国内外洪灾风险评价研究进展

国内外洪灾风险评价研究进展

随着干旱对世界的影响，各国食品安全工程的重要性以及干旱风险的评估和风险管理已成为水资源管理和灾害科学的中心主题。干旱风险管理是一种主动、有备、周密和有效的防旱减灾管理方式。澳大利亚、南非和美国的干旱管理经验表明通过采取一定的管理措施规避风险,能最大程度的减少旱灾损失,为其他国家改进干旱政策和抗旱准备提供了成功的范例。作为旱灾风险管理实践的科学基础,旱灾风险评价愈来愈受到社会各界的广泛关注。因此,理清不同尺度旱灾风险研究的脉络、把握国际旱灾风险研究的发展趋势和动向,对于减轻区域旱灾风险,针对性地提高其抗旱减灾能力具有重要意义。1干旱风险的定义和研究机构1.1干旱风险的定义自然灾害风险是灾害损失的可能性,主要取决于致灾因子、脆弱性和暴露性3个因素,如果3个因素中任何一个因素增加或减少,那么风险就会相应的增加或减少。联合国ISDR定义的风险是由自然或人为因素导致的致灾因子和脆弱性情况之间的关系,所导致的损害结果的可能性或人口伤亡、财产损失和经济活动波动的期望损失,可以用“风险(R)=致灾因子(H)×脆弱性(V)”来表示。张继权认为“自然灾害风险指未来若干年内可能达到的灾害程度及其发生的可能性”,定义“风险=危险性×暴露性×脆弱性/防灾减灾能力”。目前,更多的研究者赞同联合国ISDR的风险表达式。旱灾风险的定义由灾害风险定义衍生而来。美国国家干旱减灾中心的主任Wilhite博士将旱灾风险定义为:干旱灾害显现(即发生的概率)和社会脆弱性的结果。旱灾风险分为致灾因子本身发生的可能性、承灾体系统抵御灾害造成破坏和损失的可能性,即致灾因子风险和成灾风险。旱灾风险应当包含自然和社会经济两层含义:第1层含义是干旱这种自然现象发生的可能性,即某些干旱强度指标的概率分布;第2层含义则是指通过与孕灾环境和承灾体的相互作用后,干旱事件所导致损失(称之为旱灾损失)发生的可能性,即旱灾损失的概率分布。综上,旱灾风险的定义基本都强调了旱灾发生的可能性和造成的可能性损失。旱灾风险的本质取决于3个因素:干旱致灾因子的危险性、承灾体的暴露性和脆弱性,某个区域旱灾风险的大小是这3个因素综合作用的结果。1.2适应能力函数风险性作为灾害系统的重要属性,与灾害系统的其他概念有着密切的关系。UNDP提出“脆弱性是由灾害影响所破坏的尺度和可能性来决定的自然、社会、经济、环境各个因素间的共同作用而产生的一种人类社会状态或过程”。在早期的脆弱性研究中,多数学者认为脆弱性包含恢复性。IHDP在2005年1月的研究通讯中推出“跨学科的脆弱性评估框架”,指出“作为适应者的脆弱性不仅是暴露水平、敏感性和适应能力的函数,而且还包括适应者对变化和风险的认知过程,对适应方式的权衡和选择”。联合国UN/ISDR认为“恢复性是系统为了达到和保持功能和结构的一个可接受的水平,通过抵抗和变化来适应暴露于潜在致灾因子的系统和社会的能力”。IPCC在2001和2007年的第三次、第四次评估报告中,均定义适应性为“系统适应气候变化(包括气候变率和极端气候事件)、减轻潜在损失、提高利用机会或对付气候变化后果的能力”,重点关注应对气候变化的适应能力对脆弱性的影响。根据以上概念,脆弱性、适应性和恢复性属于承灾体对致灾风险所表现出的不同属性与响应方式。脆弱性强调承灾体遭受灾害打击时易于遭受破坏和损失的性状,更多地强调系统内在的结构和功能的不利性,表现为承灾体自身容易受损失的大小和概率;恢复性则更多地强调承灾体抵抗灾害和从灾害中恢复重建的能力,强调系统各要素所做出的积极应对行为,注重主体能动性,即正向响应;适应性是指系统受到灾害打击时,系统内各个要素适应系统变化后的状态,多指被动改变自身结构来适应环境变化后的能力。风险性则反映了孕灾环境和致灾因子强弱与适应性大小的时空匹配结果。风险性与系统的脆弱性、恢复性、适应性之间存在复杂的相互影响的机制。因此,加强四者之间的系统研究,有助于揭示旱灾风险性的内在机制和评价结果的有效性。1.3国内干旱风险的研究长期以来,世界上一些干旱频发的国家,如美国、加拿大、澳大利亚、印度、南非、以色列等国家积极开展了一系列旱灾风险研究和抗旱工作,包括制定干旱政策法,研究抗旱战略和规划,建立干旱早期预警与监测反应机制等。美国、澳大利亚和印度都成立有专门的国家干旱研究中心。其中,美国NOAA干旱信息中心、美国内布拉斯加大学的国家干旱减灾中心(NDMC)、欧洲干旱研究中心(EDC)以及澳大利亚国家气候中心等的门户网站都定期发布旱灾风险的研究成果。20世纪90年代以来,中国为响应“国际减灾十年活动”,气象、水利、农业等部门和科研机构开展了大量旱灾风险研究。2004年,国家气候中心和中国干旱气象网站,分别发布全国逐日和旬干旱综合监测公报。2005年,国家水利部减灾中心成立了我国专门研究旱灾的研究机构——旱灾及对策研究室,该室与防办系统密切配合,2008年发布了《旱情等级标准》(SL),第一次引入了旱情频率的概念,提出了适用农业、牧业、城市旱情和城乡居民因旱饮水困难,以及区域旱情综合评估的指标体系及等级标准。2007年我国成立了国际减轻旱灾风险中心,发布全国每旬的干旱风险监测报告和分布图。2008年,水利部防洪减灾研究所正式更名为水利部防洪抗旱减灾研究中心。自此,我国的旱灾风险研究得到大范围开展。另外,关于干旱风险的科研机构和研究中心从不同角度开展了研究。例如:中德干旱环境联合研究中心、国家半干旱农业工程技术研究中心、中国科学院寒区旱区环境与工程研究所、中国科学院新疆生态与地理研究所、北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室、干旱与草地生态教育部重点实验室等。2对全球和洲国家灾害风险评价的重视当今国际的灾害风险评估正逐步趋于标准化和模型化。在全球研究层面上,UNDP开展了全球范围的“灾害风险指数系统”(DisasterRiskIndex,DRI)研究项目,而世界银行联合哥伦比亚大学也进行了全球性的“灾害风险热点区研究计划”(HotspotsProjects)。在大洲尺度上,“美洲项目”(AmericanSystem)对美洲国家灾害风险管理相关方面进行系统定量的评价。这三大国际灾害风险研究项目,均是基于全球级别的灾害数据库,构建损失风险评价指标,进行灾害风险建模与评价。通过一些指标、分值、分级过程,评估全球尺度下的风险水平。因其数据易于获取、评价过程与方法简便可行,目前在全球和大洲尺度上的风险评价应用最为广泛(表1)。另外,IPCC的第三次评估报告全面阐述了全球气候变暖尤其干旱对世界各地造成的危害风险,指出非洲南部、北部和西部的沙漠化更加严重;亚洲南部、欧洲南部、拉丁美洲和北美洲旱灾会更加频繁。3国家标准干旱风险评价研究3.1干旱风险及预警指标在全球气候变暖,极端干旱事件增加的背景下,国内外对大中尺度的干旱天气灾害机理研究比较早也比较深入。为了更好地从区域旱灾形成机制上理解风险性,有必要开展气候背景的研究。早期的旱灾风险评价研究,开展较多地是从气象干旱形成机理和评价指标的角度进行的旱灾风险识别研究。在国家尺度上,大多依据事先拟定的干旱等级及其标准,应用气象干旱指数,对干旱事件进行早期识别以及风险评价,进行干旱开始、结束以及干旱风险程度研究。20世纪60年代以前,国际上旱灾风险研究多强调自然降水因素,认为干旱是自然降水不足或变率大的结果,研究成果多是根据自然降水变异的观测统计资料进行。1965年Palmer提出了目前国际上应用最为广泛的帕尔默干旱指标(PDSI)。在作物生长季节,美国商务部和农业部联合发布的《作物与天气周报》上常常给出美国各气候分区的PDSI值。1994年,标准化降水指数SPI指数被广泛应用于美国的干旱风险监测。此后,该指数还被美国国家干旱减灾中心和西部区域气候中心用于监测美国各州的气候干旱分异水平。1999年开始,美国干旱减灾中心、农业部、NOAA的气候预测中心和国家数据中心每周发布一次干旱监测图。LeHouorou和Gommes等人分别用可靠降水指数(DI)和国家降水指数(RI)研究非洲大陆的干旱。级差指数法被澳大利亚干旱监测系统(ADWS)广泛应用。1956年,杨鑑初等利用降水特点分析了中国黄河流域的干旱问题。1981年,中国中央气象局气象科学研究院选用降雨量的标准差指标绘制出中国500年旱涝图集。根据国家有关规定和实际情况,我国干旱预警应急等级按照灾害严重性和紧急程度,分为特大干旱、重旱、中旱和轻旱4级,分别用红色、橙色、黄色和蓝色表示。2006年中国国家气象局颁布了国家标准《气象干旱等级》(GB/T20481-2006),旨在规范全国通用的,能够客观描述干旱发生、发展等过程和程度、范围的风险等级标准。3.2农业干旱风险评价国内外学者对旱灾做了大量的研究,以“drought”为关键词(截止于2009年8月)在ISIwebofknowledge学术期刊检索系统中检索量达2万条以上(25961条),而以旱灾风险(droughtrisk)为关键词的论文达到797篇,并且大多集中于20世纪90年代以后,而涉及到农业旱灾(agriculturaldrought)风险方面的文献达到469篇,约占droughtrisk文献量的60%。可见目前所有区域尺度研究中,农业旱灾风险评价研究较多。目前,国家尺度上农业旱灾的风险评价大多针对农业旱灾及其影响的农业系统要素进行量化和评估。例如,Richter基于Sirius作物生长模型,从气候变化对最大土壤湿度和由于干旱造成的小麦减产量的角度进行了英格兰和威尔士的小麦干旱风险评价。ShamsuddinShahid等通过构建标准化降水指数SPI、粮食产量、灌溉面积比、农业人口等指标体系,对孟加拉国农业旱灾风险进行了评价。Huth等运用APSIM模型分析两种桉树品种的生长特征、水资源利用率和死亡率,对澳大利亚桉树的干旱风险进行了评价。3.3干旱风险分析持续干旱能导致饥荒以及严重的粮食危机。全球有些地区由于气候变化、落后的农业、对农业的高依赖性等,使得应对干旱和饥荒的能力非常脆弱。在环撒哈拉的非洲国家,由于频繁出现的饥荒的影响,如何保证粮食和用水安全成为这些国家发展的着重点。在研究非洲干旱与饥荒的基础上,Bohle等学者提出了干旱饥荒的脆弱性模型,提出了在非洲国家改进饥荒早期预警和反映系统的途径。因此,旱灾风险分析中的脆弱性分析应该是干旱早期预警系统的一个补充,它能显示哪些地区会首先经受干旱的影响,哪些地区应在人道主义上得到优先援助。2004年,FAO从消除贫困,减少饥饿的角度,参考联合国所属的国际农业发展基金会(IFAD)提出的可持续性生计方法的评估体系(SLA),提出了针对粮食安全的生计脆弱性评估指标体系,FAO将生活在干旱易发区、基础设施薄弱的低收入人群归为脆弱性人群。从1998-2002年分别在贝宁、危地马拉、尼泊尔、阿富汗、越南完成了国家尺度的脆弱性人群评估工作。与此同时,IPCC也陆续发表了气候变化对农业和食物系统影响的评估报告,开展了大量相关工作。世界粮食计划(WFP)的“脆弱性分析与和制图项目”在中国扶贫项目区选择中进行了应用,并把扶贫单位的各种信息反映在地图上。鉴于目前地方脆弱性的研究集中于发展中国家,美国农业部经济研究局于1997年开始编制和发布美国居民粮食安全状况的报告,报告中采用问卷调查法进行评估。3.4干旱风险评估国外在旱灾风险管理与减轻方面进行了大量的实践和研究。1996年的美国大旱引发了一系列政治行动,成立了由“西部州长联合会”支持的“西部干旱协调委员会”;1998年,美国国会通过了《国家干旱政策法》,并在各州分别建立了干旱风险规划。基于风险的干旱管理和抗旱预案己成为美国干旱政策的重要组成部分。2001年,美国国家减灾中心开展了旱灾风险评价与管理基础理论方面的系统研究,提出了基于风险评价的10个步骤的干旱规划与预案方法。2002年美国颁布了《国家干旱预防法》。日本从20世纪80年代起制定“综合治水对策”,要求开展洪涝、干旱风险评价和风险管理的研究。2002年,南非制定了《农业风险保险法案》,以帮助那些最不能承受因旱而导致农作物和牲畜损失的农民获得收入,2004年,又制定了防旱管理战略。我国的抗旱减灾模式已由“危机管理”正在开始转向“干旱风险管理”的模式。2006年,国务院发布了《国家防汛抗旱应急预案》。2007年,我国成立了国际减轻旱灾风险中心,侧重开展亚洲地区干旱风险监测与评估,并于2008年开始《中国减轻旱灾风险国家报告》的编写。2009年2月,我国第一部规范抗旱工作的法规《中华人民共和国抗旱条例》已经颁布施行。国家防汛抗旱总指挥部办公室指出了近期推行干旱风险管理的工作重点,包括全面推行抗旱预案制度;建立抗旱物资储备制度;探索旱灾保险机制等。世界上有许多国家开设了灾害保险,险种涉及地震、洪涝、风暴、火山爆发、滑坡和雪崩灾害等。农业旱灾保险是减轻旱灾风险规划中必需的技术参数,目前在美国、加拿大、澳大利亚、西班牙、日本等国家开展的相当普遍。我国的灾害保险正在发展中,不仅险种少,而且管理水平较低,而针对旱灾的保险基本空白,处于探索阶段。我国第一批小麦旱灾保险在2009年中国北方大旱中尝试使用赔付。4区域规模干旱风险评价与风险研究4.1干旱风险和气候条件目前地区尺度的旱灾风险研究主要集中于干旱常发区,研究方法以构建干旱风险因素指标,进行概率统计和区域特征分析为主。例如:,关注非洲大陆干旱区和半干旱区的旱灾风险、澳大利亚东部干旱区的旱灾风险、北美大平原地区的旱灾风险、中国干旱最严重的西北地区的旱灾风险和气候变化趋势。而对于干旱发生频率较小地区的风险评价研究比较薄弱。地区尺度的旱灾风险评价是研究其他尺度的旱灾风险的切入点,可为实现空间尺度上推(全球和国家尺度)和下推(县乡农户尺度)旱灾风险评估结果的转换提供依据,也可为不同地区降低旱灾风险提供决策依据和现实模式。地区尺度的旱灾风险研究重点集中于干旱常发的典型区。地区环境背景是旱灾发生的重要前提,自然资源和自然条件(水/土资源、气候和环境特征等)因地区范围不同而不同。不同地区的社会经济条件、科技发展水平也不同,决定了旱灾承灾体遭受旱灾打击的脆弱性和恢复、适应能力差异。4.2对于中国气候企业管理风险的综合评价以农业系统为承灾体的旱灾风险研究,目前主要集中在以下两个方面的研究:一是分析对农业不同损失程度的旱灾灾情所发生的概率风险。农业旱灾灾情损失程度可用受灾面积和减产等级两个指标评价,所以可分为受灾面积风险分析和减产等级风险分析。二是在“致灾因子危险性分析—承灾体脆弱性分析—恢复性分析”的框架内,进行综合风险评价。例如,JiquanZhang采用人类生存环境风险评价法,选取了干旱灾害的时间、范围、强度频率,持续强度和受灾区区域经济发展水平等指标,评价了中国松辽平原玉米的旱灾风险。Stephen等通过对肯尼亚Laikipia地区连续无雨日、土壤有效水、作物产量和经济能力等因素的分析,将气象干旱、农业干旱和社会经济干旱联系在一起进行旱灾风险评价。可见,第1种研究以受灾风险评价为主,方法较为简单易行,但没有从灾害系统的角度进行综合评价;第2种综合风险评价研究还处于探索阶段,如何合理构建农业系统的脆弱性和恢复性指标体系是重点和难点所在。4.3干旱风险分析目前针对农作物承灾体的旱灾风险评价研究逐渐深入,多数研究都是利用作物模型定量模拟特定干旱指标(降水量,作物水分亏缺等)与作物生物量之间的关系,对作物因旱损失进行微观风险评价。Yamoah对美国内布拉斯加州玉米产量和标准化降水量指数(SPI)进行统计分析,进而评价了玉米受旱的风险。朱自熹等以降水负距平表示冬小麦不同生育时期的干旱强度指标,对华北地区冬小麦干旱风险进行了评估分区。杨小利综合考虑水分亏缺率,持续时间、作物水分敏感度等几个因素,应用小波分析方法分析了陇东地区冬小麦、玉米生育期不同时段旱灾指数的多时间尺度特征。ZornitsaPopova利用CERES作物模型对保加利亚首都索菲亚地区的不同作物产量损失风险评价,给出了作物生物学干旱频次,准确地控制灌溉和排水时间来减轻年际之间产量损失的风险。王志强基于EPIC模型模拟了作物水分胁迫与小麦减产率之间的脆弱性曲线,并以此对中国小麦旱灾风险作出评价。农作物旱灾风险评价研究已从统计学角度转向作物生长的机制过程。脆弱性曲线为农作物承灾体的旱灾风险评价提供了新的思路,它可通过承灾个体的脆弱性反映区域总体脆弱性特征,目前真正能表现致灾因子和承灾体特性的致灾指数和脆弱性曲线的综合研究还比较薄弱。5地方标准干旱风险评价与研究5.1区域干旱风险评价旱灾是造成农业损失最大的自然灾害类型。在中国,从全国尺度上看,县级行政单元是构成减轻旱灾风险管理的最小基本单元。针对我国旱灾频次高值区与农业承灾体的区域组合特点,确定3个典型县研究区:雨养农业(兴和县)、灌溉农业(邢台县)和水田农业(鼎城区),北京师范大学对这3个典型县域已开展较多的旱灾研究,多集中于农作物或人口承灾体的脆弱性或恢复性评价,对于典型县的旱灾风险评价目前也作出初步尝试。而一些学者基于指标构建和数学统计的方法,对特定县域的旱灾风险做出评价,例如:商彦蕊对河北省138个县,刘兰芳等对湖南省衡阳市、王积全等对西部干旱区的甘肃省民勤县等的旱灾风险进行了评价。Kulapramote利用遥感影像和GIS技术,通过构建:土壤排水能力、地形坡度、灌溉面积、连续降雨日数、年均降雨量等指标体系,对泰国曼谷LopBuri县的旱灾风险进行评价和制图。从以上研究可知,在相同或相近的致灾强度作用下,县域内的种植结构、农业抗旱投入、水利设施建设与管理水平、经济结构和经济水平等构成影响县域旱灾风险水平差异的主导因素。提高县域内农业旱灾系统的恢复力和适应能力,是有效降低农业旱灾风险的重要途径。5.2干旱风险影响从微观的家户视角看,农户是从事农业生产的基本单位,是旱灾打击的直接和最终对象,也是灾后政府救助工作实施的最小单位。作为一个可以适应区域生态-经济环境,并可以整合到当地社会经济系统中的最基本单元,农户也是最易受旱灾破坏的单元。目前的案例研究以野外调查和问卷访谈为主。例如:陈风波等通过对广西、湖北、浙江5村153户农