由表中数据可以明显看出,北高加索分布区每次洪水损失的绝对值都特别大,各类相应的损失数据都大大高于所有的其他分布区。但是当研究洪水区域的人均损失(表3每个单元中的分母)时,情况发生了重大变化。从这些数据可以看出,北高加索的雨洪,就其本身的破坏性而言,一点也不大于其他洪水分布区。相反地,该分布区的经济损失和死亡人数的比值要低于温带分布区,而疏散人口和受灾人口的数量,不仅低于温带分布区,而且还低于远东地区(尽管考虑了2002年北高加索洪水的严重后果)。所有这些表明,北高加索的洪水损失的绝对值大大高于所有其他地区,几乎是地区性的人口密度很高造成的。

表3 雨洪分布区的损失参数(一次洪水的平均值/洪区每 10万人的平均值)

图5(б)示出的是最多一类洪水(由融雪引起,亦即春汛)的地理位置。与普通洪水不同的是,春汛的主要部分没有形成较大的分布区,而是明显呈局部化的地理分布区。可以假设,跨越俄罗斯整个西南部分的春汛的特大型洪水分布区的划分情况:从西部波罗的海流域到东部东经约 110°、从北部北纬约 63°到北高加索。此外,在研究期间,有几次春汛洪水都出现在远东南部和萨哈林地区。在俄罗斯境内的其他一些地区,1998～2002年单纯由融雪引起的洪水完全没有出现过。

由冰凌冰塞引发的洪水在俄罗斯境内几乎都会较分散地出现,但没有明确地集中在某个局部分布区。

4 结 语

由于本身的地理位置和人口平均密度不高,俄罗斯属于世界上最不易发生洪水的国家之列。1998～2002年,俄罗斯由洪水造成的总损失占全世界的1.3%(在该时段内,俄罗斯陆地面积占世界的11.5%,人口占世界的2.5%)。俄罗斯一次洪水的单位损失为世界平均指标的8.6%;全国单位面积损失为世界平均指标的10.1%;人均损失为世界平均指标的53.4%。

然而根据一系列重要指标,俄罗斯的洪水状况比世界上最发达国家和地区(北美、国外欧洲、澳大利亚)的要严重。比如在所研究的时段内,俄罗斯因洪水造成的国内生产总值(ВВП)损失比国外欧洲高 1倍,比澳大利亚高 2倍多,比北美高 3倍多。对于俄罗斯来说,还有一个更不利的指标,即发生洪水时的人文损失与财产损失的比值。在俄罗斯,计入洪水单位财产损失的死亡人数比美国和澳大利亚高 5倍,比欧洲高 8倍。因此改变这些状况是俄罗斯抗洪斗争最重要的战略任务。

尽管俄罗斯发生最多的是春汛类的洪水,但是其他两类洪水(雨洪和融冰洪水)造成的危险却要大很多。在受淹建筑物数量方面,洪水与春汛洪水之间的比值为 2∶1;在受灾人口方面,其比值为 3∶1;在疏散人口方面,其比值为 8∶1;在经济损失方面,其比值为 24∶1;而在死亡人口方面,则为 233∶1。

俄罗斯境内所有类型洪水的季节性的平均最大值与雨洪类的洪水有关,而且同样是出现在较短的时间范围(6月中旬至 7月初)。这是由于 8月的雨洪,即这个最大值在时间上没有出现在所有类型洪水频发率的最高期(4月)。

最危险的洪水(雨洪)集中在明显局部化的地理分布区范围内。主要分布区为人口稠密的沿俄罗斯中间地带纬度方向狭长的北高加索和远东分布区。就总损失的绝对值和一次洪水损失的绝对值而言,北高加索分布区要高出其他分布区许多倍。但是,在潜在的破坏程度方面,北高加索的洪水并不比其他分布区的洪水造成的破坏程度高(在考虑洪水区域人均指标的情况下,有时甚至还会低于其他分布区),这里所说的损失大,主要是因为人口密度大造成的。

梅 莉 译自俄刊《水资源》2009年第 5期

赵秋云 校

P333.2

A

1006-0081(2011)08-0007-07

2011-03-18