1.前言
我國位于世界最大海洋與最大陸地之間,全國大部分地區(qū)為季風(fēng)氣候區(qū),受季風(fēng)影響,極易形成暴雨洪水、融雪(融冰)洪水、冰凌洪水等多種形式的洪水。其中,經(jīng)常發(fā)生并造成嚴(yán)重災(zāi)害的主要是暴雨洪水。我國暴雨洪水一般具有:季節(jié)性明顯、洪水峰高量大、徑流年內(nèi)分配集中、洪水年際變化大等特點(diǎn)。
新中國成立以來,我國開展了大規(guī)模的江河整治工程建設(shè)。修筑水庫攔蓄洪水,修筑堤防防止洪水泛濫。這些工程的修建,取得了顯著的防洪效益,1949年到1987年的38年間防洪工程累計(jì)減淹成災(zāi)農(nóng)田約6600萬ha,加上減免的城市工業(yè)等其它損失,減少損失約3000億元。然而,近十年來,隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,特別是受洪水威脅區(qū)域內(nèi)人口和資產(chǎn)的不斷增長,洪水造成的損失有逐步增長的趨勢,如圖1。1991年,淮河、太湖流域洪水造成2100億元損失;1998年長江大水經(jīng)濟(jì)損失約2500億元。
50年來,通過大規(guī)模的水利工程建設(shè),人們普遍地增加了安全感,在河岸兩側(cè)開始大規(guī)模的建設(shè),城市不斷擴(kuò)大,人口不斷集中。然而,當(dāng)下一次洪水泛濫發(fā)生時(shí),人們發(fā)現(xiàn)洪水所造成的損失比以前有增無減,于是人們又要求提高江河的防洪標(biāo)準(zhǔn)……如此下去,便形成了防洪工程投入不斷加大,而洪災(zāi)損失也不斷增長的局面。
我們應(yīng)該認(rèn)識到洪水是一種自然現(xiàn)象,企圖以工程手段控制和消除洪澇災(zāi)害是不可能的,認(rèn)識到洪水的風(fēng)險(xiǎn)不可消除而只能在一定程度上減輕或回避。洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測及洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理的概念便是在這樣的基礎(chǔ)上提出的。
2.洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)
洪水作為一種自然現(xiàn)象,可以用客觀尺度測度其大。缓闈碁(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)又與人們的行為相聯(lián)系,與人們的決策有關(guān);洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的大小可以用風(fēng)險(xiǎn)程度來度量,它與洪水風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率及其可能產(chǎn)生的損失有關(guān),用數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示,即
R=f(P,L)
其中,R——洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn);P——洪水事件發(fā)生的概率;L——洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)損失。
3.洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理
洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理是指人們對可能遇到的洪水風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識別、估計(jì)和評價(jià),并在此基礎(chǔ)上有效地控制和處置洪水風(fēng)險(xiǎn),以最低的成本實(shí)現(xiàn)最大安全保障的決策過程。它是一個(gè)連續(xù)的、循環(huán)的、動態(tài)的過程,主要包括建立風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)、風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)決策、風(fēng)險(xiǎn)處理等幾個(gè)基本步驟。
洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的目標(biāo)是選擇最經(jīng)濟(jì)和有效的方法使風(fēng)險(xiǎn)成本最小。它可以分為災(zāi)害發(fā)生前的管理目標(biāo)和災(zāi)害發(fā)生后的管理目標(biāo)。災(zāi)前的管理目標(biāo)是選擇最經(jīng)濟(jì)和有效的方法來減少或避免損失的發(fā)生,將損失發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性降至最低程度,如進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)、洪災(zāi)警報(bào)發(fā)布、防洪工程的規(guī)劃與實(shí)施、防洪調(diào)度預(yù)案等工作;災(zāi)害發(fā)生后的管理目標(biāo)是當(dāng)實(shí)際災(zāi)情發(fā)生后,監(jiān)測實(shí)時(shí)雨情、水情和工情信息,確定最合理有效的調(diào)度方案,并組織好搶險(xiǎn)與避難轉(zhuǎn)移,盡可能減少直接損失和間接損失,使其盡快恢復(fù)到損失前的狀況。
洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析主要包括風(fēng)險(xiǎn)識別、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)和分析評價(jià)。風(fēng)險(xiǎn)分析是通過對區(qū)域洪水成因、洪水特性(包括洪水概率、流量、水位等)、水利工程狀況進(jìn)行分析,采用歷史洪水調(diào)查、水力學(xué)模型試驗(yàn)或數(shù)值模擬計(jì)算等方法,確定區(qū)域內(nèi)不同地區(qū)的洪水危險(xiǎn)程度(包括淹沒范圍、淹沒水深、淹沒歷時(shí)、流速等);再對區(qū)域內(nèi)的社會經(jīng)濟(jì)狀況(人口、資產(chǎn)等)分布和抗災(zāi)能力進(jìn)行分析,得出不同高程下的主要資產(chǎn)類型和這些資產(chǎn)在不同淹沒水深下的洪災(zāi)損失率,并將上述兩方面的信息進(jìn)行結(jié)合,估算出區(qū)域在不同頻率洪水下的洪水災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失,確定洪水災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)程度;最后,根據(jù)洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果,選擇不同的防洪減災(zāi)對策,考查估算不同方案的費(fèi)用、效益。
洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)決策是指通過選擇對付洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的一種方法或幾種方法的組合,在洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的基礎(chǔ)上,并考慮對社會、生態(tài)環(huán)境等方面的綜合影響后,選擇洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理對策,實(shí)施洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)決策。生產(chǎn)實(shí)際中,對付洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的方法主要包括以下幾種:1)風(fēng)險(xiǎn)自留(不采取任何措施);2)回避風(fēng)險(xiǎn)(將人口和資產(chǎn)從風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)搬出);3)降低洪災(zāi)損失(適當(dāng)限制高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展;建立避水莊臺,建立防水房屋,搞好風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)安全建設(shè);設(shè)計(jì)好避難路線;做好搶險(xiǎn)避難的宣傳工作);4)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移(開展洪水保險(xiǎn)和再保險(xiǎn))。
洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)處理是根據(jù)決策的方案實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃,并對計(jì)劃實(shí)施后的效果進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)各種防洪減災(zāi)措施實(shí)施后的效益與費(fèi)用,修改、建立新的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo),進(jìn)入下一次的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理過程。
針對洪水管理的具體內(nèi)容,洪水風(fēng)險(xiǎn)管理主要包括對洪水的預(yù)測和調(diào)度中的風(fēng)險(xiǎn)管理、防洪工程風(fēng)險(xiǎn)管理、防洪投資風(fēng)險(xiǎn)管理、洪泛平原風(fēng)險(xiǎn)管理、洪水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理、防洪決策風(fēng)險(xiǎn)管理等方面的內(nèi)容。
洪水預(yù)報(bào)不可能做到百分之百的準(zhǔn)確,準(zhǔn)確的預(yù)報(bào),會對水庫等水利工程的調(diào)度決策提供幫助,可能會減少損失;預(yù)報(bào)與實(shí)際不相符合,不僅不能對水庫等水利工程的調(diào)度決策提供幫助,而且會提供錯(cuò)誤的信息,可能會增大洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。
防洪工程建設(shè)質(zhì)量的好壞,直接關(guān)系到水庫、堤防等水利工程的調(diào)度決策,都可能產(chǎn)生潛在的風(fēng)險(xiǎn)。
防洪投資風(fēng)險(xiǎn)管理主要是通過對防洪投資效益進(jìn)行評估和跟蹤調(diào)查,確定防洪投資預(yù)算和投資方向是否正確,再根據(jù)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力確定合理的投資預(yù)算和投資方向,避免投資的浪費(fèi)和積壓。
洪泛平原風(fēng)險(xiǎn)管理主要針對在正常時(shí)為干燥地域而當(dāng)發(fā)生某種頻率洪水(美國定為1%洪水)時(shí)可能淹沒的區(qū)域內(nèi)的土地進(jìn)行管理。包括域內(nèi)土地開發(fā)利用方式的管理;城市防洪減災(zāi)設(shè)施的管理;建筑物結(jié)構(gòu)及耐水標(biāo)準(zhǔn)的管理;洪水預(yù)、警報(bào)系統(tǒng)及防洪救災(zāi)體制的建立和管理;居民避難系統(tǒng)的建立;洪水保險(xiǎn)制度的建立;災(zāi)后重建的社會、國家補(bǔ)償制度等。
洪水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理包括對各類防洪工程建設(shè)對流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境質(zhì)量的影響進(jìn)行評估;制定改善環(huán)境、生態(tài)保護(hù)的補(bǔ)償計(jì)劃并逐步實(shí)施;對洪水災(zāi)害發(fā)生后產(chǎn)生的環(huán)境和生態(tài)影響進(jìn)行調(diào)查和評估等。
防洪決策風(fēng)險(xiǎn)管理,主要針對上述各項(xiàng)管理過程中的決策進(jìn)行管理,避免由于決策失誤造成的不良影響和失誤,包括決策科學(xué)化、制度化。如建立輔助決策信息管理系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng),以及建立和完善相關(guān)的法規(guī)體制等。
4.實(shí)例
洪水風(fēng)險(xiǎn)圖是標(biāo)示某一區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生的洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性大小的地圖,是進(jìn)行區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)。中國水利水電科學(xué)研究院從1984年以來已先后完成了永定河泛區(qū)、小清河分洪區(qū)、遼河中下游地區(qū)、黃河北金堤滯洪區(qū)、東平湖分洪區(qū)、淮河蒙洼分洪區(qū)、珠江的西江流域、黃河下游山東段等地區(qū)的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖以及沈陽市、深圳市、廣州市、上海市、天津市、哈爾濱等城市的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖。
實(shí)例:黃河下游堤防保護(hù)范圍的研究
1)洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)的確定。歷史上,黃河山東段曾多次泛濫,但由于兩岸地貌發(fā)生較大變化,新建許多大型水利工程及道路,目前依然很難確定黃河堤防的保護(hù)范圍及保護(hù)范圍內(nèi)的洪水風(fēng)險(xiǎn)。而山東省黃河河道狹窄,設(shè)計(jì)行洪能力只有10000m3/s, 近年來河道淤積日益嚴(yán)重,1995年下游河床淤高16cm,而黃河大堤多年未曾加高,兩岸的安全標(biāo)準(zhǔn)日益降低。加之,下游河道容易發(fā)生冰塞,建國以來已有兩次形成冰凌災(zāi)害,是屬于洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)間。
從地貌來看,黃河河床居高臨下,下游段成為海河、淮河兩流域的分水嶺。洪水成災(zāi)范圍極大,但究其準(zhǔn)確,則眾說不一。黃河下游兩岸為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),人口財(cái)產(chǎn)密集,鐵路、公路縱橫,堤防一旦潰決,后果將十分嚴(yán)重。北決可犯華北平原,威脅海河流域,南決可危及淮河流域,且有京蒲、京九、隴海鐵路大動脈、勝利油田等重要設(shè)施及眾多的城市。因此需要正確地確定黃河下游堤防的保護(hù)范圍,進(jìn)一步根據(jù)該范圍內(nèi)人口及財(cái)產(chǎn)分布,計(jì)算堤防的防洪效益。
2)洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析。本研究采用無結(jié)構(gòu)不規(guī)則網(wǎng)格對計(jì)算域進(jìn)行剖分,使網(wǎng)格的大小隨地形地勢和阻水建筑物的分布靈活確定,而且盡可能地將這些阻水建筑物作為網(wǎng)格的邊界,充分反映計(jì)算域的特征。在計(jì)算方法上,在網(wǎng)格形心處計(jì)算水位,在網(wǎng)格邊界(即通道)上計(jì)算流量。將網(wǎng)格按地形劃分為灘地型、河道型;將通道按構(gòu)成成分劃分為灘地型、河道型、連續(xù)堤、有缺口堤、特殊型等。
以水位和流量為主要控制變量的二維非恒定流的基本方程如下:
水流連續(xù)方程:
式中:H—水深;Z—水位;q—源匯項(xiàng),本模型中代表有效降雨強(qiáng)度,不計(jì)降雨情況下q=0;M—x方向的垂向平均單寬流量;N—y方向的垂向平均單寬流量;u—垂向平均流速在x方向的分量;v—垂向平均流速在y方向的分量;n—曼寧糙率系數(shù);g—重力加速度;t—時(shí)間。
Z=H+B (4)
u=M/H (5)
v=N/H (6)
其中:B 為地面高程。
上述兩個(gè)動量方程中,第一項(xiàng)為加速度項(xiàng),第二、三項(xiàng)為對流項(xiàng),第四項(xiàng)為重力項(xiàng),第五項(xiàng)為阻力項(xiàng)。
本模型上起陶城埠,下至河口清1斷面,共有2286個(gè)網(wǎng)格,根據(jù)不同的堤防決口位置,共計(jì)算了十個(gè)方案[圖3]。綜合十個(gè)方案的淹沒范圍,勾繪出整個(gè)淹沒范圍的包絡(luò)圖[圖4],該圖就可以代表整個(gè)黃河下游堤防的保護(hù)范圍。計(jì)算結(jié)果表明:黃河北岸決口時(shí),洪水主要沿徒駭河兩岸漫流入海,洪水波及至馬頰河的南岸,淹沒面積為10870km2。黃河南岸決口時(shí),洪水主要沿小清河兩岸漫流入海,淹沒面積為5950km2。
得到黃河下游山東段堤防保護(hù)范圍內(nèi)的最大可能水深分布圖后,結(jié)合保護(hù)范圍內(nèi)的人口和資產(chǎn)分布狀況,對各種分類資產(chǎn)損失(如農(nóng)作物損失、林業(yè)損失、水產(chǎn)業(yè)損失、畜牧業(yè)損失、居民財(cái)產(chǎn)損失、企事業(yè)財(cái)產(chǎn)損失等)進(jìn)行估算,再對各種分類資產(chǎn)損失求和后,可得到堤防潰決后的直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失,堤防的總的減少洪災(zāi)損失的價(jià)值即為堤防的防洪效益。
5.結(jié)語
洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理是一項(xiàng)綜合的、持續(xù)的管理過程,這就決定了它必將是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。在我國,對洪澇災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理還處于起步探索階段,相信隨著對洪澇災(zāi)害認(rèn)識的逐步深入,必將能夠認(rèn)識到洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理的重要性,相信在這種思想的指導(dǎo)下,人類既能較少的受洪澇災(zāi)害之苦,又能免于受水資源匱乏之苦的日子將不遙遠(yuǎn),人類與水和諧相處的目標(biāo)必能實(shí)現(xiàn)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]劉樹坤等著,全民防洪減災(zāi)手冊,沈陽:遼寧人民出版社,1993
[2]楊梅英主編,風(fēng)險(xiǎn)管理與保險(xiǎn)管理,北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999
[3]駱承政、樂嘉祥,中國大洪水-災(zāi)害性洪水述要,北京:中國書店,1999
[4]劉樹坤,國外防洪減災(zāi)發(fā)展趨勢分析,北京:水利水電科技進(jìn)展,2000年第1期
[5]李娜等,黃河下游山東段堤防保護(hù)范圍的研究,陜西:災(zāi)害學(xué),2001年第1期