劉 創(chuàng)，劉家宏，2，魯佳慧，邵薇薇，蘇 鑫

（1.中國水利水電科學研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，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)過程，增加了極端暴雨發(fā)生概率，使得城市面臨著嚴峻的洪澇風險［1-3］。我國是城市洪澇災害頻繁發(fā)生的國家，北京［4］、武漢［5］、廣州［6］等城市在近年來更是遭受了極其嚴重的洪澇事件，對社會經(jīng)濟和生命財產(chǎn)造成巨大影響［7-8］。為了制定防洪規(guī)劃、進行防洪決策和部署防洪救災行動，需對洪澇災害造成的損失進行科學準確的評估，常用的評估方法主要有歷史災情評估法、指標體系評估法、遙感影像評估法和情景模擬評估法［9］，其中洪水數(shù)值模擬、遙感和GIS等技術(shù)發(fā)揮著不可或缺的作用［10］。基于洪澇災害評估，為有效減輕洪澇災害造成的損失，城市洪澇風險的應對和管理受到廣泛關(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設施、城區(qū)內(nèi)承擔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、預報預警、調(diào)度等系統(tǒng)［12］和相關(guān)經(jīng)濟手段，其中洪水保險作為一項非工程措施，已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注［13］。目前對于工程和非工程措施的適用范圍研究較少，應對洪澇災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)濟學方面的問題，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，值得進一步探討。有學者采用氣候變化經(jīng)濟學的方法解決這一問題，研究了氣候適應措施的成本和效益，并提出相應的政策性建議［14-15］。

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

2 研究方法及研究區(qū)概況

2.1 研究方法 氣候適應經(jīng)濟學（Economics of Climate Adaptation）是為了支持決策者制定氣候適應戰(zhàn)略，并制定氣候適應措施投資組合的一種分析方法，結(jié)合了風險評估、適應措施和風險轉(zhuǎn)移，可以靈活地為各項目和部門確定具有成本效益的氣候適應措施。其分析模式如圖1所示，包括識別風險、評估風險、管理風險幾個部分。

圖1 ECA模式

在本文研究中，風險識別區(qū)域為廣州市，風險類型為洪澇災害；風險評估為考慮降雨量增加和社會經(jīng)濟發(fā)展的影響，對未來情景下洪澇損失的評估。本研究中所關(guān)注和計算的城市洪澇損失均為直接經(jīng)濟損失；風險管理包括對適應性措施的識別及社會成本和效益的分析，在本研究中，非工程措施著重考量了洪水保險的成本效益。

其中洪澇損失評估采用損失率法［16］：

式中：LD為直接經(jīng)濟損失；m為受災對象數(shù)量；n為風險區(qū)數(shù)量；αi,j為第i類對象第j風險區(qū)的損失率；βi,j為第i類對象第j風險區(qū)的價值。

洪水保險費率包括純費率和附加費率，純費率是支付災后賠償?shù)幕举M率，附加費率是由洪災損失率的標準差給定安全系數(shù)，其計算公式如下：

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、超大城市，國務院批復確定的中國重要的中心城市、國際商貿(mào)中心和綜合交通樞紐，是首批沿海開放城市，是中國通往世界的南大門。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氣候，其形成暴雨的氣候條件及強度均居全國前列［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個區(qū)，總面積7434 km2，建成區(qū)面積1249.11 km2，常住人口1530.59萬人，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)狀洪澇損失評估 通過廣東省水利廳發(fā)布的廣州市洪澇風險圖以及廣州市統(tǒng)計年鑒相關(guān)資料，可知廣州市不同重現(xiàn)期下暴雨的淹沒水深和淹沒區(qū)GDP分布情況，根據(jù)淹沒水深與財產(chǎn)損失率關(guān)系曲線［16］，由式（1），在2020年社會經(jīng)濟發(fā)展情景下對各重現(xiàn)期暴雨造成的洪澇損失進行評估，評估結(jié)果如圖3和表1所示?？梢钥闯觯S著降雨重現(xiàn)期的增大，其對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，廣州市的洪澇損失分別達到了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，因此洪澇災害年均期望損失相對穩(wěn)定。綜合各降雨重現(xiàn)期下的損失計算廣州市洪澇年期望損失，在2020年社會經(jīng)濟條件下，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

氣候變化導致氣溫升高，城市雨島效應增強，致使城市區(qū)域極端降雨增多，為進一步探究降雨量對洪澇損失的影響，參照有關(guān)研究［18］，在2020年社會經(jīng)濟條件下，以10年一遇降雨為基底，設計了一組不同降雨倍比的方案，分析降雨量變化對廣州市洪澇損失的影響趨勢。通過情景模擬得到降水量和淹沒損失之間的回歸曲線，得到降雨量增加導致的淹沒損失的增加值，即相對損失，增加的比率為相對損失增加率，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，其造成的損失增長幅度愈加明顯，當降雨倍比擴大到1.4倍時，相對損失增加率超過了60%。

表2 不同降雨倍比下廣州市的洪澇損失

3.2 廣州市未來洪澇損失評估 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經(jīng)濟發(fā)展的影響，以2020年為現(xiàn)狀基準年，假設到2025年廣州市降雨量增加5%，2035年降雨量增加10%，經(jīng)濟增速按照每年6.5%測算，分別對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行評估，如圖4?？梢钥闯觯鐣?jīng)濟發(fā)展和氣候變化均進一步加劇了洪澇損失，并且社會經(jīng)濟發(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到65.55億元和99.51億元，其中由社會經(jīng)濟發(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年一遇的損失達到了76.05億元和127.49億元，其中由社會經(jīng)濟發(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 廣州市洪澇風險應對措施分析 為了減少洪澇災害造成的損失，廣州市投入了一系列工程措施來進行片區(qū)排澇整治，根據(jù)《廣州市防洪（潮）排澇規(guī)劃（2010-2020）》對工程的成本進行估算，并對其產(chǎn)生的效益進行評估。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造成損失。將工程投入成本與其產(chǎn)生效益對比，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，意味著為應對高重現(xiàn)期洪澇災害，需要投入更高的工程成本。對于重現(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，此時采用工程措施減少洪澇損失的做法經(jīng)濟性較低。

圖5 不同重現(xiàn)期有無工程投入的洪澇損失

圖6 工程投入和洪澇損失減少對比

當工程措施不產(chǎn)生正向收益時，可考慮其他風險轉(zhuǎn)移手段來應對城市洪澇災害。洪水保險作為非工程措施的重要組成部分，是改變洪災損失負擔方式、降低國家救災費用的有效措施［20］。若在廣州市采取洪水保險措施來應對大重現(xiàn)期暴雨，根據(jù)式（2）—式（5），對需繳納保費進行計算，結(jié)果如表3所示?？梢钥闯?，若對50年一遇的暴雨損失進行投保，每年需要繳納的保費為0.56億元，如果從2020年開始投保，之后重現(xiàn)期內(nèi)每一年的保費均按照社會折現(xiàn)率折算到2020年，社會折現(xiàn)率按照6%計算，則總共需要繳納的保費金額為8.77億元。同理計算100年一遇和200年一遇暴雨所需保費，每年分別需繳納0.95億元和1.31億元，共計繳納金額分別為15.76億元和31.77億元。所繳納保費金額均低于應對相同級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保費

4 結(jié)論

本文基于氣候適應經(jīng)濟學（ECA）構(gòu)建的城市洪澇災害損失評估方法，綜合考慮氣候變化和經(jīng)濟社會發(fā)展等影響因素評估了不同代表年的洪澇災害損失。以廣州市為例，分析了工程措施防治洪澇災害的成本效益；引入洪水保險等非工程措施，測算了不同重現(xiàn)期的保費投入，主要結(jié)論如下：（1）以2020年為基準年，廣州市在2025年面對50年一遇和100年一遇暴雨時，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）社會經(jīng)濟發(fā)展帶來的承災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，在2025年，由社會經(jīng)濟發(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，由社會經(jīng)濟發(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）洪澇防治應充分考慮適應措施的成本效益，對于廣州市而言，50年一遇以下暴雨洪澇，工程減少的洪災損失量大于工程投入，可以工程防治措施為主；而對100年和200年一遇暴雨，工程措施效益明顯減小，且洪水保險保費分別為15.76億元和31.77億元，遠小于工程投入成本，故可考慮通過巨災保險（洪水/內(nèi)澇保險）等市場化手段轉(zhuǎn)移洪澇風險。

本文將氣候變化簡單概化為降雨量的變化，在下一步工作中應考慮各氣象因素的綜合影響，對城市洪澇風險進行更精確的評估。