風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理研究綜述

風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理研究綜述

1風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估概述風(fēng)暴潮是中國的主要海上災(zāi)害之一，幾乎只發(fā)生在中國沿海地區(qū)。登陸我國的臺(tái)風(fēng)和強(qiáng)溫帶天氣過程往往造成風(fēng)暴潮災(zāi)害,其成災(zāi)頻率高、致災(zāi)強(qiáng)度大,造成的人員和經(jīng)濟(jì)損失慘重,僅2012年因風(fēng)暴潮災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)到126.29億元。風(fēng)暴潮災(zāi)害主要是由異常的風(fēng)暴增水使潮位大幅升高而形成,致災(zāi)因子不僅包括風(fēng)暴潮,還包括天文大潮、近岸浪及其三者之間的耦合作用,甚至還會(huì)與上游洪水形成“三碰頭”或“四碰頭”災(zāi)害現(xiàn)象,風(fēng)暴潮不僅會(huì)導(dǎo)致港口、碼頭、堤壩等遭受毀損,還包括堤壩被沖垮后,海水漫灘使得沿岸房屋、農(nóng)田、養(yǎng)殖等受淹而發(fā)生災(zāi)害。風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是風(fēng)暴潮災(zāi)害損失發(fā)生的可能性及不確定性的度量,由于風(fēng)暴潮致災(zāi)因子的多樣性和承災(zāi)體的特殊性,風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)比其他災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)具有更大的不確定性。國外對(duì)風(fēng)暴潮的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估開展了許多卓有成效的研究,并研發(fā)了多種風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估產(chǎn)品。美國國家海洋和大氣管理局、美國國家颶風(fēng)中心等行業(yè)部門與地方政府聯(lián)合自20世紀(jì)90年代開始進(jìn)行風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,主要考慮不同強(qiáng)度等級(jí)熱帶氣旋的風(fēng)暴潮并制作最大增水產(chǎn)品,供地方政府決策部門、保險(xiǎn)公司和社區(qū)群眾等使用。日本基于歷史典型海洋災(zāi)害案例研究,結(jié)合土地利用和孕災(zāi)環(huán)境現(xiàn)狀,在政府主導(dǎo)下綜合考慮風(fēng)暴潮致災(zāi)因子危險(xiǎn)性以及沿岸承災(zāi)體分布現(xiàn)狀,制作最大淹沒范圍分布圖、最大淹沒水深分布圖及應(yīng)急疏散圖,用于沿海社區(qū)海洋災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)。1995年美洲國家聯(lián)合開展的加勒比海減災(zāi)項(xiàng)目開發(fā)了熱帶風(fēng)暴災(zāi)害分析系統(tǒng)TAOS(TheArbiterofStorms),模擬強(qiáng)風(fēng)、降雨、風(fēng)暴潮、海浪等致災(zāi)因子全過程情景并分析其綜合危險(xiǎn)性,綜合考慮當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),制作風(fēng)暴潮災(zāi)害圖和脆弱性等級(jí)圖用于人員疏散、避災(zāi)點(diǎn)建設(shè)等。借鑒國外已有研究成果,科學(xué)地認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),對(duì)我國風(fēng)暴潮災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)對(duì)策研究以及建立我國的風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防范體系有重要意義。本文系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外風(fēng)暴潮危險(xiǎn)性、脆弱性以及綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究進(jìn)展,對(duì)典型重現(xiàn)期風(fēng)暴潮估計(jì)、可能最大風(fēng)暴潮計(jì)算、風(fēng)暴潮物理脆弱性和社會(huì)脆弱性分析以及風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)用進(jìn)展及不足進(jìn)行總結(jié)和分析,并提出了我國風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估急需解決的問題以及未來的研究重點(diǎn)。我國是世界上少有的同時(shí)受臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮和溫帶風(fēng)暴潮災(zāi)害影響的國家,渤海灣一帶溫帶風(fēng)暴潮災(zāi)害尤為嚴(yán)重,目前溫帶風(fēng)暴潮研究主要集中于溫帶天氣系統(tǒng)天氣過程的重建,溫帶風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估尚不成體系,本文研究重點(diǎn)突出臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。2風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)的現(xiàn)狀風(fēng)暴潮災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估是風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃工作的重要組成部分,目的是針對(duì)災(zāi)害的自然屬性即致災(zāi)強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估,主要內(nèi)容包括風(fēng)暴潮過程的數(shù)值模擬、典型重現(xiàn)期風(fēng)暴潮估計(jì)、可能最大風(fēng)暴潮計(jì)算。在20世紀(jì)50年代歐美開始了對(duì)風(fēng)暴潮的數(shù)值預(yù)報(bào)研究,現(xiàn)已建立了較為成熟的數(shù)值模式,如美國的SLOSH模式、英國的SEA模式、荷蘭的DSCM模式、澳大利亞的GCOM2D/3D模式、加勒比海地區(qū)的TAOS、丹麥的MIKE12、荷蘭的DELFT3D等商業(yè)模型系統(tǒng)在世界不同地區(qū)得到了實(shí)際應(yīng)用,此外印度、日本、孟加拉國等風(fēng)暴潮易發(fā)地區(qū)基于SLOSH和SPLASH等模式,結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)暴潮分布特征建立了業(yè)務(wù)化的區(qū)域風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模型。20世紀(jì)70年代,我國開始研發(fā)風(fēng)暴潮數(shù)值模式,在“七五”、“八五”、“十五”和“十一五”國家科技項(xiàng)目的支持下,建立了我國風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)化系統(tǒng),并在預(yù)警報(bào)中實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化應(yīng)用,提高了我國風(fēng)暴潮災(zāi)害的預(yù)警報(bào)能力。2.1重現(xiàn)期計(jì)算方法典型重現(xiàn)期風(fēng)暴潮(TypicalReturnPeriodStormSurge)的估計(jì)是一種基于頻率分析的手段,給出一個(gè)區(qū)域未來發(fā)生不同嚴(yán)重程度風(fēng)暴潮的可能性,是對(duì)研究區(qū)風(fēng)暴潮危險(xiǎn)性長(zhǎng)期特征的反映。百年一遇的風(fēng)暴潮并不是指該區(qū)域在100年內(nèi)風(fēng)暴潮危險(xiǎn)性事件必然發(fā)生,而是指該區(qū)域每年發(fā)生這種極端事件可能性達(dá)到了0.01。典型風(fēng)暴潮重現(xiàn)期的估計(jì)為沿岸重點(diǎn)工程設(shè)計(jì)提供了參考標(biāo)準(zhǔn),以便決策方在工程建設(shè)成本和風(fēng)暴潮防護(hù)能力上做出綜合評(píng)估從而進(jìn)行效益的最優(yōu)選擇。基于歷史實(shí)測(cè)資料的風(fēng)暴潮重現(xiàn)期估計(jì)方法主要有經(jīng)典參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析方法和聯(lián)合概率分布方法(表1)。經(jīng)典參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析方法在工程設(shè)計(jì)典型風(fēng)暴潮重現(xiàn)期中得到了廣泛應(yīng)用,針對(duì)潮位或浪高等單要素的典型重現(xiàn)期計(jì)算,《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中推薦Gumbel分布或皮爾遜—III型分布,許多學(xué)者對(duì)韋伯分布、柯西分布、廣義極值分布、帕累托分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、指數(shù)分布等參數(shù)模型也做過嘗試[10~14]。采用這些參數(shù)分布模型時(shí),觀測(cè)樣本序列的長(zhǎng)短或參數(shù)估計(jì)方法的不同都會(huì)對(duì)重現(xiàn)期計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響。針對(duì)天文潮、風(fēng)暴增水、海浪等多要素的重現(xiàn)期計(jì)算,多采用建立聯(lián)合概率分布的方法,構(gòu)建多要素連續(xù)或離散的累積概率分布。王超在計(jì)算天文潮和風(fēng)暴潮增水疊加的重現(xiàn)期時(shí)考慮了時(shí)間位相差,提出了風(fēng)暴增水過程與天文潮變化過程隨機(jī)組合的概率分析方法。方國洪等基于沿海10個(gè)代表性長(zhǎng)期驗(yàn)潮站歷史觀測(cè)數(shù)據(jù),通過建立潮汐和余水位的條件聯(lián)合概率分布,認(rèn)為聯(lián)合概率方法比傳統(tǒng)的極值分布更能充分利用潮位觀測(cè)資料,并對(duì)比分析了聯(lián)合概率法、相似法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、同比差比法估算典型重現(xiàn)期水位的差異性和適用性。劉德輔等將復(fù)合的極值分布方法用于計(jì)算核電站等沿海重點(diǎn)工程的典型重現(xiàn)期風(fēng)暴潮,并對(duì)比了復(fù)合極值分布與其他經(jīng)驗(yàn)分布方法的差別。但必須注意的是,潮汐的分布具有周期性,而風(fēng)暴潮增水的分布是非周期性的,計(jì)算不同重現(xiàn)期的天文大潮不符合潮汐特征。此外,Copula模型、非參數(shù)估計(jì)等概率分析方法在典型重現(xiàn)期風(fēng)暴潮的估計(jì)中的應(yīng)用值得深入探討。經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法受限于歷史觀測(cè)資料的長(zhǎng)短,在考慮尾部極端風(fēng)暴潮災(zāi)害事件以及局部區(qū)域樣本過少時(shí)存在較大不確定性。為了克服歷史觀測(cè)樣本數(shù)量上和質(zhì)量上的不足,國際上發(fā)展了隨機(jī)模擬擴(kuò)充熱帶氣旋樣本的方法。一種思路是Vichery等提出的全熱帶氣旋路徑模擬,從風(fēng)暴潮的驅(qū)動(dòng)因子出發(fā),基于歷史熱帶氣旋的年頻次、季節(jié)分布、路徑分布、強(qiáng)度及影響范圍規(guī)律,得出其統(tǒng)計(jì)概率特征,模擬熱帶氣旋的生成、發(fā)展、消亡,生成大量熱帶氣旋路徑及強(qiáng)度完整事件樣本,以此為驅(qū)動(dòng)輸入,利用風(fēng)暴潮數(shù)值模式,模擬每一次熱帶氣旋隨機(jī)事件的增水過程,再采用頻率分析方法計(jì)算不同重現(xiàn)期的風(fēng)暴潮增水或潮位,從而進(jìn)行風(fēng)暴潮災(zāi)害危險(xiǎn)性的定量分析[23~28]。另外一種思路是通過聯(lián)合概率方法(JointProbabilityMethod,JPM)直接設(shè)定熱帶氣旋關(guān)鍵參數(shù)。首先建立熱帶氣旋中心氣壓、最大風(fēng)速半徑、前移速度、前移方向、生成位置等關(guān)鍵參數(shù)的概率分布,分析熱帶氣旋關(guān)鍵參數(shù)與增水之間的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系,再建立熱帶氣旋關(guān)鍵參數(shù)的聯(lián)合概率分布,然后進(jìn)行參數(shù)組合形成熱帶氣旋假想事件,模擬每一次假想事件的增水過程。由于JPM方法涉及熱帶氣旋關(guān)鍵參數(shù)過多,導(dǎo)致聯(lián)合概率計(jì)算維度高并且計(jì)算量特別大,進(jìn)而提出了JPM的優(yōu)化方法(JointProbabilityMethod-OptimalSampling,JPM-OS),主要是通過離散求積分和響應(yīng)曲面分析等手段減少計(jì)算量,前者是將熱帶氣旋關(guān)鍵參數(shù)離散化再抽取樣本;后者是構(gòu)建熱帶氣旋關(guān)鍵參數(shù)和風(fēng)暴潮增水之間無量綱的函數(shù),通過敏感性分析方法建立熱帶氣旋位置、中心氣壓差、最大風(fēng)速半徑和風(fēng)暴增水之間的無量綱定量響應(yīng)關(guān)系。JPM及JPM-OS方法的前提假設(shè)是熱帶氣旋6個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是獨(dú)立同變量,而實(shí)際上中心氣壓差與最大風(fēng)速半徑等參數(shù)存在極大相關(guān)性。隨機(jī)模擬可以解決局部區(qū)域歷史觀測(cè)樣本的不足,但對(duì)計(jì)算要求較高。JPM及JPM-OS方法在美國紐約港、密西西比河沿岸進(jìn)行了充分案例研究,并且推廣用于美國東海岸的風(fēng)暴潮危險(xiǎn)性分析以及沿岸風(fēng)暴潮的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。2.2通過pmss方法的方法確定臺(tái)風(fēng)關(guān)鍵參數(shù)美國土木工程界在20世紀(jì)60年代提出了可能最大暴雨和可能最大洪水的概念,與典型重現(xiàn)期水位設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)配合使用,為工程建設(shè)提供設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)石油鉆井平臺(tái)、核電站等重點(diǎn)防護(hù)目標(biāo),工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域引進(jìn)了可能最大風(fēng)暴潮(ProbableMaximumStormSurge,PMSS)。王喜年認(rèn)為PMSS的計(jì)算應(yīng)包括3個(gè)步驟:(1)選擇可靠的風(fēng)暴潮模式;(2)確定可能最大熱帶氣旋(ProbableMaximumHurricane,PMH)關(guān)鍵參數(shù);(3)確定PMH移動(dòng)路徑。PMH是一種假想的平穩(wěn)狀態(tài)的熱帶氣旋,它是根據(jù)可以在待定海岸地區(qū)發(fā)生最大持續(xù)風(fēng)速所選擇的氣象參數(shù)值的組合,而PMSS是PMH在最有利于工程所在地發(fā)生風(fēng)暴增水的行進(jìn)路徑下發(fā)生的風(fēng)暴潮,PMSS的設(shè)定應(yīng)該考慮研究區(qū)自然地理位置、海域條件、天文氣象條件、陸地水文條件(如河口洪水影響)等各種因素。劉科成分析了歷史上影響上海港的最嚴(yán)重的幾次臺(tái)風(fēng)特征,選取典型臺(tái)風(fēng)關(guān)鍵參數(shù)的“最惡劣者”的組合形成“模式臺(tái)風(fēng)”,根據(jù)臺(tái)風(fēng)關(guān)鍵參數(shù)和風(fēng)暴增水的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系獲取了上海港的可能最大增水,然后疊加臺(tái)風(fēng)季節(jié)的天文潮極值獲得上海港PMSS。這種方法在選取歷史典型熱帶氣旋上具有一定的主觀性,而且采取經(jīng)驗(yàn)公式獲取風(fēng)暴潮增水存在一定誤差。根據(jù)PMSS計(jì)算的3個(gè)基本步驟,我國依據(jù)《核安全導(dǎo)則》中的方法完成了連云港、陽江等核電站的PMSS計(jì)算,并且將PMSS的計(jì)算推廣形成了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),在多個(gè)重要港口進(jìn)行了分析研究[41~45]。而劉德輔等認(rèn)為《核安全導(dǎo)則》中提出的PMH設(shè)定方法對(duì)極端的熱帶氣旋災(zāi)害事件考慮不足,會(huì)導(dǎo)致計(jì)算得到的PMSS估計(jì)值存在誤差,提出了一種在考慮熱帶氣旋帶來后果(風(fēng)暴潮、次生洪水、強(qiáng)風(fēng)巨浪等)的雙層嵌套多目標(biāo)概率模型,外層是計(jì)算PMH關(guān)鍵參數(shù)的復(fù)合極值分布模型,而里層是考慮PMH影響的多種致災(zāi)因素概率預(yù)測(cè)。該方法考慮的因素較多,需要引入隨機(jī)模擬、分層抽樣等求解技術(shù),計(jì)算也較為復(fù)雜,在進(jìn)行里層概率預(yù)測(cè)時(shí)未提出明確的目標(biāo)函數(shù),用于PMSS計(jì)算不便于大范圍推廣。但可以基于這種方法,在精簡(jiǎn)外層考慮參數(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合風(fēng)暴潮數(shù)值模式,提出明確的風(fēng)暴增水效益函數(shù)循環(huán)控制以確定研究區(qū)的最佳PMSS。國外針對(duì)可能最大風(fēng)暴潮及其引起的可能最大淹沒范圍開展了一系列的研究。日本基于歷史上有記錄以來的最大臺(tái)風(fēng)事件——伊勢(shì)灣臺(tái)風(fēng),以此作為可能最大熱帶氣旋基準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行臺(tái)風(fēng)路徑平移,完成不同區(qū)域PMSS關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)置。這種方法具有較大適用性,而且易于在全國范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。美國對(duì)PMSS的研究歷史較長(zhǎng),工作也較為系統(tǒng)。早期的方法是按照臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度分類(3~5類),結(jié)合SLOSH模式,計(jì)算研究區(qū)歷史臺(tái)風(fēng)移速平均值條件下每一類所有臺(tái)風(fēng)的最大可能淹沒陸地范圍,通常以第5類臺(tái)風(fēng)會(huì)產(chǎn)生的風(fēng)暴潮為PMSS。美國陸軍工程兵團(tuán)支持的項(xiàng)目“CoastalNavigationHydrodynamicsResearchProgram”總結(jié)了一套對(duì)風(fēng)暴潮進(jìn)行頻率分析及PMSS估計(jì)的EST(EmpiricalSimulationTechnique)估計(jì)方法,并以卡羅萊納州南部沿岸進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究,它是借鑒非參數(shù)統(tǒng)計(jì)當(dāng)中自助法的思想,基于有限的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù),將熱帶氣旋關(guān)鍵參數(shù)(潮汐相位、中心氣壓差、最大風(fēng)速、最大風(fēng)速半徑、風(fēng)眼距登陸點(diǎn)距離、前移速度)看作輸入向量,不斷進(jìn)行重抽樣產(chǎn)生訓(xùn)練樣本,結(jié)合ADCIRC(TheAdvancedCirculationmodel)數(shù)值模式,構(gòu)建輸入向量和目標(biāo)變量風(fēng)暴潮位高低之間的函數(shù)。EST方法的優(yōu)點(diǎn)是遵從了歷史關(guān)鍵參數(shù)的分布特征,并且不依賴熱帶氣旋關(guān)鍵參數(shù)之間的相關(guān)性,但估計(jì)得到的PMSS結(jié)果可能會(huì)過于極端,給工程設(shè)計(jì)帶來巨大成本,這種方法只為美國東海岸一些國家大型重點(diǎn)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提供參考。3風(fēng)暴潮災(zāi)災(zāi)害后果的定量分析脆弱性是災(zāi)害系統(tǒng)最重要的屬性之一,是溝通致災(zāi)因子和承災(zāi)體災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的橋梁。脆弱性是社會(huì)系統(tǒng)“暴露程度”和“應(yīng)對(duì)能力”2個(gè)變量的函數(shù),具有一定的社會(huì)屬性和自然屬性。風(fēng)暴潮的脆弱性與沿海社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口以及自然環(huán)境的承載力顯著相關(guān),是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然與環(huán)境和風(fēng)暴潮災(zāi)害系統(tǒng)本身相互作用的表征形式。風(fēng)暴潮的脆弱性反映了沿岸承災(zāi)體對(duì)風(fēng)暴潮災(zāi)害的抗打擊能力大小,風(fēng)暴潮脆弱性的研究對(duì)沿海區(qū)域重大工程建設(shè)、災(zāi)害快速損失評(píng)估、防災(zāi)減災(zāi)對(duì)策研究、人員應(yīng)急疏散、風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移及風(fēng)暴潮災(zāi)害保險(xiǎn)體制建立有重要意義,一般包括物理脆弱性和社會(huì)脆弱性兩大方面。物理脆弱性是指不同致災(zāi)強(qiáng)度作用下承災(zāi)體發(fā)生損失的可能性大小,是一種微觀尺度的定量估計(jì)。風(fēng)暴潮物理脆弱性分析是采用定量分析的手段,一般通過構(gòu)建風(fēng)暴增水(或潮位)、淹沒水深與沿岸承災(zāi)體損失之間的函數(shù)關(guān)系,構(gòu)造脆弱性損失矩陣或建立脆弱性曲線來確定不同致災(zāi)強(qiáng)度作用下承災(zāi)體的損失率大小?；跒?zāi)后的經(jīng)濟(jì)調(diào)查或?qū)嶒?yàn)?zāi)M,可以根據(jù)不同地區(qū)不同財(cái)產(chǎn)類別分別建立風(fēng)暴潮損失率與淹沒水深的關(guān)系曲線或關(guān)系表。美國陸軍工程兵團(tuán)基于歷史風(fēng)暴洪水災(zāi)情數(shù)據(jù),構(gòu)建了7類典型建筑物及其內(nèi)部財(cái)產(chǎn)的淹沒水深—損失率曲線,考慮了建筑物的層數(shù)以及是否有地下室。浙江水利河口研究院基于浙江省歷史上典型的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮案例,將河口區(qū)財(cái)產(chǎn)類型分為7個(gè)大類24個(gè)小類,分別采用不同的方法計(jì)算得到各類財(cái)產(chǎn)類型的風(fēng)暴潮脆弱性損失矩陣。Kleinosky等利用SLOSH模型模擬得到不同強(qiáng)度風(fēng)暴潮的增水高度,結(jié)合高精度的DEM數(shù)據(jù)和承災(zāi)體分布,設(shè)計(jì)不同風(fēng)暴強(qiáng)度下的承災(zāi)體淹沒情景,以此進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到風(fēng)暴潮脆弱性曲線,進(jìn)而對(duì)風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)估。Jonkman等基于美國、英國、日本、荷蘭等國家的災(zāi)情數(shù)據(jù),建立了針對(duì)這些地區(qū)的潮災(zāi)人口脆弱性模型,用于人口傷亡的災(zāi)害評(píng)估。必須注意的是,風(fēng)暴潮的物理脆弱性曲線橫軸指標(biāo)致災(zāi)強(qiáng)度不僅僅與淹沒水深有直接關(guān)系,還與淹沒時(shí)間長(zhǎng)短、淹沒季節(jié)、水流流速、海水鹽度等多種因素相關(guān)。社會(huì)脆弱性是整個(gè)社會(huì)系統(tǒng)在災(zāi)害影響下所表現(xiàn)出來的自然屬性,是一種宏觀尺度的定性或半定量評(píng)價(jià)。史培軍等提出“轉(zhuǎn)入—轉(zhuǎn)出”機(jī)制來刻畫社會(huì)系統(tǒng)的社會(huì)脆弱性,它是將社會(huì)看成一個(gè)單一平衡或多平衡的系統(tǒng),在風(fēng)暴增水等外力作用下,受風(fēng)暴潮影響的社會(huì)系統(tǒng)災(zāi)害發(fā)生前后會(huì)產(chǎn)生一種“轉(zhuǎn)入—轉(zhuǎn)出”機(jī)制,這種機(jī)制所引發(fā)的社會(huì)系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)能力直接決定了風(fēng)暴潮社會(huì)脆弱性的高低。而Wisner等提出了一種“壓力—釋放”災(zāi)害模型,通過對(duì)澳大利亞、加勒比海、孟加拉灣以及阿拉伯海等受風(fēng)暴潮影響較大的沿岸國家進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列的案例分析,發(fā)現(xiàn)風(fēng)暴潮的社會(huì)脆弱性會(huì)引起沿岸地區(qū)土地利用、居民生活生產(chǎn)方式、社會(huì)分工甚至國家政權(quán)的變更。更多的社會(huì)脆弱性評(píng)估是利用一種半定量的手段來反映不同區(qū)域脆弱性的相對(duì)等級(jí),主要方式是通過對(duì)風(fēng)暴潮影響區(qū)域的承災(zāi)體分布進(jìn)行分類分級(jí),然后采用指標(biāo)設(shè)計(jì)、層次分析、專家打分等方法對(duì)沿岸風(fēng)暴潮的脆弱性進(jìn)行等級(jí)劃分[60~62],但這種方法的指標(biāo)體系構(gòu)建以及權(quán)重賦值是難點(diǎn)。4風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估風(fēng)暴潮的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估反映的是研究區(qū)未來風(fēng)暴潮災(zāi)害的期望損失水平,是風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)。風(fēng)暴潮綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要包括2個(gè)方面的工作:(1)風(fēng)暴潮災(zāi)害損失的估計(jì),包括災(zāi)前預(yù)評(píng)估、災(zāi)中應(yīng)急評(píng)估、災(zāi)后綜合評(píng)估等;(2)系統(tǒng)考慮研究區(qū)風(fēng)暴潮的危險(xiǎn)性和脆弱性,計(jì)算未來風(fēng)暴潮災(zāi)害的期望及典型重現(xiàn)期的損失水平。風(fēng)暴潮綜合評(píng)估的結(jié)果是城市規(guī)劃、應(yīng)急疏散、災(zāi)后定損、災(zāi)害保險(xiǎn)的理論基礎(chǔ)。國內(nèi)的風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要側(cè)重風(fēng)暴潮災(zāi)害的危險(xiǎn)性研究,風(fēng)暴潮綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有待深入。早期研究主要根據(jù)致災(zāi)因子強(qiáng)度對(duì)風(fēng)暴潮災(zāi)害進(jìn)行等級(jí)劃分確定不同等級(jí)的災(zāi)度,然后通過不同的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行回歸,構(gòu)建風(fēng)暴潮災(zāi)害損失與災(zāi)度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,以此對(duì)風(fēng)暴潮進(jìn)行損失估計(jì)或風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[64~66],這種方法一般都是構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)模型,避開了對(duì)承災(zāi)體脆弱性進(jìn)行精確的定量刻畫,損失評(píng)估結(jié)果誤差也較大。國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心和北京師范大學(xué)合作,基于沿海潮位站歷史觀測(cè)資料和沿海經(jīng)濟(jì)、人口分布,綜合考慮風(fēng)暴潮災(zāi)害危險(xiǎn)性和脆弱性,繪制了我國國家尺度風(fēng)暴潮危險(xiǎn)性等級(jí)圖、脆弱性等級(jí)圖以及綜合風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖。日本“3.11”地震海嘯后,由國家海洋局牽頭,按照多部門參與、涵蓋多災(zāi)害種類的原則,編制了《風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃技術(shù)導(dǎo)則》,并與我國海洋災(zāi)害重點(diǎn)防御區(qū)選劃工作相結(jié)合,正在開展國家、省、市、縣尺度的風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃試點(diǎn)工作。風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在保險(xiǎn)領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用,國外研究機(jī)構(gòu)、商業(yè)模型保險(xiǎn)公司等針對(duì)風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及損失綜合評(píng)估開發(fā)了一系列模型,用于保險(xiǎn)費(fèi)率的厘定以及災(zāi)后理賠定損。美國聯(lián)邦應(yīng)急管理署開發(fā)的多災(zāi)種損失評(píng)估軟件MH-HAZUS模型在洪水模塊中考慮了風(fēng)暴潮引發(fā)沿岸淹沒的影響,可以評(píng)估風(fēng)暴潮及其帶來的洪水產(chǎn)生的直接破壞、間接損失評(píng)估及次生災(zāi)害影響評(píng)估,為災(zāi)后的風(fēng)暴潮應(yīng)對(duì)提供科學(xué)的決策支持。阿姆斯模型公司采用隨機(jī)模擬方法生成大樣本風(fēng)暴潮災(zāi)害事件,基于動(dòng)力學(xué)建立了不同的潰堤情景,考慮淹沒水深、淹沒持續(xù)時(shí)間等因素開發(fā)風(fēng)暴潮—洪水損失評(píng)估模型,反演了1953年以來的典型風(fēng)暴潮淹沒災(zāi)害案例,計(jì)算風(fēng)暴潮發(fā)生地區(qū)的河口災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)以及典型重現(xiàn)期的風(fēng)暴潮災(zāi)害損失,用于巨災(zāi)保險(xiǎn)的費(fèi)率厘定。EQECAT巨災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)模型公司根據(jù)亨伯河口和泰晤士河河口等歐洲地區(qū)實(shí)際情況,采用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法,開發(fā)了風(fēng)暴潮災(zāi)情評(píng)估模型。AIRWorldwide模型公司在美國和澳大利亞的區(qū)域臺(tái)風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)模型中將風(fēng)暴潮模塊作為臺(tái)風(fēng)次生災(zāi)害,開發(fā)了風(fēng)暴潮損失評(píng)估模塊。我國對(duì)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的保險(xiǎn)應(yīng)用進(jìn)行了初步探討,但尚未建立完整的風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)保險(xiǎn)轉(zhuǎn)移機(jī)制。如趙昕等對(duì)風(fēng)暴潮損失數(shù)據(jù)進(jìn)行了分布擬合,判別風(fēng)暴潮災(zāi)害的損失特征,并依據(jù)保險(xiǎn)精算理論對(duì)風(fēng)暴潮災(zāi)害保險(xiǎn)進(jìn)行定價(jià)研究,探討了風(fēng)暴潮災(zāi)害保險(xiǎn)的操作可行性。國內(nèi)的風(fēng)暴潮災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)體系還不成熟,風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果不足以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估尚未形成符合我國風(fēng)暴潮災(zāi)害分布特征的各類承災(zāi)體定量化脆弱性評(píng)估模型,風(fēng)暴潮災(zāi)害應(yīng)急疏散圖等應(yīng)急產(chǎn)品嚴(yán)重缺乏,僅國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心在河北省黃驊等地進(jìn)行了風(fēng)暴潮淹沒模擬,并對(duì)風(fēng)暴潮災(zāi)害應(yīng)急疏散圖制作開展了初步嘗試。美國等發(fā)達(dá)國家開展了大量的災(zāi)害實(shí)地調(diào)查,建立了各種承災(zāi)體定量脆弱性曲線,并運(yùn)用不同物理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)典型重現(xiàn)期風(fēng)暴潮和PMSS進(jìn)行了對(duì)比分析,形成了推薦性的技術(shù)導(dǎo)則,評(píng)估結(jié)果用于沿海避難場(chǎng)所選址以及應(yīng)急疏散圖制作,在風(fēng)暴潮應(yīng)急中發(fā)揮了實(shí)際應(yīng)用。隨著災(zāi)害保險(xiǎn)特別是巨災(zāi)保險(xiǎn)和巨災(zāi)再保險(xiǎn)市場(chǎng)的發(fā)展,傳統(tǒng)的風(fēng)暴潮災(zāi)害損失經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型滿足不了應(yīng)用的需求,國外發(fā)展了基于風(fēng)暴潮災(zāi)害事件模擬仿真的物理統(tǒng)計(jì)模型,其發(fā)揮了越來越大的作用,這些經(jīng)驗(yàn)都值得國內(nèi)借鑒學(xué)習(xí)。5我國風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的展望災(zāi)害的定量化、模型化、系統(tǒng)化是自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。風(fēng)暴潮物理過程的數(shù)值模擬通過近幾十年的發(fā)展形成了一批成熟的模式,促進(jìn)了風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)警報(bào)技術(shù)的業(yè)務(wù)化應(yīng)用,為風(fēng)暴潮的危險(xiǎn)性研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。國外基于風(fēng)暴潮危險(xiǎn)性