城市洪澇損失評(píng)估與應(yīng)對(duì)措施效益分析
——以廣州市為例

劉 創(chuàng)，劉家宏，2，魯佳慧，邵薇薇，蘇 鑫

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；2.水利部水資源與水生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100038）

1 研究背景

在氣候變化大背景下，全球氣溫逐漸升高，使得氣象災(zāi)害頻發(fā)。伴隨著城市快速的發(fā)展，城市區(qū)域下墊面硬化致使不透水面積急劇增大，改變了局地水循環(huán)過(guò)程，增加了極端暴雨發(fā)生概率，使得城市面臨著嚴(yán)峻的洪澇風(fēng)險(xiǎn)［1-3］。我國(guó)是城市洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生的國(guó)家，北京［4］、武漢［5］、廣州［6］等城市在近年來(lái)更是遭受了極其嚴(yán)重的洪澇事件，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生命財(cái)產(chǎn)造成巨大影響［7-8］。為了制定防洪規(guī)劃、進(jìn)行防洪決策和部署防洪救災(zāi)行動(dòng)，需對(duì)洪澇災(zāi)害造成的損失進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的評(píng)估，常用的評(píng)估方法主要有歷史災(zāi)情評(píng)估法、指標(biāo)體系評(píng)估法、遙感影像評(píng)估法和情景模擬評(píng)估法［9］，其中洪水?dāng)?shù)值模擬、遙感和GIS等技術(shù)發(fā)揮著不可或缺的作用［10］。基于洪澇災(zāi)害評(píng)估，為有效減輕洪澇災(zāi)害造成的損失，城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)和管理受到廣泛關(guān)注，通常分為工程措施和非工程措施兩個(gè)方面［11］。工程措施包括防洪、除澇和排水等措施，表現(xiàn)為城市外圍較大的洪水基礎(chǔ)設(shè)施、城區(qū)內(nèi)承擔(dān)除澇功能的河道水系及泵站、城市排水管網(wǎng)，非工程措施包括信息監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)警、調(diào)度等系統(tǒng)［12］和相關(guān)經(jīng)濟(jì)手段，其中洪水保險(xiǎn)作為一項(xiàng)非工程措施，已經(jīng)受到越來(lái)越多的關(guān)注［13］。目前對(duì)于工程和非工程措施的適用范圍研究較少，應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害所采取的工程和非工程措施，不僅涉及到氣候變化，還涉及到資金投入等經(jīng)濟(jì)學(xué)方面的問(wèn)題，如何合理的采取工程與非工程措施，使其產(chǎn)生良好的效益，值得進(jìn)一步探討。有學(xué)者采用氣候變化經(jīng)濟(jì)學(xué)的方法解決這一問(wèn)題，研究了氣候適應(yīng)措施的成本和效益，并提出相應(yīng)的政策性建議［14-15］。

鑒于此，本文以廣州市為研究對(duì)象，評(píng)估了其在2020年、2025年和2035年社會(huì)情景下遭受不同重現(xiàn)期暴雨時(shí)的洪澇損失，并對(duì)其現(xiàn)狀條件下所采取措施的成本及產(chǎn)生的效益進(jìn)行評(píng)估分析。

2 研究方法及研究區(qū)概況

2.1 研究方法 氣候適應(yīng)經(jīng)濟(jì)學(xué)（Economics of Climate Adaptation）是為了支持決策者制定氣候適應(yīng)戰(zhàn)略，并制定氣候適應(yīng)措施投資組合的一種分析方法，結(jié)合了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、適應(yīng)措施和風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移，可以靈活地為各項(xiàng)目和部門確定具有成本效益的氣候適應(yīng)措施。其分析模式如圖1所示，包括識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)幾個(gè)部分。

圖1 ECA模式

在本文研究中，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別區(qū)域?yàn)閺V州市，風(fēng)險(xiǎn)類型為洪澇災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為考慮降雨量增加和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，對(duì)未來(lái)情景下洪澇損失的評(píng)估。本研究中所關(guān)注和計(jì)算的城市洪澇損失均為直接經(jīng)濟(jì)損失；風(fēng)險(xiǎn)管理包括對(duì)適應(yīng)性措施的識(shí)別及社會(huì)成本和效益的分析，在本研究中，非工程措施著重考量了洪水保險(xiǎn)的成本效益。

其中洪澇損失評(píng)估采用損失率法［16］：

式中：LD為直接經(jīng)濟(jì)損失；m為受災(zāi)對(duì)象數(shù)量；n為風(fēng)險(xiǎn)區(qū)數(shù)量；αi,j為第i類對(duì)象第j風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的損失率；βi,j為第i類對(duì)象第j風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的價(jià)值。

洪水保險(xiǎn)費(fèi)率包括純費(fèi)率和附加費(fèi)率，純費(fèi)率是支付災(zāi)后賠償?shù)幕举M(fèi)率，附加費(fèi)率是由洪災(zāi)損失率的標(biāo)準(zhǔn)差給定安全系數(shù)，其計(jì)算公式如下：

2.2 研究區(qū)概況 本文的研究區(qū)為廣州市，是廣東省省會(huì)、超大城市，國(guó)務(wù)院批復(fù)確定的中國(guó)重要的中心城市、國(guó)際商貿(mào)中心和綜合交通樞紐，是首批沿海開(kāi)放城市，是中國(guó)通往世界的南大門。廣州市地處廣東省中南部，珠江三角洲北緣，瀕臨南中國(guó)海位于北緯 22°39′—24°14′，東經(jīng) 112°57′—114°35′（如圖2），屬于海洋性亞熱帶季風(fēng)氣候，其形成暴雨的氣候條件及強(qiáng)度均居全國(guó)前列［17］，年雨量充沛，多年平均降雨量1830.8 mm。截至2018年，廣州市下轄11個(gè)區(qū)，總面積7434 km2，建成區(qū)面積1249.11 km2，常住人口1530.59萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率86.46%。因其暴雨頻發(fā)，且城市化程度高，容易遭受洪澇災(zāi)害損失。

圖2 廣州市位置、區(qū)劃示意圖

3 結(jié)果分析

3.1 廣州市現(xiàn)狀洪澇損失評(píng)估 通過(guò)廣東省水利廳發(fā)布的廣州市洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖以及廣州市統(tǒng)計(jì)年鑒相關(guān)資料，可知廣州市不同重現(xiàn)期下暴雨的淹沒(méi)水深和淹沒(méi)區(qū)GDP分布情況，根據(jù)淹沒(méi)水深與財(cái)產(chǎn)損失率關(guān)系曲線［16］，由式（1），在2020年社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景下對(duì)各重現(xiàn)期暴雨造成的洪澇損失進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果如圖3和表1所示。可以看出，隨著降雨重現(xiàn)期的增大，其對(duì)廣州市造成的洪澇損失也隨之增大，在遭遇100年一遇和200年一遇的暴雨時(shí)，廣州市的洪澇損失分別達(dá)到了56.78億元和78.21億元。雖然暴雨越大，其造成的損失也越大，但是由于發(fā)生概率較小，因此洪澇災(zāi)害年均期望損失相對(duì)穩(wěn)定。綜合各降雨重現(xiàn)期下的損失計(jì)算廣州市洪澇年期望損失，在2020年社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件下，約為5.88億元。

表1 不同重現(xiàn)期降雨下洪澇損失

圖3 不同頻率降雨造成的損失變化

氣候變化導(dǎo)致氣溫升高，城市雨島效應(yīng)增強(qiáng)，致使城市區(qū)域極端降雨增多，為進(jìn)一步探究降雨量對(duì)洪澇損失的影響，參照有關(guān)研究［18］，在2020年社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件下，以10年一遇降雨為基底，設(shè)計(jì)了一組不同降雨倍比的方案，分析降雨量變化對(duì)廣州市洪澇損失的影響趨勢(shì)。通過(guò)情景模擬得到降水量和淹沒(méi)損失之間的回歸曲線，得到降雨量增加導(dǎo)致的淹沒(méi)損失的增加值，即相對(duì)損失，增加的比率為相對(duì)損失增加率，結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?，隨著降雨量的增加，其造成的損失也隨之增加，并且隨著降雨倍比的增加，其造成的損失增長(zhǎng)幅度愈加明顯，當(dāng)降雨倍比擴(kuò)大到1.4倍時(shí)，相對(duì)損失增加率超過(guò)了60%。

表2 不同降雨倍比下廣州市的洪澇損失

3.2 廣州市未來(lái)洪澇損失評(píng)估 有關(guān)研究表明，受到城市化的影響，城市區(qū)域年降水量增加5%以上，汛期暴雨量增加10%以上［19］。故綜合考慮氣候變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，以2020年為現(xiàn)狀基準(zhǔn)年，假設(shè)到2025年廣州市降雨量增加5%，2035年降雨量增加10%，經(jīng)濟(jì)增速按照每年6.5%測(cè)算，分別對(duì)2025年和2035年廣州市50年一遇、100年一遇暴雨造成的洪澇損失進(jìn)行評(píng)估，如圖4?？梢钥闯?，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和氣候變化均進(jìn)一步加劇了洪澇損失，并且社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響明顯大于氣候變化。在同一重現(xiàn)期下，2035年的損失大于2025年，在2025年，廣州市50年一遇暴雨和100年一遇暴雨造成的損失達(dá)到65.55億元和99.51億元，其中由社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展致使的損失增加分別為84.1%和54.1%，因氣候變化造成的損失增加分別為12.6%和21.2%；而在2035年，50年一遇和100年一遇的損失達(dá)到了76.05億元和127.49億元，其中由社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展致使的損失增加分別為110.0%和94.7%，因氣候變化造成的損失增加分別為18.2%和29.9%。

3.3 廣州市洪澇風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施分析 為了減少洪澇災(zāi)害造成的損失，廣州市投入了一系列工程措施來(lái)進(jìn)行片區(qū)排澇整治，根據(jù)《廣州市防洪（潮）排澇規(guī)劃（2010-2020）》對(duì)工程的成本進(jìn)行估算，并對(duì)其產(chǎn)生的效益進(jìn)行評(píng)估。如圖5所示，隨著工程措施的投入，各重現(xiàn)期降雨所造成的損失均有不同程度的減少，其中重現(xiàn)期20年一遇以下的降雨將不會(huì)造成損失。將工程投入成本與其產(chǎn)生效益對(duì)比，如圖6，可以看出，工程投入成本隨著降雨重現(xiàn)期的增加而急劇增長(zhǎng)，意味著為應(yīng)對(duì)高重現(xiàn)期洪澇災(zāi)害，需要投入更高的工程成本。對(duì)于重現(xiàn)期50年一遇以下的暴雨，洪澇損失減少量大于工程投入，此時(shí)工程投入產(chǎn)生正向收益；重現(xiàn)期50年一遇以上的暴雨，隨著工程投入增加，洪澇損失減少量小于工程投入，且洪澇損失減少量逐漸趨于平緩，此時(shí)采用工程措施減少洪澇損失的做法經(jīng)濟(jì)性較低。

圖5 不同重現(xiàn)期有無(wú)工程投入的洪澇損失

圖6 工程投入和洪澇損失減少對(duì)比

當(dāng)工程措施不產(chǎn)生正向收益時(shí)，可考慮其他風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移手段來(lái)應(yīng)對(duì)城市洪澇災(zāi)害。洪水保險(xiǎn)作為非工程措施的重要組成部分，是改變洪災(zāi)損失負(fù)擔(dān)方式、降低國(guó)家救災(zāi)費(fèi)用的有效措施［20］。若在廣州市采取洪水保險(xiǎn)措施來(lái)應(yīng)對(duì)大重現(xiàn)期暴雨，根據(jù)式（2）—式（5），對(duì)需繳納保費(fèi)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3所示?？梢钥闯?，若對(duì)50年一遇的暴雨損失進(jìn)行投保，每年需要繳納的保費(fèi)為0.56億元，如果從2020年開(kāi)始投保，之后重現(xiàn)期內(nèi)每一年的保費(fèi)均按照社會(huì)折現(xiàn)率折算到2020年，社會(huì)折現(xiàn)率按照6%計(jì)算，則總共需要繳納的保費(fèi)金額為8.77億元。同理計(jì)算100年一遇和200年一遇暴雨所需保費(fèi)，每年分別需繳納0.95億元和1.31億元，共計(jì)繳納金額分別為15.76億元和31.77億元。所繳納保費(fèi)金額均低于應(yīng)對(duì)相同級(jí)別洪澇的工程成本投入。

表3 不同重現(xiàn)期暴雨下廣州市洪水保險(xiǎn)保費(fèi)

4 結(jié)論

本文基于氣候適應(yīng)經(jīng)濟(jì)學(xué)（ECA）構(gòu)建的城市洪澇災(zāi)害損失評(píng)估方法，綜合考慮氣候變化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等影響因素評(píng)估了不同代表年的洪澇災(zāi)害損失。以廣州市為例，分析了工程措施防治洪澇災(zāi)害的成本效益；引入洪水保險(xiǎn)等非工程措施，測(cè)算了不同重現(xiàn)期的保費(fèi)投入，主要結(jié)論如下：（1）以2020年為基準(zhǔn)年，廣州市在2025年面對(duì)50年一遇和100年一遇暴雨時(shí)，損失分別約為65.55億元和99.51億元，而在2035年，損失分別增加至76.05億元和127.49億元；（2）社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的承災(zāi)體暴露度增加的影響大于氣候變化的影響，廣州市遭受50年一遇暴雨和100年一遇暴雨時(shí)，在2025年，由社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展致使的損失分別增加84.1%和54.1%，因氣候變化造成的損失分別增加12.6%和21.2%；而在2035年，由社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展致使的損失分別增加110.0%和94.7%，因氣候變化造成的損失分別增加18.2%和29.9%；（3）洪澇防治應(yīng)充分考慮適應(yīng)措施的成本效益，對(duì)于廣州市而言，50年一遇以下暴雨洪澇，工程減少的洪災(zāi)損失量大于工程投入，可以工程防治措施為主；而對(duì)100年和200年一遇暴雨，工程措施效益明顯減小，且洪水保險(xiǎn)保費(fèi)分別為15.76億元和31.77億元，遠(yuǎn)小于工程投入成本，故可考慮通過(guò)巨災(zāi)保險(xiǎn)（洪水/內(nèi)澇保險(xiǎn)）等市場(chǎng)化手段轉(zhuǎn)移洪澇風(fēng)險(xiǎn)。

本文將氣候變化簡(jiǎn)單概化為降雨量的變化，在下一步工作中應(yīng)考慮各氣象因素的綜合影響，對(duì)城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行更精確的評(píng)估。