金菊良 旱灾风险评估概念与方法探讨

1、旱灾风险评估概念与方法探讨旱灾风险评估概念与方法探讨 汇报人：金菊良汇报人：金菊良 合肥工业大学土木与水利工程学院合肥工业大学土木与水利工程学院 水资源与环境系统工程研究所，安徽水资源与环境系统工程研究所，安徽 合肥合肥 230009， E-mail: JINJL 1 旱灾风险评估的基本概念旱灾风险评估的基本概念 2 旱灾风险评估的理论模式旱灾风险评估的理论模式 3 旱灾风险评估的方法体系旱灾风险评估的方法体系 4 旱灾风险评估的应用模式旱灾风险评估的应用模式 内容提要内容提要 1 1 旱灾风险评估的基本概念旱灾风险评估的基本概念 1.1 干旱与旱灾干旱与旱灾 干旱干旱可定义为在某地理范围内因

2、可定义为在某地理范围内因 降水、径流、地下水等降水、径流、地下水等自然水源自然水源在在 一定时期一定时期持续少于正常水平持续少于正常水平，导致，导致 河流、湖泊水量和土壤或者地下水河流、湖泊水量和土壤或者地下水 含水层中水分亏缺的含水层中水分亏缺的自然现象自然现象。干。干 旱在自然灾害系统论中也称干旱为旱在自然灾害系统论中也称干旱为 致灾因子，可用降水（或径流）距致灾因子，可用降水（或径流）距 离长期平均水平的累积值（干旱强离长期平均水平的累积值（干旱强 度）及该累积值的空间分布（干旱度）及该累积值的空间分布（干旱 面积）、时间分布（干旱历时）等面积）、时间分布（干旱历时）等 特征变量来定量描

3、述，特征变量来定量描述，主要有气象主要有气象 干旱、水文干旱干旱、水文干旱。 旱灾旱灾是干旱发展到一定程度后，是干旱发展到一定程度后， 对植物正常生长、人类的正常生活对植物正常生长、人类的正常生活 和生产、生态环境造成了不利影响、和生产、生态环境造成了不利影响、 产生危害，是各种产生危害，是各种自然因素与社会自然因素与社会 因素综合作用因素综合作用的结果，属于水文气的结果，属于水文气 象灾害。象灾害。 1.2 旱灾系统与旱灾风险系统旱灾系统与旱灾风险系统 旱灾系统旱灾系统是由致灾因子、承灾体、孕灾环境、防灾减灾措是由致灾因子、承灾体、孕灾环境、防灾减灾措 施这四要素相互作用导致灾情形成的一个复

4、杂系统施这四要素相互作用导致灾情形成的一个复杂系统 l旱灾致灾因子旱灾致灾因子与气象、水文、下垫面条件等自然属性因素有关与气象、水文、下垫面条件等自然属性因素有关 l承灾体承灾体与区域的社会、经济发展等社会属性因素有关与区域的社会、经济发展等社会属性因素有关 l防灾减灾措施防灾减灾措施是人类社会用来应对干旱不利影响所采取的方针、是人类社会用来应对干旱不利影响所采取的方针、 政策、技术、方法和行动的总称，包括旱灾监测预警、防御、紧急政策、技术、方法和行动的总称，包括旱灾监测预警、防御、紧急 救援和灾后恢复重建等救援和灾后恢复重建等工程性工程性防灾减灾措施和防灾减灾措施和非工程性非工程性防灾减灾措

5、防灾减灾措 施施 l孕灾环境孕灾环境是影响致灾因子和承灾体的是影响致灾因子和承灾体的自然环境和人文环境自然环境和人文环境，它与，它与 由大气圈、水圈、生物圈、岩石圈中自然属性因素如大气环流、天由大气圈、水圈、生物圈、岩石圈中自然属性因素如大气环流、天 气系统、流域水系、植被条件、地形地貌、土地利用类型等，以及气系统、流域水系、植被条件、地形地貌、土地利用类型等，以及 物质文化圈重社会属性因素如人口分布、经济密度等有关物质文化圈重社会属性因素如人口分布、经济密度等有关 1 1 旱灾风险评估的基本概念旱灾风险评估的基本概念 1.2 旱灾系统与旱灾风险系旱灾系统与旱灾风险系 统统 自然灾害风险自然灾

6、害风险，Natural Disaster Risk：是在：是在未来某未来某 时间时间内，由内，由自然灾险事件自然灾险事件对对 给定给定目标系统目标系统引起的引起的不利后不利后 果果与与自然灾险事件发生概率自然灾险事件发生概率 的的关系，关系，常用自然灾害风险常用自然灾害风险 曲线表示曲线表示 A drought event with an annual exceedance probability of occurrence of 10% will cause 1 million $ loss to the agriculture sector in next 5 years 1 1 旱灾风险

7、评估的基本概念旱灾风险评估的基本概念 Curve Curve 重现期重现期 损失率损失率 大大 小小 抗抗 旱旱 能能 力力 大大 小小 百年一遇百年一遇 可容忍风可容忍风 险上限险上限 可 容 忍 风可 容 忍 风 险下限险下限 20302030年年 历史最重旱年历史最重旱年 5050年一遇年一遇2020年一遇年一遇1010年一遇年一遇5 5年一遇年一遇 1.2 旱灾系统与旱灾风险系统旱灾系统与旱灾风险系统 旱灾风险旱灾风险是具有是具有危险性的干旱事件危险性的干旱事件经不稳定的经不稳定的孕灾环境孕灾环境传递、作传递、作 用于用于承灾体承灾体而导致承灾体而导致承灾体未来可能损失未来可能损失的规

8、模及其发生概率的规模及其发生概率 旱灾风险旱灾风险可简要地定义为可简要地定义为干旱事件发生及其导致损失的可能性干旱事件发生及其导致损失的可能性 旱灾风险旱灾风险是是干旱发生的可能性分布函数干旱发生的可能性分布函数（干旱风险，狭义的旱灾（干旱风险，狭义的旱灾 风险风险 ）、）、干旱导致损失（旱灾损失）的可能性分布函数干旱导致损失（旱灾损失）的可能性分布函数（旱灾损（旱灾损 失风险，广义的旱灾风险）的总称失风险，广义的旱灾风险）的总称 1 1 旱灾风险评估的基本概念旱灾风险评估的基本概念 1.2 旱灾系统与旱灾风险系统旱灾系统与旱灾风险系统 旱灾风险系统旱灾风险系统是致灾因子的危险性（旱灾危险性）

9、，以及承灾体是致灾因子的危险性（旱灾危险性），以及承灾体 的暴露、灾损敏感性和抗旱能力这的暴露、灾损敏感性和抗旱能力这4个要素相互联系、相互作用下个要素相互联系、相互作用下 形成的复杂系统形成的复杂系统 l承灾体的暴露和灾损敏感性综合为承灾体的暴露和灾损敏感性综合为旱灾脆弱性旱灾脆弱性，旱灾脆弱性的大，旱灾脆弱性的大 小取决于承灾体的暴露、灾损敏感性和抗旱能力小取决于承灾体的暴露、灾损敏感性和抗旱能力 l旱灾危险性、旱灾脆弱性和旱灾损失风险分别为旱灾风险系统的旱灾危险性、旱灾脆弱性和旱灾损失风险分别为旱灾风险系统的 输入、转换和输出输入、转换和输出，换言之，旱灾损失风险是干旱风险经旱灾脆弱，换

10、言之，旱灾损失风险是干旱风险经旱灾脆弱 性这一系统转换作用后的结果性这一系统转换作用后的结果 1 1 旱灾风险评估的基本概念旱灾风险评估的基本概念 旱灾旱灾 危险性危险性 承载体承载体 暴露暴露 灾损灾损 敏感性敏感性 抗旱能力抗旱能力 旱灾脆弱性旱灾脆弱性 旱灾损失风险旱灾损失风险 2 2 旱灾风险评估的理论模式旱灾风险评估的理论模式 2.1 旱灾风险评估的基本原理旱灾风险评估的基本原理 旱灾风险评估的基本原理就是旱灾风险评估的基本原理就是把干旱风险，经过旱灾脆弱性，转把干旱风险，经过旱灾脆弱性，转 换为旱灾损失风险的一般过程换为旱灾损失风险的一般过程： 1）确定某给定时间、给定空间的研究地

11、区干旱强度的可能性分布）确定某给定时间、给定空间的研究地区干旱强度的可能性分布 函数，即干旱风险函数，即干旱风险 2）确定在一定抗旱能力条件下各干旱强度与承灾体系统各种破坏）确定在一定抗旱能力条件下各干旱强度与承灾体系统各种破坏 程度之间一一对应的定量关系程度之间一一对应的定量关系 3）确定承灾体系统各种破坏程度与各种损失之间一一对应的定量）确定承灾体系统各种破坏程度与各种损失之间一一对应的定量 关系关系 4）综合上述的）综合上述的1）3），得到某给定时间、给定空间的研究地区），得到某给定时间、给定空间的研究地区 在一定抗旱能力条件下旱灾损失的可能性分布函数，即旱灾损失风在一定抗旱能力条件下旱

12、灾损失的可能性分布函数，即旱灾损失风 险险 量化量化 危险性危险性 概率分概率分 布函数布函数 物理脆物理脆 弱性函弱性函 数（防数（防 灾减灾灾减灾 能力）能力） 损失脆损失脆 弱性函弱性函 数数 物理脆物理脆 弱性概弱性概 率分布率分布 函数函数损失风损失风 险曲线险曲线 灾害事件发生概率灾害事件发生概率致灾强度致灾强度破坏状态破坏状态损失损失 旱灾风险评估的基本原理，就是把干旱风险，经旱灾脆弱性转换为旱灾损失风险的一般过程旱灾风险评估的基本原理，就是把干旱风险，经旱灾脆弱性转换为旱灾损失风险的一般过程 旱灾危险性旱灾危险性 灾损敏感性灾损敏感性 承灾体暴露承灾体暴露 干旱风险干旱风险 旱

13、灾损失风险旱灾损失风险 旱灾损失旱灾损失 2 2 旱灾风险评估的理论模式旱灾风险评估的理论模式 2.2 旱灾风险评估的基本理论模式旱灾风险评估的基本理论模式 R(A)=HoV(A) 式中：式中：A为抗旱能力，为抗旱能力，R为在一定抗旱能力为在一定抗旱能力A条件下旱灾风险条件下旱灾风险，H为为 描述旱灾危险性函数族，描述旱灾危险性函数族，V为描述在一定抗旱能力条件下旱灾脆弱性为描述在一定抗旱能力条件下旱灾脆弱性 的函数族，的函数族，o为合成规则族。为合成规则族。 旱灾风险评估思想，就是建立旱灾危险性函数、旱灾脆弱性函数，旱灾风险评估思想，就是建立旱灾危险性函数、旱灾脆弱性函数， 确定这些函数的合

14、成规则，并用旱灾危险性函数与旱灾脆弱性函数的确定这些函数的合成规则，并用旱灾危险性函数与旱灾脆弱性函数的 合成来表征旱灾（损失）风险。该基本理论模式与联合国人道主义事合成来表征旱灾（损失）风险。该基本理论模式与联合国人道主义事 务部（务部（1991）的风险定义是一致的。）的风险定义是一致的。 例如，取例如，取H为干旱强度的概率分布函数为干旱强度的概率分布函数P(M)，V为抗旱能力为抗旱能力A条件下条件下 各干旱强度与各旱灾损失之间的函数关系各干旱强度与各旱灾损失之间的函数关系C(M，A)，o为函数复合运为函数复合运 算，则算，则R(A)为在抗旱能力为在抗旱能力A条件下旱灾损失的概率分布函数条件

15、下旱灾损失的概率分布函数P(C，A)， P(C，A)就是在抗旱能力就是在抗旱能力A条件下的旱灾损失风险曲线。条件下的旱灾损失风险曲线。 3 3 旱灾风险评估的方法体系旱灾风险评估的方法体系 3.1 基于旱灾损失风险构成要素基于旱灾损失风险构成要素的旱灾的旱灾 损失风险指数评估方法损失风险指数评估方法 建立干旱致灾因子的危险性、承灾体建立干旱致灾因子的危险性、承灾体 的暴露、灾损敏感性和抗旱能力的风险的暴露、灾损敏感性和抗旱能力的风险 评估指标体系，采用系统综合评价方法评估指标体系，采用系统综合评价方法 进行旱灾风险评估：进行旱灾风险评估： R=f(H,E,V,A) 优点优点 l可反映造成不同旱

16、灾风险的各因素的可反映造成不同旱灾风险的各因素的 影响程度大小，该风险评估立足于灾害影响程度大小，该风险评估立足于灾害 风险大小和灾害风险结构要素之间的关风险大小和灾害风险结构要素之间的关 联性，利于成因分析，在反映由于要素联性，利于成因分析，在反映由于要素 变化导致风险时空格局演变方面具有重变化导致风险时空格局演变方面具有重 要的指示意义要的指示意义 l数据资料要求低、方法简便，能反映数据资料要求低、方法简便，能反映 区域风险的整体状况，是目前国内应用区域风险的整体状况，是目前国内应用 最广泛的方法最广泛的方法 l适用于灾害风险初步和快速评估、大适用于灾害风险初步和快速评估、大 中空间尺度的

17、风险评估，以及数值数据中空间尺度的风险评估，以及数值数据 资料难以获取的风险评估资料难以获取的风险评估 安徽省淮河流域农业旱灾风险等级分布图安徽省淮河流域农业旱灾风险等级分布图 3 3 旱灾风险评估的方法体系旱灾风险评估的方法体系 3.1 基于旱灾损失风险构成要素的旱灾损失风险指数评估方法基于旱灾损失风险构成要素的旱灾损失风险指数评估方法 建立干旱致灾因子的危险性、承灾体的暴露、灾损敏感性和建立干旱致灾因子的危险性、承灾体的暴露、灾损敏感性和 抗旱能力的风险评估指标体系，采用系统综合评价方法进行旱抗旱能力的风险评估指标体系，采用系统综合评价方法进行旱 灾风险评估：灾风险评估： R=f(H,E,

18、V,A) 不足不足 l不能直接反映风险的内涵，其计算结果本身不具有明确的物理意义不能直接反映风险的内涵，其计算结果本身不具有明确的物理意义 l旱灾风险指数值为依赖于评估者经验的相对结果，是一类半定量的旱灾风险指数值为依赖于评估者经验的相对结果，是一类半定量的 研究方法，不易从时间和空间尺度上进行风险高低的绝对比较，也无研究方法，不易从时间和空间尺度上进行风险高低的绝对比较，也无 法模拟自然灾害风险复杂系统的不确定性与动态过程法模拟自然灾害风险复杂系统的不确定性与动态过程 l在建模方法和模型因子选择以及模型因子权重的确定等方面均不可在建模方法和模型因子选择以及模型因子权重的确定等方面均不可 避免

19、地带有人为任意性避免地带有人为任意性 3 3 旱灾风险评估的方法体系旱灾风险评估的方法体系 3.2 基于历史旱灾损失频率分析的基于历史旱灾损失频率分析的 旱灾损失风险曲线评估方法旱灾损失风险曲线评估方法 根据某一特定区域的历史旱灾损根据某一特定区域的历史旱灾损 失序列，采用旱灾损失序列的频率失序列，采用旱灾损失序列的频率 分析方法，估计旱灾损失的概率分分析方法，估计旱灾损失的概率分 布，以不同损失的概率水平反映干布，以不同损失的概率水平反映干 旱灾害风险。旱灾害风险。 优点优点 l历史旱灾损失是旱灾风险系统的历史旱灾损失是旱灾风险系统的 演化结果，在统计上可视为未来灾演化结果，在统计上可视为未

20、来灾 情的重现，原理简单情的重现，原理简单 l历史旱灾损失序列资料丰富、演历史旱灾损失序列资料丰富、演 变过程复杂，能反映旱灾风险的不变过程复杂，能反映旱灾风险的不 确定性特征，计算简便，易于从时确定性特征，计算简便，易于从时 间和空间尺度上进行比较间和空间尺度上进行比较 l历史旱灾损失指标用旱灾损失率历史旱灾损失指标用旱灾损失率 可以消除物价和可以消除物价和GDP增长的因素增长的因素 安徽省安徽省17地市农业旱灾风险曲线地市农业旱灾风险曲线 3 3 旱灾风险评估的方法体系旱灾风险评估的方法体系 3.2 基于历史旱灾损失频率分析的旱灾损失风险曲线评估方法基于历史旱灾损失频率分析的旱灾损失风险曲

21、线评估方法 根据某一特定区域的历史旱灾损失序列，采用旱灾损失序列的根据某一特定区域的历史旱灾损失序列，采用旱灾损失序列的 频率分析方法，估计旱灾损失的概率分布，以不同损失的概率频率分析方法，估计旱灾损失的概率分布，以不同损失的概率 水平反映干旱灾害风险。水平反映干旱灾害风险。 不足不足 l假设整个旱灾损失系列是一个随机变量有时不尽合理、需要进行非假设整个旱灾损失系列是一个随机变量有时不尽合理、需要进行非 一致性处理，长系列旱灾损失数据难以获得，无法反映造成旱灾损失一致性处理，长系列旱灾损失数据难以获得，无法反映造成旱灾损失 的不同因素的影响程度的不同因素的影响程度 l评估结果是资料统计单元的区

22、域整体风险，不能反映风险在区域内评估结果是资料统计单元的区域整体风险，不能反映风险在区域内 的空间差异性的空间差异性 3 3 旱灾风险评估的方法体系旱灾风险评估的方法体系 3.3 基于旱灾损失风险成因过基于旱灾损失风险成因过 程模拟的程模拟的旱灾损失风险曲线评旱灾损失风险曲线评 估方法估方法 根据灾害风险系统各要素相根据灾害风险系统各要素相 互作用机制和灾害系统动力学互作用机制和灾害系统动力学 机制，采用历史干旱灾损资料机制，采用历史干旱灾损资料 和灾害过程模拟方法，建立干和灾害过程模拟方法，建立干 旱强度与旱灾损失之间关系的旱强度与旱灾损失之间关系的 旱灾脆弱性曲线旱灾脆弱性曲线，采用致灾因

23、，采用致灾因 子发生概率情景和承灾体社会子发生概率情景和承灾体社会 经济变化情景的设置等灾害情经济变化情景的设置等灾害情 景过程模拟的途径，建立在一景过程模拟的途径，建立在一 定孕灾环境条件下定孕灾环境条件下承灾体损失承灾体损失 风险与旱灾危险性和旱灾脆弱风险与旱灾危险性和旱灾脆弱 性之间的关系性之间的关系。 3 3 旱灾风险评估的方法体系旱灾风险评估的方法体系 3.3 基于旱灾损失风险成因过程模拟的旱灾损失风险曲线评估方法基于旱灾损失风险成因过程模拟的旱灾损失风险曲线评估方法 从灾害风险系统各要素相互作用机制和灾害系统动力学机制从灾害风险系统各要素相互作用机制和灾害系统动力学机制角角 度，利

24、用历史干旱灾损资料和灾害过程模拟方法建立干旱强度度，利用历史干旱灾损资料和灾害过程模拟方法建立干旱强度 与旱灾损失之间关系的旱灾脆弱性曲线，采用致灾因子发生概与旱灾损失之间关系的旱灾脆弱性曲线，采用致灾因子发生概 率情景和承灾体社会经济变化情景的设置等灾害情景过程模拟率情景和承灾体社会经济变化情景的设置等灾害情景过程模拟 的途径，建立在一定孕灾环境条件下承灾体损失风险与旱灾危的途径，建立在一定孕灾环境条件下承灾体损失风险与旱灾危 险性和旱灾脆弱性之间的关系险性和旱灾脆弱性之间的关系 。 优点优点 l可以从不同致灾因子重现期、不同承灾体发展阶段、不同时空尺度可以从不同致灾因子重现期、不同承灾体发

25、展阶段、不同时空尺度 的角度模拟旱灾发展演化过程的角度模拟旱灾发展演化过程 l属于情境模拟的灾害动态风险评估范畴，适用于模拟变化环境下灾属于情境模拟的灾害动态风险评估范畴，适用于模拟变化环境下灾 害风险的不确定性和动态变化过程害风险的不确定性和动态变化过程 l是当前旱灾风险评估研究的主要发展方向和前沿课题是当前旱灾风险评估研究的主要发展方向和前沿课题 4 4 旱灾风险评估的应用模式旱灾风险评估的应用模式 4.1 R图图 系指系指干旱频率旱灾损失曲线图干旱频率旱灾损失曲线图，即干旱事件的发生频率与对，即干旱事件的发生频率与对 应的因旱粮食损失率之间的定量关系曲线图。应的因旱粮食损失率之间的定量关

26、系曲线图。 主要应用主要应用 1）可预估）可预估“某区域在某一抗旱能力条件（灌溉条件）下，不同某区域在某一抗旱能力条件（灌溉条件）下，不同 频率干旱发生可能造成的粮食损失频率干旱发生可能造成的粮食损失” 2）可评估）可评估“某区域在不同抗旱能力条件（灌溉条件）下，同一某区域在不同抗旱能力条件（灌溉条件）下，同一 频率干旱发生可能造成的粮食损失频率干旱发生可能造成的粮食损失” 3）利用）利用R图可确定研究区域合理的抗旱能力区间图可确定研究区域合理的抗旱能力区间 4 4 旱灾风险评估的应用模式旱灾风险评估的应用模式 4.3 P图图 系指系指干旱频率空间分布图干旱频率空间分布图，即表征研究地区在给定

27、旱灾损失率，即表征研究地区在给定旱灾损失率 下干旱频率的空间分布图。下干旱频率的空间分布图。 主要应用主要应用 1）研究给定抗旱能力（不同灌溉水平，例如无灌溉、）研究给定抗旱能力（不同灌溉水平，例如无灌溉、50%、 75%和和100%满足灌溉需水）条件下，给定损失率（如满足灌溉需水）条件下，给定损失率（如5%、 10%、20%、50%、70%）对应的干旱频率（或重现期）的空）对应的干旱频率（或重现期）的空 间分布图间分布图 2）研究地区历史上发生的最大重现期的空间分布图。最大重现）研究地区历史上发生的最大重现期的空间分布图。最大重现 期往往反映的是历史上或某段历史时期内某区域发生极端干旱期往往反映的是历史上或某段历史时期内某区域发生极端干旱 的情况的情况 4 4 旱灾风险评估的应用模式旱灾风险评估的应用模式 4.3 C图图 系指系指旱灾损失空间分布图旱灾损失空间分布图，即表征研究地区在给定抗旱能力，即表征研究地区在给定抗旱能力 （不同灌溉水平，包括无灌溉、（不同灌溉水平，包括无灌溉、50%、75%和和100%）条件下，）条件下， 给定重现期（如给定重现期（如5年一遇、年一遇、10年一遇、年一遇、20年一遇、年一遇、50年一遇、年一遇、 100年一遇）对