程衛(wèi)帥，陳 進，劉 丹

（1.長江科學(xué)院水資源綜合利用研究所，武漢 430010；2.長江科學(xué)院院長辦公室，武漢 430010）

洪災(zāi)風(fēng)險評估方法研究綜述

程衛(wèi)帥1，陳 進2，劉 丹1

（1.長江科學(xué)院水資源綜合利用研究所，武漢 430010；2.長江科學(xué)院院長辦公室，武漢 430010）

將洪災(zāi)風(fēng)險評估方法分為指標(biāo)體系評估法、歷史水災(zāi)法和模擬評估方法3類并分別進行評述。分析認為：由于指標(biāo)體系法的模型和參數(shù)準(zhǔn)確與否均難以驗證，一般只用于較粗略的評估；歷史水災(zāi)法往往需要通過模擬分析進行修正，難以獨立地進行洪災(zāi)風(fēng)險評估，在數(shù)據(jù)方面也面臨許多困難；模擬評估方法應(yīng)充分考慮上下游的水力聯(lián)系，從而應(yīng)以流域為基本的評估單元；模擬評估法基于明確的物理機理，具有許多重要優(yōu)點，其關(guān)鍵制約因素主要是數(shù)據(jù)可獲得性與計算復(fù)雜性，近年來已經(jīng)取得一些進展。如何在數(shù)據(jù)可獲得性、計算復(fù)雜性和評估精度之間取得平衡以及如何對評估結(jié)果進行實證分析是當(dāng)前亟待解決的問題，這可能是未來研究的2個重要方向。

洪災(zāi)風(fēng)險；風(fēng)險評估；綜述；數(shù)據(jù)可獲得性；計算復(fù)雜性；精度

洪災(zāi)風(fēng)險管理分別以風(fēng)險分析和風(fēng)險評估為其科學(xué)和技術(shù)的基礎(chǔ)。風(fēng)險分析重點在科學(xué)理論方面，洪災(zāi)風(fēng)險評估則是風(fēng)險分析在洪水災(zāi)害研究中的應(yīng)用，重點在具體模型方面，屬于技術(shù)層面的內(nèi)容［1］。洪災(zāi)風(fēng)險評估研究早在20世紀(jì)50年代就已經(jīng)開始［2］，迄今已有50余年的歷史。近年來隨著信息技術(shù)的興起和發(fā)展，洪災(zāi)風(fēng)險評估方法的研究進展迅速。2004年國家防辦組織完成了《洪水風(fēng)險圖編制導(dǎo)則（試行）》，這標(biāo)志著洪災(zāi)風(fēng)險評估開始進入大規(guī)模的實踐應(yīng)用層面。在實際應(yīng)用中，影響洪災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃質(zhì)量的主要原因不是繪圖技術(shù)，而是估計不準(zhǔn)的風(fēng)險值［1］，因此，有必要對現(xiàn)有的洪災(zāi)風(fēng)險評估方法進行全面的綜述?？v觀近年來的文獻，一個很直觀的印象是洪災(zāi)風(fēng)險評估與遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）等信息技術(shù)之間的聯(lián)系非常緊密，在此基礎(chǔ)上，所采用的具體技術(shù)方法又比較明顯地分為3類，即指標(biāo)體系評估法、歷史水災(zāi)法和模擬評估方法。本文將從這3個方面對洪災(zāi)風(fēng)險評估方法的研究進展進行綜述，其中前兩者在文獻［3，4］中涉及較多，故本文的重點是模擬評估方法的進展。

1 指標(biāo)體系評估法

影響區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險的因素眾多，包括氣象、水文、地貌等自然因素以及土地利用、人口分布、產(chǎn)業(yè)布局、防洪減災(zāi)措施等社會因素，很自然地，人們會想到采用其中某些重要指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)體系，通過綜合評價方法對區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險進行評估，我們稱這種方法為指標(biāo)體系評估法。

在較早時期，有些文獻單獨采用降雨量為指標(biāo)參數(shù)以評價區(qū)域洪災(zāi)的危險性［5］，并且在許多國家都有應(yīng)用，如美國、澳大利亞、印度、韓國、埃塞俄比亞等［3］。這種簡單的指標(biāo)方法有其地學(xué)和社會學(xué)依據(jù)，但實際上高估了災(zāi)害對人類行為的影響，而且沒有考慮過境洪水因素。

地貌形態(tài)對區(qū)域洪災(zāi)特別是山洪災(zāi)害也具有顯著的影響。洪泛區(qū)地貌通常保有豐富的歷史洪水信息，因此地貌特征可用于預(yù)測和評估洪災(zāi)危險性，其空間分布可在一定程度上反映洪災(zāi)危險性的空間分布［6，7］。一般而言，僅僅依靠地貌特征得出的洪災(zāi)危險性信息不全面，目前較多采用的是氣象和地貌參數(shù)綜合法。氣象和地貌特征的綜合理論上可反映洪水的主要自然屬性，適用于洪災(zāi)危險性評估，但在指標(biāo)及其權(quán)重選擇等方面困難很多。這種方法多用于大尺度區(qū)域洪水災(zāi)害危險性的宏觀評估與區(qū)劃［8］以及較小尺度的山洪災(zāi)害危險性評估［9］。

氣象與地貌特征參數(shù)通常不能直接地描述洪水災(zāi)害的特性，因此洪水淹沒次數(shù)、淹沒范圍、淹沒深度、淹沒歷時等洪水特性指標(biāo)也常用于洪災(zāi)危險性評估［10－12］，這些指標(biāo)的獲取一般是通過RS技術(shù)來完成的。作為空間數(shù)據(jù)獲取重要手段的RS技術(shù)還可以用于不同類型承災(zāi)體的提取、洪災(zāi)易損體的調(diào)查等易損性指標(biāo)［13，14］，在此基礎(chǔ)上結(jié)合權(quán)重估計可完成區(qū)域洪災(zāi)的易損性評估［15］，再通過危險度和易損度的疊加可完成區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險的綜合評估［16，17］。GIS作為空間數(shù)據(jù)采集、管理、處理、分析、建模和顯示的技術(shù)系統(tǒng)，為區(qū)域洪災(zāi)危險性、易損性以及綜合風(fēng)險的評估和區(qū)劃提供了重要的技術(shù)平臺。

指標(biāo)體系評估法比較全面而且相對簡單，既可用于洪災(zāi)風(fēng)險的綜合評估，也可用于單獨評估洪災(zāi)危險性和易損性。但指標(biāo)體系法在指標(biāo)及其權(quán)重選擇方面具有主觀性，參數(shù)率定較困難，難以適當(dāng)?shù)胤从橙祟惙篮榈呐?，盡管有些文獻考慮了工程防洪標(biāo)準(zhǔn)，但權(quán)重如何選擇才能恰當(dāng)?shù)乇磉_各類防洪措施的作用仍然是一個嚴(yán)重問題。由于指標(biāo)體系法的評估模型和參數(shù)的準(zhǔn)確與否均難以通過實踐進行檢驗，其評價結(jié)果也就相對粗略而較難實證，一般只用于對大尺度區(qū)域進行初步的洪災(zāi)風(fēng)險評估與區(qū)劃，對于精度要求較高的區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險評估而言，通常不宜采用此法。

2 歷史水災(zāi)法

洪水災(zāi)害具有比較顯著的區(qū)域自然特征和重現(xiàn)規(guī)律，對某一特定區(qū)域歷史上曾經(jīng)發(fā)過的典型洪水災(zāi)害進行研究分析，所得規(guī)律可以用于預(yù)測該區(qū)域現(xiàn)在和未來的洪災(zāi)風(fēng)險，這就是歷史水災(zāi)法。歷史水災(zāi)法通常用于因洪致澇等水災(zāi)成因比較復(fù)雜的區(qū)域的洪災(zāi)風(fēng)險評估，具有客觀、簡便和實用等特點。歷史水災(zāi)法實際上也可視為一種采用歷史洪水信息作為評價指標(biāo)體系的特殊指標(biāo)體系評估方法。

歷史水災(zāi)法通過提取區(qū)域歷史洪水風(fēng)險信息（如一定頻率的淹沒范圍、淹沒水深），直接進行洪災(zāi)危險性區(qū)劃。但由于歷史防洪形勢與當(dāng)前防洪形勢通常存在一定差異，因此所得結(jié)果常常需要修正，通過水文學(xué)和水力學(xué)模擬分析進行完善。該方法應(yīng)用范圍廣，是我國《洪水風(fēng)險圖編制導(dǎo)則（試行）》推薦的洪水風(fēng)險評估方法之一，但由于需要通過模擬分析進行修正，實際上難以獨立地完成洪災(zāi)風(fēng)險評估。

另一種歷史水災(zāi)法又稱為歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)法，其基本考慮是，災(zāi)情本身即為洪水與承災(zāi)體相互作用的結(jié)果，因此無須考慮洪水特性、地理和社會經(jīng)濟背景，可直接用歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)預(yù)測現(xiàn)在和未來的區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險［1］。這種方法一般要求有大樣本歷史資料數(shù)據(jù)的支持，對于小樣本數(shù)據(jù)情況，則需要通過從水災(zāi)史料和古洪水調(diào)查［18，19］獲取更多的歷史災(zāi)害信息或采用軟計算［20］、信息擴散［1］等技術(shù)進行方法上的改進。這2類改進方法實際上也可以用于改進其他類型的洪災(zāi)風(fēng)險評估方法。歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)法的特色是直接“從災(zāi)害研究災(zāi)害”，思路清晰、計算簡單，但應(yīng)用范圍有較大限制。除數(shù)據(jù)獲取困難以外，按歷史行政分區(qū)統(tǒng)計的災(zāi)情數(shù)據(jù)通常也難以適應(yīng)更小尺度的、或行政區(qū)劃變動后的區(qū)域風(fēng)險評估的需要；而最關(guān)鍵的局限是數(shù)據(jù)統(tǒng)計的一致性難以保證；此外，數(shù)學(xué)方法的可靠性還有待進一步的驗證。

3 模擬評估方法

洪災(zāi)風(fēng)險模擬評估方法以水文學(xué)和水力學(xué)為其主要理論基礎(chǔ)，結(jié)合水利工程、巖土工程等相關(guān)學(xué)科，對洪水致災(zāi)過程的各個環(huán)節(jié)進行模擬，然后進行風(fēng)險評估。模擬評估法是洪災(zāi)風(fēng)險評估研究領(lǐng)域的一個主要方向，正在不斷發(fā)展之中?！逗樗L(fēng)險圖編制導(dǎo)則（試行）》推薦的水文學(xué)和水力學(xué)方法均屬于此類方法。

洪水災(zāi)害的直接成因是洪水脫離了防洪體系尤其是堤防體系的束縛，防洪體系是否破壞就成為洪水是否成災(zāi)的一個顯著性標(biāo)志。洪災(zāi)風(fēng)險評估的對象因此被明顯地分成3類，即洪水、防洪體系及淹沒區(qū)，模擬評估方法也因此包括洪水荷載模擬、防洪體系破壞模擬和淹沒區(qū)洪水演進與成災(zāi)模擬等3個方面的內(nèi)容，其中最核心的是防洪體系破壞模擬，而三者之間的相互關(guān)系則構(gòu)成了洪災(zāi)風(fēng)險率（即危險性）評估、洪災(zāi)損失評估以及洪災(zāi)易損性評估所依據(jù)的基本關(guān)系。這里，我們首先簡要綜述風(fēng)險率、損失和易損性評估的主要方法，然后評述幾個具有代表性的洪災(zāi)風(fēng)險模擬評估模型。

3.1 洪災(zāi)風(fēng)險率評估

洪災(zāi)風(fēng)險率評估是洪災(zāi)風(fēng)險評估中最重要也是最具難度的內(nèi)容，包括防洪體系和防洪建筑物（如堤段、大壩等）風(fēng)險率評估等2個層次。對一個流域或區(qū)域而言，洪災(zāi)風(fēng)險率評估不僅應(yīng)給出防洪體系的整體風(fēng)險率，還應(yīng)給出風(fēng)險率的空間分布，基本方法是在防洪建筑物風(fēng)險率評估的基礎(chǔ)上，考慮不同建筑物之間的相互作用關(guān)系，建立系統(tǒng)風(fēng)險率評估模型。其中，洪水荷載目前常用水文學(xué)方法（如Muskingum法）和一維水動力學(xué)模型進行模擬，淹沒區(qū)洪水演進則用二維或準(zhǔn)二維水動力學(xué)模型進行模擬。風(fēng)險率評估的主要技術(shù)手段是概率統(tǒng)計方法與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性理論，近年來引入的新方法也很多，如軟計算方法［20］、模糊集合論［21］、灰色系統(tǒng)理論［22］、最大熵原理［23］等等。新方法的引入拓展了風(fēng)險評估的研究領(lǐng)域，但問題的關(guān)鍵在于相對成熟的概率風(fēng)險評估結(jié)果尚難實證，尚難被工程界普遍接受，從目前的研究進展看，這些新方法能否對這一本質(zhì)問題的解決提供有力幫助尚有待觀察。

防洪建筑物風(fēng)險率評估是區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險率評估的基礎(chǔ)，相關(guān)研究已經(jīng)比較成熟，文獻很多，詳細進展可參看文獻［24］。

防洪體系風(fēng)險率評估研究在國內(nèi)是從一類簡化的模擬方法開始的，1993年肖煥雄等［25］針對江河防洪系統(tǒng)建立了一個基于洪水頻率與防洪標(biāo)準(zhǔn)的二元結(jié)構(gòu)評估模型，對超標(biāo)洪水風(fēng)險率進行研究；1995年黃志中等［26］研究了基于風(fēng)險的防洪規(guī)劃問題，這是國內(nèi)較早的從系統(tǒng)角度考察防洪體系風(fēng)險；2001年陳進等［27］在國內(nèi)率先提出應(yīng)采用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性理論對防洪工程體系風(fēng)險進行評估；2004年楊侃等［28］建立了基于風(fēng)險的防洪系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)度決策模型，給出防洪系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)度風(fēng)險的計算方法；2004年汪新宇等［29］采用復(fù)合泊松模型和可靠性分析方法分別計算防洪體系超標(biāo)洪水水文風(fēng)險率和工程結(jié)構(gòu)可靠度，將水文風(fēng)險和結(jié)構(gòu)風(fēng)險視為相容事件，應(yīng)用選擇概率計算綜合風(fēng)險率；2005年，程衛(wèi)帥等［30］借鑒結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性方法，考慮上下游的水力聯(lián)系，建立了防洪體系系統(tǒng)風(fēng)險評估模型，提出堤段聯(lián)合失事模式的識別方法，采用了分枝限界措施避免出現(xiàn)組合爆炸問題，同時考慮了堤段潰決對下游洪災(zāi)風(fēng)險的影響；2006年，吳澤寧等［31］應(yīng)用蒙特卡羅（Monte Carlo，MC）法模擬洪水過程，實現(xiàn)典型洪水過程選擇與洪水預(yù)報及調(diào)度滯時等不確定性因素影響的定量轉(zhuǎn)換，詳細研究了重要防洪水庫不同汛限水位下的黃河中下游防洪體系的洪水風(fēng)險；2006年，邢萬波［32］采用相關(guān)距離表征堤段間的洪水位和土性參數(shù)相關(guān)性，利用一個簡化的并集事件概率公式求解堤防系統(tǒng)風(fēng)險率，其中洪水位相關(guān)距離實際上部分地體現(xiàn)了上下游堤段之間水力聯(lián)系的強弱。

國內(nèi)應(yīng)用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性理論評估防洪體系風(fēng)險率的研究起步較晚［33］，在國外，早在1981年，美國的Tung和Mays［34］就研究了基于風(fēng)險的堤防系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃。該研究一經(jīng)發(fā)表，即因未充分重視上下游堤段之間的水力聯(lián)系而被Bogardi和Duckstein［35］批評。1995年，美國陸軍工程師團①USArmy Corps of Engineers.Floodplain management assessment of the upper Mississippi river and lower Missouri rivers and tributaries，1995.和美洲河流域防洪委員會［36］分別進行的2項研究都表明，堤防系統(tǒng)上下游之間緊密的水力聯(lián)系影響甚大，故洪災(zāi)風(fēng)險評估應(yīng)當(dāng)以完整的流域為對象，而不應(yīng)以某一城市或特定堤段為對象進行單獨評估。美國聯(lián)邦應(yīng)急事務(wù)管理署（FEMA）認同該結(jié)論，并在結(jié)束于2008年的“洪水風(fēng)險圖現(xiàn)代化”項目采用了基于流域的洪災(zāi)風(fēng)險評估方案［37］，實際上這可認為是洪災(zāi)風(fēng)險率評估研究領(lǐng)域中取得的最重要的進展之一。1999年，Olsen［38］基于上述結(jié)論，集中研究了非定常水流條件下堤防系統(tǒng)的風(fēng)險（率）模型，其重點在于研究一個或連續(xù)數(shù)個堤段失事后洪水位的改變對其他堤段失事概率以及系統(tǒng)失事概率的影響。此外，相關(guān)文獻尚多，例如Vrijling等［39］討論了如何采用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性方法對荷蘭的堤防圈進行概率設(shè)計；Voortman［40］在其博士論文中系統(tǒng)地研究了基于風(fēng)險的大尺度堤防系統(tǒng)的設(shè)計問題；Vander Wiel［41］則討論了包含有多個堤防圈的堤圈系統(tǒng)的概率風(fēng)險評估問題；2002－2005年，Hall及其研究組成員在英國環(huán)境署的資助下，基于MC模擬和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性理論系統(tǒng)地研究了大尺度區(qū)域和中小規(guī)模的城市堤防系統(tǒng)的洪災(zāi)風(fēng)險評估方法［42－44］；Apel等［45］提出一種耦合方法進行區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險評估，利用確定性模型模擬洪水成災(zāi)過程，再將模擬結(jié)果輸入簡單得多的概率模型進行風(fēng)險評估，從而達到提高計算效率的目的。

3.2 洪災(zāi)損失和易損性評估

洪災(zāi)損失評估一般需要采用分區(qū)評估方法。首先應(yīng)確定一定洪水條件下區(qū)域內(nèi)的可能淹沒范圍，然后根據(jù)一定的規(guī)則對淹沒區(qū)進行分區(qū)，對各分區(qū)的洪災(zāi)損失分別進行評估，集成各分區(qū)的損失即得到區(qū)域總損失。各分區(qū)的洪災(zāi)損失評估應(yīng)分2步進行，首先通過洪水演進模擬得到洪水特性參數(shù)，然后結(jié)合分區(qū)內(nèi)的社會經(jīng)濟情況進行損失評估。

一般地，洪災(zāi)損失可分為有形損失和無形損失（如對居民的精神傷害等）兩類，其中有形損失又可分為直接損失和間接損失，二者均可進一步分為原生災(zāi)害損失和次生災(zāi)害損失，若更細致地分類，則可分為各種承災(zāi)體的損失［46］。由于損失評估涉及的因素很多，全面評價各類損失非常復(fù)雜，往往難以實現(xiàn)，目前多數(shù)研究只考慮直接的有形損失，從承災(zāi)體屬性進行分類，包括直接經(jīng)濟損失和直接生命損失2大類。

洪災(zāi)損失評估方法大致可分為2類：第一類可稱為損失率（一種易損度）法［47，48］，首先獲取各承災(zāi)體基于洪災(zāi)風(fēng)險要素的損失率函數(shù)（可以是一個頻率曲線函數(shù)），然后結(jié)合承災(zāi)體的數(shù)量進行損失評估；第二類則直接建立洪災(zāi)參數(shù)與洪災(zāi)損失之間的經(jīng)驗公式，由淹沒深度、淹沒歷時、承災(zāi)體類型、抗災(zāi)性能等多個災(zāi)害特性參數(shù)直接評估區(qū)域洪災(zāi)損失［49－51］。災(zāi)害損失評估方法因承災(zāi)體的不同而不同，分類評估方法進展參見文獻［52，53］。

洪災(zāi)損失與洪災(zāi)易損性的關(guān)系密切，可以基于易損度來計算洪災(zāi)損失。洪災(zāi)易損性的影響因素較多，包括承災(zāi)體屬性、成災(zāi)能力、抗災(zāi)性能等多個方面的內(nèi)容［54，55］。易損性評價可以采用分類評價方法，即針對不同承災(zāi)體分別建立其基于洪水風(fēng)險要素的損失率函數(shù)；也可以采用綜合評價法，即針對淹沒區(qū)構(gòu)建指標(biāo)體系并確定指標(biāo)權(quán)重，綜合評價區(qū)域洪災(zāi)易損性。洪災(zāi)損失率是一個比較難獲取的參數(shù)，不同的地區(qū)、不同的行業(yè)、在不同的致災(zāi)條件下其災(zāi)損率往往是不同的［55］，而綜合評價法需要考慮數(shù)據(jù)的可獲得性，通常選用一些常見的社會經(jīng)濟統(tǒng)計指標(biāo)來評價社會經(jīng)濟易損性，這種方法相對簡單。

3.3 幾個典型的模擬評估模型

（1）1999年，Olsen［38］在其博士論文中系統(tǒng)研究了非定常水流條件下堤防系統(tǒng)的風(fēng)險評估模型，重視系統(tǒng)中若干個堤段失事后河道水流條件的改變及其對其他堤段以及系統(tǒng)失事概率的影響。Olsen的模型給出了如何考慮堤防間的水力聯(lián)系及其對風(fēng)險率影響的有效分析框架，但他采用窮舉法給出堤段的失事組合，而沒有采用有效的限界措施，顯然，當(dāng)?shù)谭老到y(tǒng)的尺度較大或所包含的堤段數(shù)量較多時，易出現(xiàn)組合爆炸問題而導(dǎo)致計算無法進行，這個問題之所以在他的論文中不成為問題，是因為他僅僅針對一個被劃分為3個堤段的堤防系統(tǒng)進行了實例分析。在洪災(zāi)損失評估方面，Olsen認為受淹地區(qū)的各類產(chǎn)業(yè)均通過貿(mào)易與未受淹地區(qū)緊密聯(lián)系，例如，受淹地區(qū)的產(chǎn)品可能是未受淹地區(qū)的生產(chǎn)投入，受災(zāi)后這些投入的減少將明顯影響后者的經(jīng)濟效益，因此在產(chǎn)業(yè)鏈越來越細分、地區(qū)經(jīng)濟聯(lián)系越來越緊密的條件下，洪災(zāi)損失評估僅考慮受淹地區(qū)的直接損失遠遠不夠，從而提出利用經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域常用的投入－產(chǎn)出模型對間接洪災(zāi)損失進行評估。這是深入研究間接損失的少數(shù)文獻之一。

（2）文獻［39－41］的研究對象均為荷蘭的堤防圈，其研究比較深入和全面。2001年，Vrijling［39］討論了如何采用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性方法對荷蘭的堤防圈進行概率設(shè)計，在分析失事模式時采用了故障樹技術(shù)。Voortman［40］提出了基于風(fēng)險的大尺度防洪系統(tǒng)（實際上仍然是指一個堤防圈）設(shè)計方法，其模型結(jié)構(gòu)與Vrijling的方法類似，分為堤防圈、堤段與其他建筑物、失事模式等3個層次的優(yōu)化設(shè)計子模型，其中洪災(zāi)損失評估采用了頻率分析方法。Vander Wiel［41］研究了多個堤防圈構(gòu)成的堤防圈系統(tǒng)的區(qū)域概率風(fēng)險評估問題，充分考慮了堤防圈之間的水力相互作用，將兩兩堤防圈之間的水力聯(lián)系總結(jié)為3種形式（其中一種為有利影響，另外2種為不利影響），研究認為，一個堤防圈防洪能力的提高總可以降低區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險率，但不一定能夠降低區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險。

（3）2002－2005年，Hall及其研究組成員在英國環(huán)境署的資助下，系統(tǒng)地研究區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險評估問題，發(fā)表了一系列論文［42－44］。區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險模擬評估方法的關(guān)鍵制約因素主要有2個，即數(shù)據(jù)可獲得性與計算復(fù)雜性，因此很難有一種可適應(yīng)各種尺度、滿足不同精度要求的通用評估方法。于是他們首先提出一個洪災(zāi)風(fēng)險評估方法的層次體系［42］，根據(jù)數(shù)據(jù)要求與計算復(fù)雜性的不同，將洪災(zāi)風(fēng)險評估方法劃分為包括宏觀水平（high level）、中間水平（intermediate level）和微觀水平（detailed level）3個層次。不同層次方法的評估精度各不相同，但應(yīng)滿足不同層次的洪水管理決策要求。

2003年，Hall等［42］提出了一種基于系統(tǒng)可靠性理論的大尺度區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險評估方法，并應(yīng)用于英格蘭和威爾士地區(qū)現(xiàn)在和未來風(fēng)險的評估［43］。這是一種真正的大尺度評估模型，可以用于包括多個獨立流域的大區(qū)域的洪災(zāi)風(fēng)險評估，并能實現(xiàn)變化條件下區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險的動態(tài)評估。

2005年，Dawson等［44］在文獻［42］方法的基礎(chǔ)上，提出了一種針對中小尺度的堤防系統(tǒng)或區(qū)域的洪災(zāi)風(fēng)險評估模型。該模型集成于MC模擬框架之下，將堤防系統(tǒng)離散為若干堤段，利用有效的限界措施尋找堤防系統(tǒng)的主要失事組合，在保證較高精度的前提下將失事組合的數(shù)量限制在可接受的水平；對于每一個主要失事組合，采用一個簡化的二維模型進行洪水淹沒模擬，在此基礎(chǔ)上對該失事組合條件下的災(zāi)害損失進行評估，結(jié)合該失事組合的發(fā)生概率對該失事組合條件下的期望損失進行評估，然后累加得到區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險。盡管該法采用了限界措施，但由于對每一個失事組合都需要進行洪水淹沒模擬，當(dāng)系統(tǒng)中堤段數(shù)量較多時，計算量仍然很大。

上述2種方法的模型構(gòu)架很有參考價值，但它們都沒有考慮上下游堤段之間的水力聯(lián)系，因而不能反映出若干個堤段失事對其他堤段失事概率的影響，與Tung和Mays［34］提出的方法一樣，存在系統(tǒng)性的誤差，而這個誤差無論對于大尺度區(qū)域還是中小尺度區(qū)域的洪災(zāi)風(fēng)險評估來說其影響都不可忽視。

（4）2006年，Apel等［43］將概率模型與確定性模擬模型耦合起來進行區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險評估，首先應(yīng)用復(fù)雜的確定性模擬模型對洪水成災(zāi)過程的各個環(huán)節(jié)進行全過程模擬，然后將模擬結(jié)果進行參數(shù)化，輸入簡單得多的概率模型進行洪災(zāi)風(fēng)險評估。這樣的耦合模型可較大幅度地提高計算效率，其中概率模型仍然建立在MC模擬框架之下，基于相對簡單的經(jīng)驗性的極限狀態(tài)函數(shù)評估各堤段的失事概率，采用基于GIS的經(jīng)驗公式法評估洪災(zāi)損失。在另一篇文獻中［56］，他們利用這個模型分析了模擬模型選擇、分布函數(shù)選擇、參數(shù)估計、測量誤差等由于認知不完全而導(dǎo)致的認識不確定性對風(fēng)險評估結(jié)果的影響。該模型根據(jù)上游入流以及區(qū)間匯流的洪水過程，進行河道洪水演進分析，從而獲得各個堤段在不同時刻的洪水荷載。對于洪水荷載的隨機性，不僅考慮了流量的隨機性，也考慮了洪水過程線形狀的不確定性，還考慮了上游入流洪水和區(qū)間匯流洪水的相關(guān)性和組合遭遇，這是它與前述所有模型最顯著的差異之一，更接近于真實情況。他們應(yīng)用這個模型對上游堤段失事對下游堤段風(fēng)險率的影響進行了定量評估，結(jié)果表明，在一定頻率洪水的作用下，上游堤段完好時下游堤段的潰決概率與上游堤段潰口為400 m時的潰決概率相差幾近兩個數(shù)量級，這再一次表明由于水力聯(lián)系導(dǎo)致的上下游堤段之間的相互影響是不能忽視的。但遺憾的是，他們僅僅利用風(fēng)險評估模型分析了這種影響的大小，而沒有在風(fēng)險評估模型中反映出這種影響，因此在進行非幕景分析的綜合風(fēng)險評估時，他們的模型仍然存在不可忽視的系統(tǒng)性誤差。

（5）1999－2006年，Dutta等［50，51］系統(tǒng)地研究了直接經(jīng)濟損失評估方法，采用的是經(jīng)驗公式法，后進一步發(fā)展為區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險評估模型［57］，并利用該模型進行洪水災(zāi)害幕景分析，對日本某一流域的防洪規(guī)劃進行影響分析、風(fēng)險評估與區(qū)劃。該法的主要特色在于分布式水文模型系統(tǒng)和用于災(zāi)害損失評估的GIS系統(tǒng)的嵌套應(yīng)用，兩套系統(tǒng)共享一套柵格，方便地理數(shù)據(jù)、洪災(zāi)特性數(shù)據(jù)以及災(zāi)害損失評估結(jié)果的傳遞，從而提高計算效率。值得注意的是，該模型沒有直接進行堤防系統(tǒng)風(fēng)險率評估，而是將堤防作為區(qū)域地形的一部分進行洪水演進模擬，這相當(dāng)于只考慮堤防的漫頂模式，對于抗?jié)Q性能較好的日本堤防來說應(yīng)當(dāng)還是可行的，但其通用性受到限制。Dutta的模型主要用于特定頻率下洪災(zāi)幕景的風(fēng)險評估和區(qū)劃，不能進行全概率意義下的綜合風(fēng)險評估，即不能獲得洪災(zāi)風(fēng)險的常用表達（年度期望損失）。

4 結(jié) 語

本文認為洪災(zāi)風(fēng)險評估方法可以較明顯地分為指標(biāo)體系評估法、歷史水災(zāi)法和模擬評估方法3類，因此從這3個方面對其研究進展進行綜述。分析認為：由于指標(biāo)體系法的評估模型和參數(shù)的準(zhǔn)確與否均難以通過實踐進行檢驗，一般只用于對大尺度區(qū)域進行初步的洪災(zāi)風(fēng)險評估與區(qū)劃，對于精度要求較高的區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險評估而言，通常不宜采用此法；歷史水災(zāi)法在洪災(zāi)危險性評估時應(yīng)用范圍較廣，但由于往往需要通過模擬分析進行修正，實際上難以獨立地進行洪災(zāi)風(fēng)險評估，而歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)法在數(shù)據(jù)的可獲得性、數(shù)據(jù)的可用性以及數(shù)據(jù)一致性等方面都面臨困難，應(yīng)用范圍有限，數(shù)學(xué)方法的可靠性也有待進一步的驗證；模擬評估法的關(guān)鍵制約因素主要有兩個，即數(shù)據(jù)可獲得性與計算復(fù)雜性，但目前在這2方面已經(jīng)取得較大進展，它是當(dāng)前和未來洪災(zāi)風(fēng)險評估研究領(lǐng)域的一個主要方向，正在不斷發(fā)展之中。

模擬評估方法具有很多重要的優(yōu)點，對河流洪水災(zāi)害評估尤其如此。模擬評估方法基于明確的物理機理，能夠全過程地模擬洪水成災(zāi)過程，可適應(yīng)不同尺度的區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險評估，可實現(xiàn)區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險的動態(tài)評估表現(xiàn)，可充分考慮各類防洪措施的作用，反映人類防洪的努力，并能方便地與傳統(tǒng)防洪研究成果結(jié)合，但目前模擬評估方法還不十分成熟。盡管多數(shù)研究都注意到河道堤防上下游之間的強烈水力聯(lián)系對區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險評估具有重要影響，洪災(zāi)風(fēng)險評估應(yīng)以一個完整的流域為對象，充分考慮上下游、左右岸之間的相互作用，但由于種種原因，現(xiàn)有模型均未能成功地模擬這種影響，不能或不能很好地反映堤段潰決對下游堤段的影響，而出于削減模型復(fù)雜性等原因，在綜合性的區(qū)域洪災(zāi)風(fēng)險評估研究中，人為干預(yù)如防洪調(diào)度的影響甚至很少有文獻提及。如何在數(shù)據(jù)可獲得性、計算復(fù)雜性和評估精度之間取得平衡是今后研究中亟待解決的一個重大問題。

洪災(zāi)風(fēng)險評估結(jié)果的可實證性是各類評估方法共同面臨的另一重大問題。結(jié)果不易被驗證，有時還與一般認識相悖，這是風(fēng)險評估技術(shù)不易被接受的主要原因；風(fēng)險評估研究者未能提供一種便于實證的評估模型則是另一個重要原因。目前尚缺乏關(guān)于洪災(zāi)風(fēng)險的實證研究，洪災(zāi)風(fēng)險評估方法要真正走向應(yīng)用，其評估結(jié)果的可實證性是今后研究中不能不解決的問題。

除此以外，在防洪應(yīng)急過程中，管理者和社會更加關(guān)注洪災(zāi)風(fēng)險的實時評估。風(fēng)險實時評估技術(shù)的關(guān)鍵是利用先進的信息技術(shù)進行信息的快速提取，在評估方法上則更加注重計算效率，即所謂快速評估技術(shù)，所用模型通常是常規(guī)模型的簡化。目前還沒有成熟的洪災(zāi)風(fēng)險快速評估系統(tǒng)出現(xiàn)，但這可能是洪災(zāi)風(fēng)險評估走向?qū)嶋H應(yīng)用的一個重要突破口。由于實時數(shù)據(jù)一般不可能很準(zhǔn)確和全面，而簡化模型的不確定性更強，因此風(fēng)險實時評估的結(jié)果可靠性通常也更差，在評估和決策方面需要更加依賴專家知識和經(jīng)驗，如何在強不確定性條件下進行快速的洪災(zāi)風(fēng)險管理決策也是今后需要重點關(guān)注的課題。

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（編輯：趙衛(wèi)兵）

Review on Flood Risk Assessment

CHENGWei-shuai1，CHEN Jin2，LIU Dan1
（1.Water Resources Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Director Office，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Flood risk assessmentmethods are divided into three types including index system-based assessment method，historical flood hazard-based assessmentmethod and simulation-based assessment method and the three types ofmethods are reviewed respectively.The index system-based assessmentmethod can only be used for rough assessments because itsmodel and parameters are difficult to validate.The historical flood hazard-based assessment method can not be used for flood risk assessments independently in general because its results often require an amendment by simulation analysis and its data requirements are difficult to satisfy.Simulation-based assessment method is based on a clear physicalmechanism and hasmany important advantages.In recent years，some progress has been made on how to dealwith the two significant constraints of simulation-based method，i.e.the data availability and the computational complexity.Simulation-based assessmentmethod should give full consideration to the hydraulic interactions between upper-and lower-reaches，in which its research area is the best including an entire catchments.How to obtain a balance among data availability，computational complexity and accuracy and how to carry out verifiable analysis for the assessment results are still the current important problems，whichmay be the two major directions for the future research.

flood risk；risk assessment；review；data availability；computational complexity；accuracy

TV87

A

1001－5485（2010）09－0017－08

2009-11-24

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費項目（YWF0903）；長江科學(xué)院博士啟動基金（YJJ0802）

程衛(wèi)帥（1977-），男，湖北崇陽人，工程師，主要從事水資源及水利工程風(fēng)險分析和管理研究，（電話）027-82826463（電子信箱）chwsmail＠yahoo.com.cn。