1、流域洪水風 險分析與定量評估1引言我國的洪澇災害從出現頻率、影響范圍到造成的損失都是世界 最為嚴重的國家之一。據統(tǒng)計，在過去的 2000多年中，中國發(fā)生的 有史料可查的重大洪水災害就達 1600余次。新中國成立以來，經過 40多年的治理，全國江河流域的防洪形勢有了重大改觀。但是，由 于洪水的影響因素眾多和人類對自然界認知的局限性，目前尚無法從確定性的角度預知未來相當長時期內洪水發(fā)生的確切時間和真實過 程，加之經濟條件的限制和出于環(huán)境方面的考慮，洪水災害目前還難以徹底防范或根本消除。近年來，隨著人口的持續(xù)增長和經濟的迅猛 發(fā)展，我國洪澇損失具有逐年增大的趨勢。在新形勢下，建立洪水風 險的概念，使

2、人們經常認識到洪水發(fā)生的可能性和洪災的后果，將有助于機構和個人更好地防范洪水災害。洪水風險是指未來可能引起災害性后果洪水發(fā)生的概率或頻率，洪水風險圖則是對洪水風險及后果定量化和圖形化的體現。一般，洪水風險圖應該是三位一體的組合：（1）流域洪水發(fā)生的頻率；（2）流域類洪水的淹水區(qū)域分布及有關說明；（3）洪水災害可能造成的各類損失。洪水風險圖可以使人們更直觀地了解和認識到災難性洪水發(fā)生后可能的水文后果和災害損失概況，及時做好防御洪水的準備，以防 患于未然。防洪決策人員可以對于流域重大的洪澇災害發(fā)生的原因和 可能后果做到胸中有數，在災情即將發(fā)生或已經發(fā)生時，能夠做到臨 危不亂，迅速制定合理的調度方案

3、和采取正確搶險救災措施，將洪災損失減少到最小程度。2分析流域洪水淹沒狀況的方法實際洪水法實際洪水法的基本假定是流域自然地理特征保持基本不變條件下，洪水具有重現性。因此流域歷史上已經發(fā)生過的大洪水實際淹沒 實況，可以作為現在和未來同類洪水重現時的淹沒狀態(tài)。 分析歷史洪 水淹沒實況主要有以下幾種途徑：（1）對于近期發(fā)生的洪水，利用流域實測水文資料和災情資料可以較為可靠地分析洪水特性及相應的淹沒范圍、淹沒深度和淹沒時 間。（2）對于缺乏資料或年代較為久遠的洪水，可以通過調查考證的途徑1分析洪水發(fā)生時的淹沒情況。調查考證的內容包括對沿洪 水路徑洪痕調查，查閱有關洪澇災情的歷史文獻記載，走訪洪泛區(qū)居（3

4、）洪水徑流是塑造地貌的重要外力，洪流的侵蝕、搬運和堆積作用形成的洪水地貌包括廢河道、天然沖積堤、沖積扇（洪積平原）、 河漫灘（沖積平原）、沼澤地、三角洲等2。通過對洪水地貌分析， 可以大致上分析出洪水徑流的強度、 范圍和水深，作為分析淹沒實況 的依據。（4）對于河流早已改道遠古時代發(fā)生的大洪水，可以通過水文 地質地貌分析并結合水力學方法估計古洪水的水位和流量，近似推算 古洪水重現時的淹沒情況。實際洪水分析途徑主要適合于天然流域，一般不能估計流域城市化、防洪工程和防洪措施的效應。水文學和水力學方法水文學和水力學方法是根據流域現狀或規(guī)劃條件下土地利用特征和工程條件，采用水文學和水力學方法分析推求流

5、域洪水泛濫后的 淹沒狀況。目前國內外流行的水文學和水力學方法和模型眾多，采用何種方法和模型應該針對流域水文地理特征、工程調度方式、資料條 件以及計算精度來選擇應用。（1）由設計暴雨推求設計洪峰或設計洪水過程線可以采用水文 學方法，如推理方法、徑流系數折算法、先損后損法、下滲曲線法、 降雨徑流相關圖法、蓄滿產流模型、超滲產流模型 5等。（2）由設計洪峰推求河道洪水位，可采用水面曲線法、回水曲 線法、經驗公式等。位于河道洪水位以下的區(qū)域可作為可能的洪水淹 沒區(qū)域作進一步分析。（3）由設計洪水過程線推求水位過程線，常用的水文學方法包 括單位線法、等流時線法、抵償河長法、馬斯京根法、調蓄演算法3 等。

6、（4）對于河網匯流或坡面漫流計算采用水力學方法比較合適，如一維非恒定流和二維非恒定流方法4，以及它們的簡化形式等。采用水力學方法可以根據分析要求推求河道或流域水深、流量、蓄水量的時空分布。水文學和水力學方法計算結果頻率概念明確，可以分析和模擬土 地利用、工程建設、調度方式、邊界條件變化情況下的洪水狀態(tài)，在 洪水風險分析中應用較為廣泛。3洪災損失統(tǒng)計評估流域社會和經濟特征統(tǒng)計對流域的社會和經濟數據應分門別類進行統(tǒng)計或估算。各種資料來源 應盡可能，可以采用當年或上年度本地區(qū)社會和經濟統(tǒng)計年鑒。 在有 條件情況下，應該直接去當地收集最新和更詳細的資料， 以滿足洪災 損失估算的要求。需統(tǒng)計的基本資料包

7、括：城鎮(zhèn)和村鄉(xiāng)人口、土地利用情況、耕地面積；各工礦企業(yè)固定資產和工業(yè)產值；農、林、牧、畐V、漁業(yè)產值及固定資產；單位和居民固定資產；服務和社會性行業(yè)產值和固定資產；公路、鐵路、通信、供水、供氣等各類生命線的分布；參加洪水保險的企業(yè)、居民數和保險金額。洪災損失評估一般，洪災損失評估內容包括這樣幾個方面：災害影響的范圍和強度。范圍用面積或區(qū)域表示；災害強 度定性為若干級，如特大、重大、大、中、小等；造成的經濟損失。按工業(yè)損失、農業(yè)損失、商業(yè)損失、居 民損失、其它行業(yè)損失等分類統(tǒng)計，也可以分地區(qū)統(tǒng)計；生命線受害統(tǒng)計。所謂生命線系指交通系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、 供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、郵電系統(tǒng)等，一般可按系統(tǒng)中斷

8、時間計；人員傷亡數目;環(huán)境污染及疾病傳播情況；社會影響。經濟損失評估是災情評估的主要內容，但人員傷亡、水源污染、 疾病流行、社會不安定、生命線受損影響等是無法用貨幣表示的無形 損失，在評估過程中須單列考慮。洪水災害所造成的經濟損失包括直接損失和間接損失。 直接損失 主要是由于洪水直接淹沒所造成的集體及個人財產損失；間接損失指由于洪水期交通、電力中斷，廠房、設備受損等造成的產品成本增加 及停產、誤工損失，以及合同無法按期完成的違約損失等，還包括防 洪搶險、災民撤離、疾病防治、災后恢復等費用。由于對間接損失的 詳細分析和精確估計是很困難的，一般是根據典型實例的調查結果或 經驗估計得出間接損失占直接

9、損失的百分數來作為間接洪災損失估 算的依據。對于不同災區(qū)，由于地形地貌、經濟狀況、季節(jié)、淹沒程度、搶 救措施的差別，洪災損失是不同的。但對于確定地區(qū)，洪災損失的影 響因素主要是淹沒程度。如果資料充足，能夠分區(qū)分類建立洪災損失 與淹沒水深、淹沒歷時之間的相關系，則災情損失評估結果更為方便 和可靠。4洪水風險圖繪制針對某一風險的洪水，根據分析和計算洪水淹沒的范圍、 深度及 相應的經濟損失，按一定的規(guī)格描繪和標明在流域地形圖上， 便得出 洪水風險圖。洪水風險圖采用大比例尺地形素圖勾繪而成， 比例尺大小可根據 流域面積、洪水頻率、淹沒范圍、資料條件以及精度要求而定。在勾 繪洪水淹沒范圍的邊界時，要考慮

10、洪水的可能路徑，結合地形情況， 由比較熟悉當地地形且有經驗的技術人員繪制， 最好在實地查勘后進 行。對可能淹沒區(qū)域，應設置彩色編碼區(qū)，其顏色及深淺可以表示淹 沒深度的變化。風險圖上應標注重要部門和單位，如政府機關、大型 廠礦企業(yè)、學校、醫(yī)院、金融機構、居民區(qū)、村鎮(zhèn)，以及重要設施， 水利工程，交通樞紐，通訊線路等。另外，圖上應明確標明緊急情況 下人員轉移、疏散的路線及地點。圖的下方有專門說明框，簡要說明 洪水風險圖的基本特性，包括暴雨洪水頻率、淹沒區(qū)域、淹沒水深、 淹沒歷時、流域社會經濟主要特征值、淹沒區(qū)經濟損失評估結果等。 另外還需說明風險圖上各種標記、代號的含義。洪水風險圖繪制完成后，應出具

11、一份編制說明，內容主要包括：流域水文、氣象和地理特征，排水系統(tǒng)和水利工程概況， 歷史上典型洪澇災害特點及后果；流域社會經濟特征統(tǒng)計;（3）分區(qū)域闡述風險圖上洪水災害的特點和性質，災害后果和 經濟損失；（4）洪水風險圖的制作依據、方法和存在問題；（5）洪水風險發(fā)生時的應急措施；（6）洪水風險圖的應用范疇；（7）其它說明事項。5結語流域洪水風險圖可以定量和直觀地描繪遭受洪水淹沒風險的區(qū) 域和洪災造成的損失，屬流域非工程防洪措施之一。通過洪水風險圖 提高了全民防洪意識，為各級政府指揮抗洪提供了決策依據， 具有現 實的社會效益和經濟效益。本文簡要論述和分析了適合于流域洪水風險圖編制的一些方法， 側重討

12、論了推求洪水淹沒狀態(tài)的若干途徑以及洪災損失統(tǒng)計評估的 內容。雖然其中的一些理論和方法還不夠成熟和完善， 但出發(fā)點是希 望有助于流域洪水風險圖編制工作的深入開展。 今后將在洪水風險分 析領域作進一步的研究工作。簡介：水庫防洪調度風險分析是極其復雜的多目標風險評價問 題。在前人研究工作的基礎上，闡述了水庫防洪調度風險分析 的含義，從水庫調度風險分析的特點、范圍、對象和規(guī)模上對 其在國內研究進展進行分析，進而對水庫防洪調度風險分析發(fā) 展趨勢進行展望。關鍵字：水庫,調度,防洪,風險分析？由于洪水設計計算、洪水預報、水庫調度等諸方面存在眾多不確 定性因素，在汛限水位抬高后，有可能導致水庫防洪運用過程中出

13、現 風險。為了實現興利效益與防洪目標的最佳結合， 需對不同汛限水位 相應的防洪風險進行分析，為防汛限制水位的正確選擇提供科學依 據。一、水庫防洪調度風險分析的含義1風險的含義風險包括兩方面的含義：一是指風險意味著出現了損失，或者是 未實現預期的目標值。二是指這種損失出現與否是一種不確定性現 象，它可用概率表示出現的可能程度， 而不能對出現與否做出確定性 判斷。水庫防洪調度風險的含義有關水庫防洪調度風險的定義較多， 概括起來，泛指在特定時空 環(huán)境條件下，水庫防洪調度運用過程中所發(fā)生的非期望事件。水庫防洪調度風險分析的含義水庫防洪調度風險分析是指對水庫防洪調度中存在的各種風險 進行識別、估計、評價

14、，并在此基礎上優(yōu)化組合各種風險管理技術， 作出風險決策。二、水庫調度風險分析在國內的研究現狀20世紀80年代初，水庫運用風險問題在我國已經引起重視，經 過20多年的研究，取得了一些成果。根據水庫防洪調度風險分析的 特點、范圍、對象和規(guī)模的不同，可分以下幾個類型。水庫來水預報風險分析宋榜科等以柴河水庫為例，詳細地介紹了水庫雨情自動測報系統(tǒng) 的風險分析方法，首次將“重現期法” “安全系數法”引進到水庫雨 情自動測報系統(tǒng)的風險分析中。徐玉英等將改進的一次二階矩法應用 于水庫洪水預報子系統(tǒng)的風險分析中，對水庫洪水預報子系統(tǒng)的風險 做了定義和描述，并對風險率進行了定量計算。王本德等將標準風險 評估方法應

15、用到水庫洪水標準的風險分析中， 并以柴河水庫為例說明 水庫洪水標準的風險分析方法是可行的。水庫調度風險分析田峰巍等結合黃河干流水庫調度，對實施運用中的徑流用水預報 值、誤差修正、風險決策等幾個關鍵問題進行了研究。馮平等根據風 險決策理論，通過概率組合方法估算了水庫的實際防洪能力，然后與水庫的設計防洪標準進行比較，判斷水庫提高汛限水位的可能性，并 通過風險效益的分析定量給出合理的汛限水位。 黃強等針對水庫調度 風險問題，著重探討了定量風險分析方法中的概率與數理統(tǒng)計分析 法、模擬分析法、馬爾柯夫過程分析法和模糊數學分析法，引入了不 同的風險決策方法。傅湘等以三峽水庫為研究對象，采用系統(tǒng)分析方 法建

16、立了水庫汛期限制水位的風險分析模型，幫助決策者作出符合科 學原則的風險決策。水庫防洪泄洪能力風險分析徐祖信等提出了開敞式溢洪道水力設計中風險的計算模式，將JC法用于泄洪風險。鄭管平等綜合考慮了水文和水工方面的不確定因 素對溢流壩泄洪能力的影響。姜樹海用 JC方法進行了泄水構件免空 化概率極限設計的計算和分析。金明系統(tǒng)研究了水力不確定性在防洪 泄洪系統(tǒng)風險分析中的作用。儲祥元以 FOSMfe進行參數估計，以MC 法結合擬優(yōu)選擇的辦法求得泄流能力的最佳概率模型。姜樹海推導了 調洪演算Ito方程，求解了與泄洪風險率緊密相關的庫水位過程的概 率密度分布。朱元牲等就水庫安全設計與垮壩風險問題進行了研究，

17、 認為設計標準應因地而異和因時而異。 楊白銀等研究了單一和梯級水 庫兩種泄洪風險分析模式，將 JC法引入水庫泄洪風險分析計算中。王長新等對泄洪消能風險計算的JC法和MC法進行了對比。姜樹海建 立了漫壩失事的隨機模糊風險分析模型。 熊明提出了大壩防洪安全風 險計算的原則、方法及適用條件等。水庫多目標風險分析王本德等建立了水庫防洪實時風險調度模型，該模型考慮了水庫 下游防洪效益與水庫風險兩個目標。1991年，國內專家選用某 水利 工程防洪、發(fā)電、航運、建設投資和移民費用等作為該水利樞紐經濟 風險分析的基本風險變量，采用三角形分布求得基本風險變量的概率 分布，然后用蒙特卡洛法推求該工程總體經濟效益的

18、概率分布。1995年，針對期望值方法的不足，將分區(qū)多目標風險分析方法應用到防 洪系統(tǒng)的最優(yōu)規(guī)模決策之中，充分考慮了防洪安全、經濟發(fā)展和洪災 風險之間的關系，以利于正確優(yōu)選防洪體系和相應的規(guī)模。1998年結合水電工程的實際，建立了經濟評價多目標風險分析模型， 提出利 用風險概念，結合改進后的ELECTRE-方法，同時利用隨機優(yōu)選法結 合線性分配法來求解上述模型，然后再用集結技術進行方案的最后排 序，以利于好中取優(yōu)。三、存在的不足及發(fā)展趨勢經過20多年的努力，水庫防洪調度風險分析研究取得了許多可喜的 成果，但由于水庫調度系統(tǒng) 結構復雜，涉及面廣，影響因素眾多，無 論在理論、方法上，還是在應用上都尚未達到完善的地步。1對多目標、多因素重視和研究不夠目前水庫防洪調度風險分析只考慮單目標或單因素，造成水庫防洪調度風險分析的結果缺少客觀實用性。因此，今后在水庫防洪調度 風險分析中，應綜合考慮多目標、多風險因素下對水庫防洪調度的影 響，使風險分析的結果更好的指導水庫的實際運