劉志雨，夏軍

①水利部水利信息中心，北京 100053；②武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室，武漢 430072

氣候變化對中國洪澇災害風險的影響*

劉志雨①?，夏軍②??

①水利部水利信息中心，北京 100053；②武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室，武漢 430072

洪澇災害是中國最嚴重的自然災害之一。它不僅分布廣、發(fā)生頻率高, 而且造成巨大的經(jīng)濟損失，是制約經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。研究表明: 中國洪澇有明顯的高頻期、低頻期的階段性年代際特征。近30年來，南方典型洪澇風險區(qū)和中小流域極端洪澇事件的頻次和強度總體呈現(xiàn)增加、增強態(tài)勢，大城市和特大型城市暴雨內(nèi)澇事件也呈增加趨勢。在全球氣候變暖、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的背景下，未來中國部分地區(qū)強降水、洪澇等極端事件有可能增加、增強，從而加大洪災風險和防汛調(diào)度指揮難度，并對經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展帶來不利的影響。

氣候變化；洪澇；災害；風險

受季風以及地理位置、地形和地貌等因素影響，中國是世界上洪澇災害頻繁且嚴重的國家，洪水災害不僅范圍廣、發(fā)生頻繁、突發(fā)性強，而且損失大。據(jù)統(tǒng)計，20世紀90年代以來，中國年均洪澇災害對國民經(jīng)濟造成的直接損失在千億元以上[1]，其中1998年長江發(fā)生了全流域大洪水，嫩江、松花江發(fā)生了流域性特大洪水，西江和閩江也發(fā)生了特大洪水，全國因洪災死亡4 150人，直接經(jīng)濟損失2 550.9億元[2]。進入21世紀，中國暴雨洪澇呈現(xiàn)新的特征，主要體現(xiàn)在中小河流洪水、山洪、暴雨誘發(fā)的泥石流和滑坡，以及城市內(nèi)澇災害頻發(fā)，造成人民生命傷亡和財產(chǎn)巨大損失。2007年重慶、濟南因暴雨引發(fā)特大水災，造成93人死亡，10人失蹤[3]。2010年，全國因中小河流洪水和災害死亡人口2 824人，占當年洪澇災害死亡總?cè)藬?shù)的87.6%[4]。2012年7月12日，北京遭遇罕見的特大暴雨，一日面平均雨量高達170 mm，為新中國成立以來歷史最大；暴雨中心房山河北鎮(zhèn)點雨量達541 mm，重現(xiàn)期約500年；暴雨引發(fā)的特大山洪災害造成了嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

政府間氣候變化專門委員會第五次評估報告(IPCC AR5)指出，近60年全球平均增溫達0.12 ℃/10 a，21世紀末全球地表氣溫將可能升高0.3～4.812 ℃[5]。中國《第三次氣候變化國家評估報告》顯示：1909年以來中國的變暖速率高于全球平均值，每百年升溫0.9～1.5 ℃。全球變暖會導致水循環(huán)出現(xiàn)變異，降水時空分布更加不均勻[6]。氣候變化改變了大氣持水能力，將引起洪水等極端水文事件出現(xiàn)的頻率和強度的變化，使得一些地區(qū)的洪水風險增加[7]。中國《第三次氣候變化國家評估報告》預計，“氣候變化可能會進一步加劇洪澇災害的發(fā)生”。在國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973)項目課題《氣候變化對南方典型洪澇災害高風險區(qū)防洪安全的影響》研究成果的基礎上，本文進一步討論分析近60年中國洪澇極端事件的變化特征，基于不同氣候變化情景多模式數(shù)據(jù)，預估在全球變暖背景下中國南方典型流域極端洪水變化趨勢，進而預估未來氣候變化對中國洪澇災害風險的可能影響，并提出一些應對氣候變化對策建議，為相關部門應對氣候變化提供參考。

1 近60年中國洪澇極端事件的變化特征

本研究定義10年、20年、50年、100年一遇的中洪水及以上洪水作為極端洪澇水文事件?；?50個長系列水文測站年極值資料，對中國東部季風區(qū)典型流域洪水發(fā)生的年代際、年際變化發(fā)生規(guī)律進行研究分析?；谀曜畲蠛统砍闃臃椒ㄋ玫暮樗畼颖鞠盗?，以30年為周期對洪峰流量系列逐年滑動，采用P-Ⅲ型分布曲線分別對各30年滑動系列進行洪水頻率分析計算，利用Man-Kendall檢驗法診斷系列參數(shù)的趨勢性，識別洪峰流量系列的平穩(wěn)性。采用“2個時期”對比的方法，分析近30年(1981—2010年)和較前30年(1951—1980年)洪峰流量系列參數(shù)估計值。

1.1 南方典型洪澇風險區(qū)極端洪澇事件的頻次和強度總體呈現(xiàn)增加態(tài)勢

中國洪水有明顯的高頻期、低頻期的階段性年代際特征，近30年來洪水年際變幅大部呈現(xiàn)增加趨勢，部分地區(qū)強降水頻發(fā)、旱澇并重、突發(fā)洪澇、旱澇急轉(zhuǎn)等現(xiàn)象日益突出。

與1951—1980年相比，1981—2010年珠江、長江、閩江等流域10年一遇以上的洪峰流量值有所增大。對于重現(xiàn)期為50年的特大洪水，珠江流域70%斷面、淮河流域32%斷面的設計洪峰值呈增加趨勢[8](圖1和圖2)。

圖1 珠江流域西江梧州水文站極端洪澇事件的強度(a)和頻次(b)前后30年變化

圖2 珠江 (a)和淮河流域(b)主要控制站50年一遇年最大流量前后30年強度變化分布

1.2 中小流域極端降水與洪澇事件的頻次和強度總體呈現(xiàn)增加和增強態(tài)勢

局部地區(qū)短歷時強降水事件頻發(fā)、中小河流洪水增多、增強。以珠江流域北江上游支流武江(7 000 km2)為例，全年和汛期降水量均未表現(xiàn)出明顯變化趨勢，但年最大流量的增加趨勢較為明顯，顯著性水平達到0.05，洪水形態(tài)也發(fā)生變化(圖3)。對于像武江這樣的小流域，氣候變暖導致的極端降水增加可以產(chǎn)生較強的短歷時洪水。

圖3 武江流域控制站年最大流量(a)和洪水歷時(b)變化趨勢

1.3 大城市和特大型城市暴雨內(nèi)澇事件也呈增加趨勢

沿海城市廣州市城區(qū)最大1 h、最大1 d降雨在過去20年間有弱的上升態(tài)勢，日降雨量≥50 mm的暴雨次數(shù)有較為明顯的上升趨勢，且通過了置信度為90%的顯著性檢驗[9-10](圖4)。濱河城市蚌埠市20世紀80年代中期以來暴雨與洪水遭遇的頻次明顯增多，1986年以來外洪與城市暴雨遭遇相對頻繁，25年內(nèi)遭遇多達11次，幾率約為44%。與1952—1980年相比，1981—2010年蚌埠市外洪與城市暴雨遭遇概率有所增加，均增加95%以上[11](圖5)。

圖4 廣州市1969—2011年日降雨超過50 mm時間序列

圖5 蚌埠市城區(qū)暴雨(最大1 d降水量)與外洪(年最大15 d洪量)遭遇示意

2 在全球變暖背景下中國洪澇風險未來演變趨勢的預估

由于全球變暖，中國東亞季風氣候系統(tǒng)各子系統(tǒng)都在不斷發(fā)生變異, 這將使得中國洪澇災害可能變得更加嚴重[12-13]。本文以洪澇災害高風險區(qū)淮河流域和珠江流域內(nèi)的重要防洪水利工程(如大型水庫、蓄滯洪區(qū))和重要城市為研究對象，基于新一代排放情景(表1)CMIP5多模式數(shù)據(jù)及其二次開發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，預估極端洪澇變化趨勢，研判未來氣候變化對重點水利工程、防洪城市防洪安全影響的后果與風險，為相關部門應對氣候變化提供參考。

表1 新一代排放情景典型濃度目標

2.1 未來氣候變化可能對區(qū)域防洪安全產(chǎn)生不利影響

以淮河防洪最為重要的蒙洼蓄滯洪區(qū)為研究對象，基于RCP情景下全球47個IPCC CMIP5氣候模式模擬數(shù)據(jù)[13]，構建了網(wǎng)格分辨率為0.25 ℃×0.25 ℃的VIC水文模型，應用CMIP5多模式的降尺度結果與VIC模型耦合，預估RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三種情景下未來時期(2021—2050年)蒙洼蓄滯洪區(qū)王家壩閘前端極端洪水洪變化趨勢，進而預估未來30年氣候變化對蒙洼蓄滯洪區(qū)啟用的可能影響(圖6)。結果表明：與基準期(1971—2000年)相比，多模式預估淮河上游未來多年平均氣溫一致呈增加趨勢，平均增幅范圍0.2～1.7 ℃；超過70%的模式預估降水呈增加趨勢，平均增幅為3.4%～4.1%；王家壩斷面20年一遇的最大日平均流量和最大30 d洪量總體呈增加趨勢，平均增加分別為19%和16%；20年一遇相當?shù)暮樗l率將增大，蒙洼蓄滯洪區(qū)啟用可能更加頻繁，啟用的風險增大[14]。

圖6 不同情景下2021—2050年王家壩斷面20年一遇的最大日平均流量相對變化(基準期：1971—2000年)

2.2 氣候變化將可能增加水庫防洪調(diào)度的難度

以珠江流域北江飛來峽水庫(以防洪為主的水利樞紐，總庫容19.04億m3，控制面積34 097 km2，防洪標準500年一遇設計)為研究對象，基于CMIP5多模式集合降尺度數(shù)據(jù)預估了未來時期不同情景下飛來峽水庫極端入庫洪水的可能變化范圍，并根據(jù)IPCC第5次評估報告處理和表達不確定性的方法來描述未來洪水趨勢變化的可信度(圖7)。研究結果顯示，未來時期(2021—2050年)飛來峽水庫年最大洪峰流量和年最大洪量在RCP2.6情景下“大約可能”呈增加趨勢，在RCP4.5和RCP8.5情景下“較為可能”呈增加趨勢。與基準期(1971—2000年)相比，水庫極端入庫洪水增加的可能性從大到小依次為RCP4.5、RCP2.6和RCP8.5，其中設計洪水100年、50年和20年一遇的洪峰流量在3種排放情景下均呈上升趨勢[15]。綜合分析，未來氣候變暖可能使得飛來峽水庫以上區(qū)域降水時空分布不均性加大，汛期降雨可能呈增加趨勢，極端強降雨事件和洪水同一重現(xiàn)期洪水的洪峰值可能呈增大趨勢，同樣量級的洪峰重現(xiàn)期縮短，給水庫防洪調(diào)度帶來新的挑戰(zhàn)。

圖7 不同情景下飛來峽水庫入庫洪峰多模式模擬結果平均概率曲線對比

2.3 城市內(nèi)澇風險有可能進一步加大

在氣候變暖導致的海平面上升、極端強降雨與暴雨洪水事件頻發(fā)的情景下，未來沿海與內(nèi)陸城市面臨雨潮和雨洪遭遇的風險可能加大，城區(qū)外洪內(nèi)澇的概率增加。利用47個氣候模式，在三種排放情景下未來20～50年廣州城區(qū)極端強降雨，與基準期(1971—2000年)相比，有可能增加，加上海平面可能繼續(xù)上升，由強降雨或高潮位所引發(fā)的內(nèi)澇風險可能會進一步加大。2021—2050年，多模式預估蚌埠市暴雨與淮河上游洪水遭遇的概率較基準期(1971—2000年)有所增加，增幅為46%～79%[11]，蚌埠市城市內(nèi)澇風險可能進一步加大，可能對城市防洪安全產(chǎn)生不利的影響。

3 結語

洪澇災害始終是中華民族的心腹之患。從上面的分析可以看出，在氣候變化和人類活動影響加劇的背景下，洪澇災害仍是未來中國嚴重的自然災害之一。雖然氣候變化趨勢預估存在不確定性，但我們預計未來隨著全球變暖，中國強降水、洪澇等極端水文事件增多的可能性甚大，加大了水旱災害風險和防汛抗旱調(diào)度指揮風險，迫切需要從工程措施、非工程措施以及應急管理等方面來提高應對水旱災害的能力。為此提出以下對策建議：①根據(jù)防洪風險形勢的變化，不斷修訂完善流域及城市防洪規(guī)劃及相關的政策法規(guī)，構建與經(jīng)濟社會發(fā)展相適應的防洪安全保障體系；②在水利工程規(guī)劃設計中，要充分考慮氣候變化背景下洪水極值系列的非平穩(wěn)性，發(fā)展和應用與氣候變化相聯(lián)系的非穩(wěn)態(tài)極值洪水頻率計算方法；③進一步加強東亞季風氣候自然變異和溫室氣體排放等人為強迫對洪水變化影響的研究，提高對暴雨洪水演變規(guī)律的認識水平和預估能力。

(2016年5月4日收稿)

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(編輯：段艷芳)

Impact of climate change on flood disaster risk in China

LIU Zhiyu①, XIA Jun②
①Water Resources Information Center, Beijing 100053, China; ②State Key Laboratory of Water Resources & Hydro Power Engineering Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China

Flooding is one of the worst natural disaster in China, and it is characterized by wide distribution, high frequency, and huge economic losses, which has been one of the important factors that restrict the economic and social sustainable development. Research shows that flooding in China has significant periodic decadal characteristics of high frequency and low frequency. For nearly 30 years, the inter-annual amplitude of fl oods in eastern monsoon climate area in China mostly showed a trend of increase. The increased frequency and intensity of fl ooding in typical southern river basins with high fl ood risk, and small and medium-sized rivers became prominent, and urban fl ooding and water-logging caused by storms in metropolises showed an increased trend. Under the background of global climate warming, rapid development of urbanization, heavy rain, fl oods and other extreme events may increase in occurrence and in intensity in future in parts of China, so as to increase the risk of fl ood disasters and accelerate the dif fi culty of fl ood-prevention and dispatch command, and thus causing unfavorable in fl uences on the economic and social sustainable development.

climate change, fl ood, disaster, risk

10.3969/j.issn.0253-9608.2016.03.003

*國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)(2010CB428400)資助

?國家百千萬人才工程入選者

??通信作者，中國科學院院士，研究方向：系統(tǒng)水文學非線性理論與方法、生態(tài)水文與水資源可持續(xù)管理。E-mail: xiajun666@whu.edu.cn