國內外洪災風險評價研究進展

國內外洪災風險評價研究進展

隨著干旱對世界的影響，各國食品安全工程的重要性以及干旱風險的評估和風險管理已成為水資源管理和災害科學的中心主題。干旱風險管理是一種主動、有備、周密和有效的防旱減災管理方式。澳大利亞、南非和美國的干旱管理經(jīng)驗表明通過采取一定的管理措施規(guī)避風險,能最大程度的減少旱災損失,為其他國家改進干旱政策和抗旱準備提供了成功的范例。作為旱災風險管理實踐的科學基礎,旱災風險評價愈來愈受到社會各界的廣泛關注。因此,理清不同尺度旱災風險研究的脈絡、把握國際旱災風險研究的發(fā)展趨勢和動向,對于減輕區(qū)域旱災風險,針對性地提高其抗旱減災能力具有重要意義。1干旱風險的定義和研究機構1.1干旱風險的定義自然災害風險是災害損失的可能性,主要取決于致災因子、脆弱性和暴露性3個因素,如果3個因素中任何一個因素增加或減少,那么風險就會相應的增加或減少。聯(lián)合國ISDR定義的風險是由自然或人為因素導致的致災因子和脆弱性情況之間的關系,所導致的損害結果的可能性或人口傷亡、財產(chǎn)損失和經(jīng)濟活動波動的期望損失,可以用“風險(R)=致災因子(H)×脆弱性(V)”來表示。張繼權認為“自然災害風險指未來若干年內可能達到的災害程度及其發(fā)生的可能性”,定義“風險=危險性×暴露性×脆弱性/防災減災能力”。目前,更多的研究者贊同聯(lián)合國ISDR的風險表達式。旱災風險的定義由災害風險定義衍生而來。美國國家干旱減災中心的主任Wilhite博士將旱災風險定義為:干旱災害顯現(xiàn)(即發(fā)生的概率)和社會脆弱性的結果。旱災風險分為致災因子本身發(fā)生的可能性、承災體系統(tǒng)抵御災害造成破壞和損失的可能性,即致災因子風險和成災風險。旱災風險應當包含自然和社會經(jīng)濟兩層含義:第1層含義是干旱這種自然現(xiàn)象發(fā)生的可能性,即某些干旱強度指標的概率分布;第2層含義則是指通過與孕災環(huán)境和承災體的相互作用后,干旱事件所導致?lián)p失(稱之為旱災損失)發(fā)生的可能性,即旱災損失的概率分布。綜上,旱災風險的定義基本都強調了旱災發(fā)生的可能性和造成的可能性損失。旱災風險的本質取決于3個因素:干旱致災因子的危險性、承災體的暴露性和脆弱性,某個區(qū)域旱災風險的大小是這3個因素綜合作用的結果。1.2適應能力函數(shù)風險性作為災害系統(tǒng)的重要屬性,與災害系統(tǒng)的其他概念有著密切的關系。UNDP提出“脆弱性是由災害影響所破壞的尺度和可能性來決定的自然、社會、經(jīng)濟、環(huán)境各個因素間的共同作用而產(chǎn)生的一種人類社會狀態(tài)或過程”。在早期的脆弱性研究中,多數(shù)學者認為脆弱性包含恢復性。IHDP在2005年1月的研究通訊中推出“跨學科的脆弱性評估框架”,指出“作為適應者的脆弱性不僅是暴露水平、敏感性和適應能力的函數(shù),而且還包括適應者對變化和風險的認知過程,對適應方式的權衡和選擇”。聯(lián)合國UN/ISDR認為“恢復性是系統(tǒng)為了達到和保持功能和結構的一個可接受的水平,通過抵抗和變化來適應暴露于潛在致災因子的系統(tǒng)和社會的能力”。IPCC在2001和2007年的第三次、第四次評估報告中,均定義適應性為“系統(tǒng)適應氣候變化(包括氣候變率和極端氣候事件)、減輕潛在損失、提高利用機會或對付氣候變化后果的能力”,重點關注應對氣候變化的適應能力對脆弱性的影響。根據(jù)以上概念,脆弱性、適應性和恢復性屬于承災體對致災風險所表現(xiàn)出的不同屬性與響應方式。脆弱性強調承災體遭受災害打擊時易于遭受破壞和損失的性狀,更多地強調系統(tǒng)內在的結構和功能的不利性,表現(xiàn)為承災體自身容易受損失的大小和概率;恢復性則更多地強調承災體抵抗災害和從災害中恢復重建的能力,強調系統(tǒng)各要素所做出的積極應對行為,注重主體能動性,即正向響應;適應性是指系統(tǒng)受到災害打擊時,系統(tǒng)內各個要素適應系統(tǒng)變化后的狀態(tài),多指被動改變自身結構來適應環(huán)境變化后的能力。風險性則反映了孕災環(huán)境和致災因子強弱與適應性大小的時空匹配結果。風險性與系統(tǒng)的脆弱性、恢復性、適應性之間存在復雜的相互影響的機制。因此,加強四者之間的系統(tǒng)研究,有助于揭示旱災風險性的內在機制和評價結果的有效性。1.3國內干旱風險的研究長期以來,世界上一些干旱頻發(fā)的國家,如美國、加拿大、澳大利亞、印度、南非、以色列等國家積極開展了一系列旱災風險研究和抗旱工作,包括制定干旱政策法,研究抗旱戰(zhàn)略和規(guī)劃,建立干旱早期預警與監(jiān)測反應機制等。美國、澳大利亞和印度都成立有專門的國家干旱研究中心。其中,美國NOAA干旱信息中心、美國內布拉斯加大學的國家干旱減災中心(NDMC)、歐洲干旱研究中心(EDC)以及澳大利亞國家氣候中心等的門戶網(wǎng)站都定期發(fā)布旱災風險的研究成果。20世紀90年代以來,中國為響應“國際減災十年活動”,氣象、水利、農(nóng)業(yè)等部門和科研機構開展了大量旱災風險研究。2004年,國家氣候中心和中國干旱氣象網(wǎng)站,分別發(fā)布全國逐日和旬干旱綜合監(jiān)測公報。2005年,國家水利部減災中心成立了我國專門研究旱災的研究機構——旱災及對策研究室,該室與防辦系統(tǒng)密切配合,2008年發(fā)布了《旱情等級標準》(SL),第一次引入了旱情頻率的概念,提出了適用農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、城市旱情和城鄉(xiāng)居民因旱飲水困難,以及區(qū)域旱情綜合評估的指標體系及等級標準。2007年我國成立了國際減輕旱災風險中心,發(fā)布全國每旬的干旱風險監(jiān)測報告和分布圖。2008年,水利部防洪減災研究所正式更名為水利部防洪抗旱減災研究中心。自此,我國的旱災風險研究得到大范圍開展。另外,關于干旱風險的科研機構和研究中心從不同角度開展了研究。例如:中德干旱環(huán)境聯(lián)合研究中心、國家半干旱農(nóng)業(yè)工程技術研究中心、中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所、中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所、北京師范大學環(huán)境演變與自然災害教育部重點實驗室、干旱與草地生態(tài)教育部重點實驗室等。2對全球和洲國家災害風險評價的重視當今國際的災害風險評估正逐步趨于標準化和模型化。在全球研究層面上,UNDP開展了全球范圍的“災害風險指數(shù)系統(tǒng)”(DisasterRiskIndex,DRI)研究項目,而世界銀行聯(lián)合哥倫比亞大學也進行了全球性的“災害風險熱點區(qū)研究計劃”(HotspotsProjects)。在大洲尺度上,“美洲項目”(AmericanSystem)對美洲國家災害風險管理相關方面進行系統(tǒng)定量的評價。這三大國際災害風險研究項目,均是基于全球級別的災害數(shù)據(jù)庫,構建損失風險評價指標,進行災害風險建模與評價。通過一些指標、分值、分級過程,評估全球尺度下的風險水平。因其數(shù)據(jù)易于獲取、評價過程與方法簡便可行,目前在全球和大洲尺度上的風險評價應用最為廣泛(表1)。另外,IPCC的第三次評估報告全面闡述了全球氣候變暖尤其干旱對世界各地造成的危害風險,指出非洲南部、北部和西部的沙漠化更加嚴重;亞洲南部、歐洲南部、拉丁美洲和北美洲旱災會更加頻繁。3國家標準干旱風險評價研究3.1干旱風險及預警指標在全球氣候變暖,極端干旱事件增加的背景下,國內外對大中尺度的干旱天氣災害機理研究比較早也比較深入。為了更好地從區(qū)域旱災形成機制上理解風險性,有必要開展氣候背景的研究。早期的旱災風險評價研究,開展較多地是從氣象干旱形成機理和評價指標的角度進行的旱災風險識別研究。在國家尺度上,大多依據(jù)事先擬定的干旱等級及其標準,應用氣象干旱指數(shù),對干旱事件進行早期識別以及風險評價,進行干旱開始、結束以及干旱風險程度研究。20世紀60年代以前,國際上旱災風險研究多強調自然降水因素,認為干旱是自然降水不足或變率大的結果,研究成果多是根據(jù)自然降水變異的觀測統(tǒng)計資料進行。1965年Palmer提出了目前國際上應用最為廣泛的帕爾默干旱指標(PDSI)。在作物生長季節(jié),美國商務部和農(nóng)業(yè)部聯(lián)合發(fā)布的《作物與天氣周報》上常常給出美國各氣候分區(qū)的PDSI值。1994年,標準化降水指數(shù)SPI指數(shù)被廣泛應用于美國的干旱風險監(jiān)測。此后,該指數(shù)還被美國國家干旱減災中心和西部區(qū)域氣候中心用于監(jiān)測美國各州的氣候干旱分異水平。1999年開始,美國干旱減災中心、農(nóng)業(yè)部、NOAA的氣候預測中心和國家數(shù)據(jù)中心每周發(fā)布一次干旱監(jiān)測圖。LeHouorou和Gommes等人分別用可靠降水指數(shù)(DI)和國家降水指數(shù)(RI)研究非洲大陸的干旱。級差指數(shù)法被澳大利亞干旱監(jiān)測系統(tǒng)(ADWS)廣泛應用。1956年,楊鑑初等利用降水特點分析了中國黃河流域的干旱問題。1981年,中國中央氣象局氣象科學研究院選用降雨量的標準差指標繪制出中國500年旱澇圖集。根據(jù)國家有關規(guī)定和實際情況,我國干旱預警應急等級按照災害嚴重性和緊急程度,分為特大干旱、重旱、中旱和輕旱4級,分別用紅色、橙色、黃色和藍色表示。2006年中國國家氣象局頒布了國家標準《氣象干旱等級》(GB/T20481-2006),旨在規(guī)范全國通用的,能夠客觀描述干旱發(fā)生、發(fā)展等過程和程度、范圍的風險等級標準。3.2農(nóng)業(yè)干旱風險評價國內外學者對旱災做了大量的研究,以“drought”為關鍵詞(截止于2009年8月)在ISIwebofknowledge學術期刊檢索系統(tǒng)中檢索量達2萬條以上(25961條),而以旱災風險(droughtrisk)為關鍵詞的論文達到797篇,并且大多集中于20世紀90年代以后,而涉及到農(nóng)業(yè)旱災(agriculturaldrought)風險方面的文獻達到469篇,約占droughtrisk文獻量的60%?？梢娔壳八袇^(qū)域尺度研究中,農(nóng)業(yè)旱災風險評價研究較多。目前,國家尺度上農(nóng)業(yè)旱災的風險評價大多針對農(nóng)業(yè)旱災及其影響的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)要素進行量化和評估。例如,Richter基于Sirius作物生長模型,從氣候變化對最大土壤濕度和由于干旱造成的小麥減產(chǎn)量的角度進行了英格蘭和威爾士的小麥干旱風險評價。ShamsuddinShahid等通過構建標準化降水指數(shù)SPI、糧食產(chǎn)量、灌溉面積比、農(nóng)業(yè)人口等指標體系,對孟加拉國農(nóng)業(yè)旱災風險進行了評價。Huth等運用APSIM模型分析兩種桉樹品種的生長特征、水資源利用率和死亡率,對澳大利亞桉樹的干旱風險進行了評價。3.3干旱風險分析持續(xù)干旱能導致饑荒以及嚴重的糧食危機。全球有些地區(qū)由于氣候變化、落后的農(nóng)業(yè)、對農(nóng)業(yè)的高依賴性等,使得應對干旱和饑荒的能力非常脆弱。在環(huán)撒哈拉的非洲國家,由于頻繁出現(xiàn)的饑荒的影響,如何保證糧食和用水安全成為這些國家發(fā)展的著重點。在研究非洲干旱與饑荒的基礎上,Bohle等學者提出了干旱饑荒的脆弱性模型,提出了在非洲國家改進饑荒早期預警和反映系統(tǒng)的途徑。因此,旱災風險分析中的脆弱性分析應該是干旱早期預警系統(tǒng)的一個補充,它能顯示哪些地區(qū)會首先經(jīng)受干旱的影響,哪些地區(qū)應在人道主義上得到優(yōu)先援助。2004年,FAO從消除貧困,減少饑餓的角度,參考聯(lián)合國所屬的國際農(nóng)業(yè)發(fā)展基金會(IFAD)提出的可持續(xù)性生計方法的評估體系(SLA),提出了針對糧食安全的生計脆弱性評估指標體系,FAO將生活在干旱易發(fā)區(qū)、基礎設施薄弱的低收入人群歸為脆弱性人群。從1998-2002年分別在貝寧、危地馬拉、尼泊爾、阿富汗、越南完成了國家尺度的脆弱性人群評估工作。與此同時,IPCC也陸續(xù)發(fā)表了氣候變化對農(nóng)業(yè)和食物系統(tǒng)影響的評估報告,開展了大量相關工作。世界糧食計劃(WFP)的“脆弱性分析與和制圖項目”在中國扶貧項目區(qū)選擇中進行了應用,并把扶貧單位的各種信息反映在地圖上。鑒于目前地方脆弱性的研究集中于發(fā)展中國家,美國農(nóng)業(yè)部經(jīng)濟研究局于1997年開始編制和發(fā)布美國居民糧食安全狀況的報告,報告中采用問卷調查法進行評估。3.4干旱風險評估國外在旱災風險管理與減輕方面進行了大量的實踐和研究。1996年的美國大旱引發(fā)了一系列政治行動,成立了由“西部州長聯(lián)合會”支持的“西部干旱協(xié)調委員會”;1998年,美國國會通過了《國家干旱政策法》,并在各州分別建立了干旱風險規(guī)劃?；陲L險的干旱管理和抗旱預案己成為美國干旱政策的重要組成部分。2001年,美國國家減災中心開展了旱災風險評價與管理基礎理論方面的系統(tǒng)研究,提出了基于風險評價的10個步驟的干旱規(guī)劃與預案方法。2002年美國頒布了《國家干旱預防法》。日本從20世紀80年代起制定“綜合治水對策”,要求開展洪澇、干旱風險評價和風險管理的研究。2002年,南非制定了《農(nóng)業(yè)風險保險法案》,以幫助那些最不能承受因旱而導致農(nóng)作物和牲畜損失的農(nóng)民獲得收入,2004年,又制定了防旱管理戰(zhàn)略。我國的抗旱減災模式已由“危機管理”正在開始轉向“干旱風險管理”的模式。2006年,國務院發(fā)布了《國家防汛抗旱應急預案》。2007年,我國成立了國際減輕旱災風險中心,側重開展亞洲地區(qū)干旱風險監(jiān)測與評估,并于2008年開始《中國減輕旱災風險國家報告》的編寫。2009年2月,我國第一部規(guī)范抗旱工作的法規(guī)《中華人民共和國抗旱條例》已經(jīng)頒布施行。國家防汛抗旱總指揮部辦公室指出了近期推行干旱風險管理的工作重點,包括全面推行抗旱預案制度;建立抗旱物資儲備制度;探索旱災保險機制等。世界上有許多國家開設了災害保險,險種涉及地震、洪澇、風暴、火山爆發(fā)、滑坡和雪崩災害等。農(nóng)業(yè)旱災保險是減輕旱災風險規(guī)劃中必需的技術參數(shù),目前在美國、加拿大、澳大利亞、西班牙、日本等國家開展的相當普遍。我國的災害保險正在發(fā)展中,不僅險種少,而且管理水平較低,而針對旱災的保險基本空白,處于探索階段。我國第一批小麥旱災保險在2009年中國北方大旱中嘗試使用賠付。4區(qū)域規(guī)模干旱風險評價與風險研究4.1干旱風險和氣候條件目前地區(qū)尺度的旱災風險研究主要集中于干旱常發(fā)區(qū),研究方法以構建干旱風險因素指標,進行概率統(tǒng)計和區(qū)域特征分析為主。例如:,關注非洲大陸干旱區(qū)和半干旱區(qū)的旱災風險、澳大利亞東部干旱區(qū)的旱災風險、北美大平原地區(qū)的旱災風險、中國干旱最嚴重的西北地區(qū)的旱災風險和氣候變化趨勢。而對于干旱發(fā)生頻率較小地區(qū)的風險評價研究比較薄弱。地區(qū)尺度的旱災風險評價是研究其他尺度的旱災風險的切入點,可為實現(xiàn)空間尺度上推(全球和國家尺度)和下推(縣鄉(xiāng)農(nóng)戶尺度)旱災風險評估結果的轉換提供依據(jù),也可為不同地區(qū)降低旱災風險提供決策依據(jù)和現(xiàn)實模式。地區(qū)尺度的旱災風險研究重點集中于干旱常發(fā)的典型區(qū)。地區(qū)環(huán)境背景是旱災發(fā)生的重要前提,自然資源和自然條件(水/土資源、氣候和環(huán)境特征等)因地區(qū)范圍不同而不同。不同地區(qū)的社會經(jīng)濟條件、科技發(fā)展水平也不同,決定了旱災承災體遭受旱災打擊的脆弱性和恢復、適應能力差異。4.2對于中國氣候企業(yè)管理風險的綜合評價以農(nóng)業(yè)系統(tǒng)為承災體的旱災風險研究,目前主要集中在以下兩個方面的研究:一是分析對農(nóng)業(yè)不同損失程度的旱災災情所發(fā)生的概率風險。農(nóng)業(yè)旱災災情損失程度可用受災面積和減產(chǎn)等級兩個指標評價,所以可分為受災面積風險分析和減產(chǎn)等級風險分析。二是在“致災因子危險性分析—承災體脆弱性分析—恢復性分析”的框架內,進行綜合風險評價。例如,JiquanZhang采用人類生存環(huán)境風險評價法,選取了干旱災害的時間、范圍、強度頻率,持續(xù)強度和受災區(qū)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平等指標,評價了中國松遼平原玉米的旱災風險。Stephen等通過對肯尼亞Laikipia地區(qū)連續(xù)無雨日、土壤有效水、作物產(chǎn)量和經(jīng)濟能力等因素的分析,將氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱和社會經(jīng)濟干旱聯(lián)系在一起進行旱災風險評價?？梢?第1種研究以受災風險評價為主,方法較為簡單易行,但沒有從災害系統(tǒng)的角度進行綜合評價;第2種綜合風險評價研究還處于探索階段,如何合理構建農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的脆弱性和恢復性指標體系是重點和難點所在。4.3干旱風險分析目前針對農(nóng)作物承災體的旱災風險評價研究逐漸深入,多數(shù)研究都是利用作物模型定量模擬特定干旱指標(降水量,作物水分虧缺等)與作物生物量之間的關系,對作物因旱損失進行微觀風險評價。Yamoah對美國內布拉斯加州玉米產(chǎn)量和標準化降水量指數(shù)(SPI)進行統(tǒng)計分析,進而評價了玉米受旱的風險。朱自熹等以降水負距平表示冬小麥不同生育時期的干旱強度指標,對華北地區(qū)冬小麥干旱風險進行了評估分區(qū)。楊小利綜合考慮水分虧缺率,持續(xù)時間、作物水分敏感度等幾個因素,應用小波分析方法分析了隴東地區(qū)冬小麥、玉米生育期不同時段旱災指數(shù)的多時間尺度特征。ZornitsaPopova利用CERES作物模型對保加利亞首都索菲亞地區(qū)的不同作物產(chǎn)量損失風險評價,給出了作物生物學干旱頻次,準確地控制灌溉和排水時間來減輕年際之間產(chǎn)量損失的風險。王志強基于EPIC模型模擬了作物水分脅迫與小麥減產(chǎn)率之間的脆弱性曲線,并以此對中國小麥旱災風險作出評價。農(nóng)作物旱災風險評價研究已從統(tǒng)計學角度轉向作物生長的機制過程。脆弱性曲線為農(nóng)作物承災體的旱災風險評價提供了新的思路,它可通過承災個體的脆弱性反映區(qū)域總體脆弱性特征,目前真正能表現(xiàn)致災因子和承災體特性的致災指數(shù)和脆弱性曲線的綜合研究還比較薄弱。5地方標準干旱風險評價與研究5.1區(qū)域干旱風險評價旱災是造成農(nóng)業(yè)損失最大的自然災害類型。在中國,從全國尺度上看,縣級行政單元是構成減輕旱災風險管理的最小基本單元。針對我國旱災頻次高值區(qū)與農(nóng)業(yè)承災體的區(qū)域組合特點,確定3個典型縣研究區(qū):雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)(興和縣)、灌溉農(nóng)業(yè)(邢臺縣)和水田農(nóng)業(yè)(鼎城區(qū)),北京師范大學對這3個典型縣域已開展較多的旱災研究,多集中于農(nóng)作物或人口承災體的脆弱性或恢復性評價,對于典型縣的旱災風險評價目前也作出初步嘗試。而一些學者基于指標構建和數(shù)學統(tǒng)計的方法,對特定縣域的旱災風險做出評價,例如:商彥蕊對河北省138個縣,劉蘭芳等對湖南省衡陽市、王積全等對西部干旱區(qū)的甘肅省民勤縣等的旱災風險進行了評價。Kulapramote利用遙感影像和GIS技術,通過構建:土壤排水能力、地形坡度、灌溉面積、連續(xù)降雨日數(shù)、年均降雨量等指標體系,對泰國曼谷LopBuri縣的旱災風險進行評價和制圖。從以上研究可知,在相同或相近的致災強度作用下,縣域內的種植結構、農(nóng)業(yè)抗旱投入、水利設施建設與管理水平、經(jīng)濟結構和經(jīng)濟水平等構成影響縣域旱災風險水平差異的主導因素。提高縣域內農(nóng)業(yè)旱災系統(tǒng)的恢復力和適應能力,是有效降低農(nóng)業(yè)旱災風險的重要途徑。5.2干旱風險影響從微觀的家戶視角看,農(nóng)戶是從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本單位,是旱災打擊的直接和最終對象,也是災后政府救助工作實施的最小單位。作為一個可以適應區(qū)域生態(tài)-經(jīng)濟環(huán)境,并可以整合到當?shù)厣鐣?jīng)濟系統(tǒng)中的最基本單元,農(nóng)戶也是最易受旱災破壞的單元。目前的案例研究以野外調查和問卷訪談為主。例如:陳風波等通過對廣西、湖北、浙江5村153戶農(nóng)