区域洪涝灾害风险评价研究进展_程先富

第38卷1期2015年1月安徽师范大学学报（自然科学版）Journal of Anhui Normal University （Natural Science ）Vol．38No．1Jan ．2015

DOI ：10．14182/J．cnki．1001－2443．2015．01．016

区域洪涝灾害风险评价研究进展

1，21，21程先富，戴梦琴，郝丹丹

（1．安徽师范大学国土资源与旅游学院，安徽芜湖241003；2．安徽自然灾害过程与防控研究省级实验室，安徽芜湖241003）

要：洪涝灾害风险研究是当前灾害科学研究的热点．本文对洪涝灾害风险的概念进行了界定，

从危险性分析、脆弱性分析和灾害损失评估等方面总结了区域洪涝灾害风险评价的内容；从灾情数摘

据判断的区域风险评价、水文水力学模型的洪水仿真模拟、地理空间信息技术、指标体系、情景驱动

以及数学等方面梳理了洪涝灾害风险评价的方法．指出了未来区域洪涝灾害风险评价的发展态势

和方向．

关键词：洪涝灾害；脆弱性；风险评价

中图分类号：X43文献标志码：A 文章编号：1001－2443（2015）01－0074－06

自然灾害是自然环境与人类社会经济系统相互作用的产物，它伴随着人类的产生而产生．近年来，随着全球气候变化和人类活动强度的加大，洪涝灾害事件具有显著增强的趋势．在自然灾害中，洪涝灾害发生的次数较多，发生的范围较大，危害面较广，造成的损失巨大．因此，关于洪涝灾害风险的研究受到许多学者的广泛关注，并成为灾害科学研究的前沿课题．洪涝灾害风险评价是灾害科学和经济建设需要的必然结果，也是灾害风险管理的一个重要环节和组成部分．

1风险与洪涝灾害风险的概念

风险是对不确定性结果的一种定量描述，通常被定义为不利事件发生的可能性及可能造成的损失，一般用风险值或风险度表示．风险具有客观性、普遍性、突发性、潜在性、不确定性、时间性、空间性、变异性等特

［1］［2］征．不同学者从不同角度定义风险，如Smith 定义为风险是某一灾害发生的概率；Maskrey 定义为风险是

［3］某一自然灾害发生后所造成的总损失；Downing 定义为风险是在一定时间和区域内某一致灾因子可能导致

［4］［5］的损失；Carreno 定义为风险是物质破坏与影响因子的乘积；Crichton 定义为风险是损失的概率，取决于3

［6］［7］个因素：致灾因子、脆弱性和暴露性．联合国提出的自然灾害风险是危险性与易损性的乘积．黄崇福定

义为风险是与某种不利事件有关的一种未来情景．

［8－11］，洪涝灾害风险目前还没有统一的定义，不同研究者从不同角度对洪涝灾害风险有不同的理解常

淹没见的有：①洪涝灾害风险是指人员伤亡数或其所占人口的比例；②洪涝灾害风险是指洪水发生的频次、

的范围及淹没的深度；③洪涝灾害风险是指洪涝灾害产生的直接和间接经济损失；④洪涝灾害风险是指洪涝灾害可能发生的概率和灾害损失的期望值．多数学者认为洪涝灾害风险是不同强度洪水发生的概率及其可

［12－15］．从系统论的观点看，能造成的损失洪涝灾害风险是由洪涝灾害危险性、敏感性和易损性等三因子构成

［16］的．近年来，张继权提出洪涝灾害风险是由危险性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力等四因子构成的．基于

上述认识，笔者认为洪涝灾害风险是一定区域未来一定时间段内洪水的活动（发生、发展）及其对社会经济和自然环境系统可能发生的概率和产生的灾害损失．

2区域洪涝灾害风险评价的内容

目前区域洪涝灾害风险评价还没有一套公认的评价范式和方法体系．结合已有的国内外洪涝灾害风险收稿日期：2014－07－06

基金项目：国家自然科学基金（41271516）．

作者简介：程先富（1967－），男，安徽合肥人，教授，博士，主要从事环境演变与自然灾害风险评价研究．

2015，38（1）：74－79．引用格式：程先富，戴梦琴，郝丹丹．区域洪涝灾害风险评价研究进展［J ］．安徽师范大学学报：自然科学版，

评价的研究成果，区域洪涝灾害风险评价应包括四个方面的内容：风险识别、危险性分析、脆弱性分析和洪涝

［17－19］．灾害损失评估

2．1洪涝灾害风险的识别

洪涝灾害风险识别是找出影响洪涝灾害风险的主要因素，并对其后果进行定性的估计与描述．这是洪涝灾害风险分析的基础．洪涝灾害风险识别由洪涝灾害风险因子的识别和洪涝灾害后果的分析两部分组成．洪涝灾害风险因子的识别是通过分析洪涝灾害形成的机理，找出定量或定性描述影响洪涝灾害过程的各种不确定因素（洪涝灾害风险因子）．洪涝灾害风险识别过程包括感知风险、识别风险和描述风险三个环节．洪涝灾害风险识别的内容包括识别洪涝灾害发生的风险区、主要的危险因子以及洪涝灾害的严重程度，识别危险因子活动的强度和频次以及时空分布等．通过风险识别，了解洪涝灾害面临的各种风险和致损因素，便于衡量风险的大小和最佳的风险处理方案．洪涝灾害风险识别的方法有问卷调查法（如设置问卷表格）、数理法（如概率密度函数）、专家法（如Delphi 法）和暮景分析法等．

2．2洪涝灾害危险性分析

区域洪涝灾害危险性分析就是根据洪涝灾害致灾机理，对影响洪涝灾害风险的各个因子进行分析，计算

［20］出洪涝灾害风险指数大小．Ｒhoads等通过分析地貌的空间变化和相应的河床演变对美国亚利桑那州斯科

茨代尔市北部地区洪水危险性进行评价．黄诗峰等利用河网密度对辽河流域进行洪水危险性分析．Ernst ［22］［23］等基于高分辨率的地形和土地利用数据，利用二维水力学模型对小流域洪水风险进行评价；Masood 等

［24］［25］通过DEM 和一维水动力学模型对达卡中东部地区洪水危险性进行评价；程晓陶、胡四一等改进二维

［26］取得了很好的结果；Werritty 应用200多年的历史洪灾数据评价非恒定流数值模型对洪水演进进行模拟，［21］

英国泰河洪灾风险．Khan 等利用历史洪峰流量数据对印度河洪灾风险进行评价；黄崇福等依据历史灾

［29］应用信息扩散理论对灾害危险性进行分析；Dewan 等选取洪灾频率、洪水深度、高程、土地利用类情资料，

［30］型、地貌单元、排水管网等指标对达卡市洪水危险性进行评价．潘安定等选取洪灾频次、地形、河网、降水

量以及暴雨日数5个主要因子，评价了广州市洪灾危险性．总体看来，区域洪涝灾害危险性分析的方法主要［27］［28］有地貌学、水文水动力学、历史洪水调查和指标体系等方法．

2．3洪涝灾害脆弱性分析

洪涝灾害脆弱性分析即分析洪涝灾害对承灾体可能受到损害的程度，是进行洪涝灾害损失评估和风险评估的重要环节．影响各类承灾体脆弱性的因素除了致灾洪水特性、承灾体密度和承灾体抗洪能力以外，灾区的自然环境和社会环境也是影响承灾体脆弱性大小的重要因素．洪涝灾害脆弱性分析就是研究洪水强度

环境学和社会学的一个热点和难点．国际上在洪涝与损失的关系．目前关于脆弱性的分析和评价是灾害学、

［31－35］：灾害脆弱性评估方面研究取得了很多成果，形成了相对成熟的脆弱性评价理论模型，主要有5种模型

Hazard Model ）、and-ＲeleaseModel ）、风险灾害模型（Ｒisk-压力释放模型（Pressure-政治经济模型（Political-

economy Model ）、脆弱性地方模型（Vulnerability of Place Model ）和恢复力模型（ＲesilienceModel ）．脆弱性评估的方法主要有3种：基于历史灾情数据的脆弱性评价、基于指标体系的脆弱性评价和基于脆弱性曲线的脆弱性评价．

通过历史灾情数据进行脆弱性评价，这种方法较为片面，主要是对于灾害造成人员伤亡以及经济损失考虑不够，因此这种方法研究较少．基于指标体系的脆弱性评价，该方法简单，操作简单，目前和GIS 技术相结合被广泛应用．但所选取的指标因人而异，很少考虑指标间的潜在关系，定量分析不足，并且权重的确定主观性较强，最终结果缺乏验证，评价结果缺乏可信度．基于脆弱性曲线的脆弱性评价主要是通过实地调查、问卷调查、利用已有数据库和价值调查等方法，建立灾损曲线，定量评估各承灾体受洪涝灾害影响损失程度的关系．灾损曲线为脆弱性评价提供了新的思路．

2．4洪涝灾害损失评估

［36］洪涝灾害损失程度由洪涝灾害致灾因子强度、承灾体密度和承灾体脆弱性综合决定的．Sujit 等提出

［37］淹没范围和洪水持续时间等三个方面，通过了一种新的水深－损失曲线计算方法．Baro Suarez 等从水深、

访问调查建立水深－损失曲线．Vrisou 等通过征询的方式近似确定资产的损失系数与淹没水深的函数关

［39］［40］系．程先富等建立了格网数据的洪涝灾害损失评估模型．葛小平等基于DEM 和GIS 进行洪涝淹没特

性分析，并结合社会经济和各类资产的损失率，建立洪涝灾害评估模型．［38］

总之，洪涝灾害损失评估一般流程为：①圈定承灾体所处的空间位置；②应用GIS 空间分析技术或水动力学模型计算洪水的强度．其中对于小流域可应用水文水动力学模型模拟洪水演进，计算洪水淹没范围、深

DEM 数据和水文站点的实测数据计算洪水淹没范度、历时等；对于流域（区域）则可应用GIS 空间分析技术、

深度等，③厘定各类资产（农业、林业、牧业、渔业、交通、工矿企业等）的损失率；④构建洪涝灾害损失评围、

进行洪涝灾害风险区划．估模型；⑤估算洪涝灾害的损失值；⑥计算超越概率，

3区域洪涝灾害风险评价方法

［41－43］区域洪涝灾害风险评价方法主要有基于灾情数据判断的区域风险评价、基于水动力学模型的洪水

数值模拟、基于地理信息技术的风险评价、基于指标的区域风险评价、基于情景分析的风险评价以及洪涝灾害风险评价的数学方法．

3．1基于灾情数据判断的区域风险评价

根据洪涝灾害产生的后果，基于灾情统计数据进行灾后风险评估．洪涝灾害风险评价中常用的概率分布有：泊松分布、均匀分布、正态分布、对数正态分布、指数分布等；常用的统计方法有：极大似然估计、区间估计经验贝叶斯估计、直方图估计、核扩散估计等．该方法对于历史数据的依赖性强，往往出现数据序列时间较短，使得评价结果产生较大偏差，或干脆出现完全缺失样本的情况，使风险评价陷入窘境．

3．2基于水动力学模型的洪水数值模拟

基于水动力学模型模拟洪水数值，分析和研究洪水运动情况，推求水深、范围、历时等水情要素．其一般过程：①对各类统计数据、观测数据等进行格网化，建立格网系统和格网代码；②根据区域实际情况，建立一维、二维洪水演进的水动力学模型；③应用GIS 技术结合水动力学模型，模拟洪水演进；④计算洪水淹没范围、深度等，⑤厘定各类资产的损失率，估算洪水损失；⑥建立损失－概率曲线，评价风险，编制洪水风险图．该方法能够较好地揭示洪水的时空变化特征，获得洪水演进的情景，便于三维制作和动态显示，可视化效果好．主要缺点是动力学模型复杂，模型中涉及的参数较多，有的还是经验参数．国外的模型由于参数过多，在国内难以实现，同时时空的离散尺度对模型结果影响较大，在大型湖泊流域上应用的效果不佳．

3．3基于地理信息技术的风险评价

ＲS与GIS 地理信息技术如地理信息系统（GIS ）和遥感（ＲS）在区域洪涝灾害评价方面显示出巨大潜力，

的集成为地理空间尺度上的洪涝灾害定量分析提供了新的机会，为具有时空尺度的洪涝灾害风险研究提供

GIS 的空间分析功能在洪涝灾害风险评价方面显示出较大优势，技术支持．与传统方法相比，一般分为定量

的和定性/半定量的．第一种采用水力学信息和地形模型推导出洪涝灾害的超越概率，然后把计算结果与土地或财产信息整合得出洪涝灾害损失函数．第二种采用仪器测量数据、卫星数据结合地面高程模型推导出洪

但它需要利用高分辨率的DEM 数据，定性或半水的淹没范围和深度．这种定量的方法能够提供更好的结果，

定量的方法在地理信息系统中比较容易实现，允许数据的缺失．但是应用GIS 方法也存在一些指标难以精确地拓展到空间、制图的精度以及不确定性等问题．

3．4基于指标的区域风险评价

降雨量多、降雨强度大和降水变率大是产生洪涝灾害的根本原因．除此之外，洪涝灾害的发生还与区域的地形、植被覆盖状况、地质、土壤等自然因素及与人口、财产、土地利用方式、社会经济状况等人文因素有关．因此，在选择风险评价指标时必须对区域的自然和人文因素进行综合分析．国内外学者主要从气象、水文水力、社会经济、土地利用等方面构建洪涝灾害风险评价的指标体系．基于指标的区域风险评价方法简单，易于操作，数据获取容易，目前被广泛地应用．但是评价指标体系不统一，指标间的潜在关系需深入进行研究，需要定量分析各指标对洪涝灾害风险的影响程度．指标所赋予的权重具有较大的主观性和片面性，缺乏科学有效的方法，评价结果的有效性很少被验证．

3．5基于情景分析的风险评价

不同情景的风险是指一定的组合情景下（如空间范围、时间跨度、灾害强度、承灾体类型、财产分布等）灾害可能产生的损失和发生概率．洪涝灾害风险是洪涝灾害情景、概率和损失的函数，也可以是不同情景的

承灾体的时空复合情景构建．该方法的优点超越概率曲线．基于情景分析的风险评价法的基础是致灾因子、

GIS 以及仿真建模相结合，是易于实现空间网格化分析，大大提高了风险评估结果的空间精度，若和ＲS、可

以动态评估洪涝灾害的风险和可视化表达．但该方法对于数据的时间尺度、精度要求高，计算过程复杂，不确定性较大．

3．6洪涝灾害风险评价的数学方法

［44－48］国内外学者评价洪涝灾害风险常用的数学方法有：概率和统计方法、灾害风险评价指数法和综合

降水频数分布和幂次定律分布等．灾害风评价方法．概率和统计方法中常见的统计模式有降水极值的估算、

险评价指数法是将危险性、暴露性、脆弱性和防灾减灾能力四种指数组合在一起，得到的综合指数．综合评价方法包括层次分析法、模糊综合评价法、灰色关联度分析法、神经网络法、主成分分析法、加权综合评价法（遗传算法、投影寻踪方法）等．其中层次分析法是一种定量和定性相结合的方法，简便而灵活，对问题本质分析得较透彻，颇具实用性．但其主观性较强．模糊综合评价法是采用模糊数学的方法进行综合评价，克服了从多方面对事物进行评价难免带有模糊性和主观性的缺点，使评价结果尽量客观从而取得更好的实际效果，目前应用较为广泛．总之，各种数学方法各有其优缺点，应根据资料收集情况和个人的知识水平合理选择．

综上所述，基于灾情数据判断的区域风险评价和指标的区域评价方法在数据获取比较容易，成本较低，且易于操作，在实际中得到了很好地应用．但对洪涝灾害的致灾过程分析不够完善，无法模拟灾害的不确定性与动态性，导致风险估值不准．需从气候学、土壤学、水文学的观点出发，综合考虑区域的降雨、地形、土壤、植被、水文等要素的内部联系和演化过程，对洪涝灾害风险进行综合评估．国外的水文水力学模型因所需的参数过多和空间数据离散的要求，在国内尚难以实现．迫切需要建立参数少、能较好模拟水文要素空间变异性的分布式模型．文中列举的方法各有优点和不足，实际评价时应根据需要选用，可选择一种方法或几种方

基于地理信息技术的风险评价方法将会得到广泛应用．基于地法综合使用．随着空间信息技术的迅猛发展，

理信息技术、情景分析技术和信息扩散理论动态评价洪涝灾害风险是当前灾害风险研究的热点．

4．1区域洪涝灾害风险评价研究展望建立完善的风险评价理论和方法体系

国内外对于洪涝灾害风险分析与评价理论做了大量的研究，但鉴于洪涝灾害系统的高度复杂性，区域洪涝灾害风险评价的理论和方法还不够完善．首先，关于风险及洪涝灾害风险评价的定义和内容尚未得到统

不同的学者从不同的角度出发对其有不同的理解，明确并统一洪涝灾害风险评价的概念和内涵，在此基一，

础上才能更好地进行洪涝灾害风险评价研究．其次，关于指标的选取尚无统一的标准，评价指标的选取直接影响洪涝灾害风险评价的科学性及结果的精确性，如何科学合理地选取指标尚需要进一步探讨．

4．2加强洪涝灾害脆弱性研究

目前对洪涝灾害危险性的研究较为深入，对洪涝灾害脆弱性的研究相对薄弱，需加深对洪涝灾害脆弱性内在形成机制、变化规律、影响因素等研究．考虑到数据的可获得性，在洪涝灾害脆弱性评价时选用的经济指标通常是按行政单元统计的，无法体现行政单元内部脆弱性的空间差异，进而影响洪涝灾害脆弱性评价的精确程度．科学合理地将社会经济数据空间化，建立基于GIS 空间格网数据的洪涝灾害脆弱性评价模型是当务之急．运用损失率进行洪涝灾害脆弱性评价已成为新的研究思路和方向．国内对于不同土地利用类型的脆弱性曲线研究较少，且侧重于农业损失评估，工业、商业损失评估的研究较少．对于灾损曲线的研究大多仅考虑水深一个因素，水速和洪水淹没时间的灾损（率）曲线研究欠缺，同时污染也是一个值得关注的因素．

4．3由数理统计的定性与半定量分析向高精度数值模拟发展

灾害风险研究已经从关注数理统计的定性与半定量分析，开始向高精度数值动态模拟发展．遥感卫星影像对监测洪涝灾害是非常有益的．GIS 由于其强大的空间分析能力，在解决有关空间问题方面有显著优势，而高分辨率的遥感数据为洪涝灾害信息的提取提供帮助．基于地理信息技术的洪涝灾害风险和脆弱性分析能帮助识别人类与灾害的相互作用．ＲS和GIS 集成可以支持洪水图的绘制和洪水监控、灾损评估和风险评估．利用GIS 空间分析方法将社会经济数据由点到面进行空间拓展并与自然属性数据相匹配，能够较好地反

建立基于GIS 空间格网数据的洪涝灾害风险评估模型可以映行政单元内部洪涝灾害风险的空间差异．因此，

很好地揭示洪涝灾害风险的空间分布特征，提高评估的精度．

4．4实现由静态评价向动态评价发展

目前，洪涝灾害风险研究主要是揭示风险的空间变化特征，多是对某研究区某一年的洪涝灾害风险进行

评价．将同一研究区不同时期风险评价结果对比，进行风险演变的分析较少．风险演变分析能够揭示风险在时间尺度上的变化特征和趋势．洪涝灾害系统是一个动态的系统，随着时间的演进，构成洪涝灾害系统的致灾因子、孕灾环境及承灾体会不断地发生变化，风险大小也会随之发生变化．因此利用当前数据对未来风险

情景分析技术得到快速发展，情景分析技术就是通过对预测对象未来可能出进行预测是不准确的．近年来，

现的情景作出合理的设定，采用定性与定量相结合的分析方法，较为清晰全面地描述未来可能出现的情况或引起的后果．采用情景分析技术，拟定不同的情景，构建洪涝灾害风险评价模型，可以对未来不同情景下洪涝

实现洪涝灾害风险动态评价．同时，随着3S 技术的发展和成熟，利用遥感监测技术获取灾害风险进行评价，

大量信息，实时动态监测区域洪灾系统的各项指标数据，计算洪灾系统脆弱性的实时动态变化值．

4．5运用多种组合的数学方法

在前面论述的数学方法如模糊数学理论方法、灰色系统方法、遗传算法、神经网络方法、投影寻踪方法等

如层被很好地应用到洪涝灾害风险评价中．应用多种组合的数学方法是今后洪涝灾害风险评估的发展趋势，

次分析法与熵权法、云模型的组合；模糊数学方法与神经网络法的组合；遗传算法、元胞自动机与神经网络法

GIS 格网数据、空间分析技术和数学方法的结合，可以进行各种图层的的组合等．随着GIS 技术的日益成熟，

能更好地揭示洪涝灾害风险的空间分布特征，预测洪涝灾害风险的发展趋势．叠加分析，

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ＲesearchProgress on ＲegionalFlood ＲiskAssessment

22CHENG Xian-fu 1，，DAI Meng-qin 1，，HAO Dan-dan 1

（1．College of Territorial Ｒesourcesand Tourism ，Anhui Normal University ，Wuhu 241003，China ；2．Anhui Key Laboratory of Natural Disaster Precess and Prevention ，Wuhu 241003，China ）

Abstract ：Flood risk research is the hotspot of disaster science．The concept of flood risk is defined in this paper．Content of regional flood risk assessment are summarized from risk analysis ，vulnerability analysis and disaster losses ；Probability statistics from the historical disaster data ，hydrologic and hydraulic models and flood simulation ，geo-spatial information technology ，the index system ，scenarios drivers as well as mathematical aspects of flood risk assessment methods are overviewed．The development trend and directions of regional flood risk assement in the future are pointed out．

Key words ：flood disaster ；vulnerability ；risk assessment