淮河流域行蓄洪区运用的风险因素识别

毛春梅,顾洋洋,于彦博,杜 勇

(1.河海大学公共管理学院,江苏 南京 211100;2.淮河水利委员会水利水电工程技术研究中心,安徽 蚌埠 233001;3. 北京市水利规划设计研究院,北京 100048)



淮河流域行蓄洪区运用的风险因素识别

毛春梅1,顾洋洋1,于彦博2,杜 勇3

(1.河海大学公共管理学院,江苏 南京 211100;2.淮河水利委员会水利水电工程技术研究中心,安徽 蚌埠 233001;3. 北京市水利规划设计研究院,北京 100048)

淮河流域行蓄洪区作为防洪工程体系的重要组成部分,在减轻淮河沿岸大堤的洪水压力方面发挥着重要作用。行蓄洪区的运用会造成行蓄洪区内的经济损失、人员伤亡及环境污染等多种风险。行蓄洪区运用的风险是致灾因子的危险性、孕灾环境和承灾体易损性及御灾环境的脆弱性等共同作用的结果。从4个方面分析淮河流域行蓄洪区运用的风险因素,提出淮河蓄洪区运用的风险防范对策。

蓄洪区;风险因素识别;风险防范对策;淮河流域

由于淮河流域有着特殊的地理和气候条件,依靠干流修建堤防和大坝等工程技术手段难以从根本上解决防洪问题,行蓄洪区成为防洪工程体系的重要组成部分,在淮河防洪体系中发挥着重要的不可替代的作用。目前淮河干流有行洪区17个,蓄洪区4个。行蓄洪区的启用起到了削减洪峰、蓄纳洪水、减少洪水淹没范围,将洪灾损失降低到最小化的作用,保护了人民生命财产的安全。行蓄洪区土地肥沃,资源丰富,在人口增长压力和经济利益驱使下,必然要被垦殖,原本是宣泄洪水通道,也被围垦或直接耕种。行蓄洪区不得不承担行蓄洪水及经济发展的双重功能。因此行蓄洪区的运用,不仅会造成行蓄洪区内巨大的经济损失,同时还会带来区内居民流离失所,甚至人员伤亡的风险。对淮河流域行蓄洪区运用的风险因素进行识别,并提出风险防范对策,对有效降低行蓄洪区运用的风险具有重要意义。

1 行蓄洪区运用风险的形成机制

行蓄洪区运用风险形成机制是指影响行蓄洪区风险形成过程的各种因素及其性质。学者Davidson等提出的洪水灾害风险概念模型认为，洪灾风险是致灾因子危险性、孕灾环境和承灾体易损性等相互作用的结果。其实,除了这三大因素外,御灾环境的抵抗性也是洪灾风险的重要因素。因此,行蓄洪区运用的灾害风险模型可表示为

R=f(H,E,V,B)

式中:R为洪灾风险度;H为致灾因子危险度;E为孕灾环境;V为承灾体易损性或暴露性;B为御灾环境的脆弱性。

从灾害学的角度出发,行蓄洪区风险的形成必须具备以下条件[1-2]:

a. 存在诱发风险发生的因素,即致灾因子。如进洪量、流速、淹没水深和淹没历时等等;

b. 具备形成风险的环境,即孕灾环境。如地形、地貌、地覆物等;

c. 区内有人居住或有财产分布,即承灾体的暴露性,包括经济暴露性和居民暴露性。如农作物、各类财产、各类设施等;

d. 缺乏抵御灾害风险的能力,即御灾体的脆弱性,反映御灾能力的指标包括区内桩台数量、保庄圩数量、避水楼数量、风险预警系统的完备性等等。

以上均是构成行蓄洪区运用时形成风险的条件。其中,致灾因子是区内洪灾发生的首要因素;孕灾环境是洪灾形成的地理条件;承灾体是洪水作用的对象或客体,是灾害承担者;御灾体是削减洪灾的重要保障。风险是致灾因子、孕灾环境、承灾体、御灾体4个子系统相互作用的结果，其作用机理见图1。

图1 行蓄洪区风险系统构成

在行蓄洪区风险系统中,洪水灾害是由致灾因子在一定的孕灾环境下,作用于承灾体,通过御灾体的削减而形成的,它们之间的因果关系,可用图2所示的逻辑结构描述。

图2 行蓄洪区风险系统输入输出逻辑结构

2 行蓄洪区运用的风险因素分析

2.1 致灾风险因素分析

致灾因子,是指诱发洪灾发生的因子。我国大部分地区在大陆季风气候影响下,降雨时间集中,强度很大,暴雨灾害是洪水灾害的最主要来源。而行蓄洪区是防洪工程措施与非工程措施相结合的一种防洪减灾工具,结合行蓄洪区风险类别及各类风险的影响情况,可将洪水演进指标(降雨强度、启用时控制站水位、最大进洪量、拦蓄水量、最高蓄洪水位、平均淹没水深、淹没历时、最大洪水流速)及区内排水历时、积水深度等作为诱发洪灾的因素。一般认为,洪水演进指标数值越大,行蓄洪区运用所致灾的风险的可能性越大,风险损失越大;区内洪水排出历时越短,致灾风险的可能性越小;积水深度越大,致灾风险越大。

淮河流域地处我国南北气候、高低纬度和海陆相3种过渡带的重叠区域,天气系统复杂多变,降水量年际变化大,年内时空分布也极不均匀。从地形看,上游河道比降大,洪水汇流迅速,中下游比降小,河道弯曲平缓,部分河段甚至是倒比降,极易形成洪涝灾害。加之黄河夺淮的影响,以及靠海、地形等因子的配合,易发生旱涝交替。由于淮河流域发生洪水频率高,导致行蓄洪区启用频繁,促进了致灾因子的形成,进而作用于承灾体,造成经济风险、人身风险以及环境风险。例如:正阳关以上行蓄洪区的启用机遇约为3年一遇,其以下行蓄洪区也仅为5年一遇。每次启用后,都给居民的财产造成严重损失。表1是蒙洼蓄洪区近3次运用后的风险损失[3]。

表1 蒙洼蓄洪区近3次运用后的风险损失

除洪水因素外,洪水含沙量、污染物含量也是重要的致灾因子。一方面,沙和污染物的含量高,则其占据蓄洪区的空间越大,蓄洪区蓄纳洪水的容量越小,洪水淹没范围越广,致灾的危险性就会大大提高,损失越大。另外,含沙量和污染物含量越高,行洪后,沙土和污染物可能会截留在行蓄洪区内的土壤中,降低甚至破坏土壤质量,降低农作物产量。一些对人类身体健康有害的污染物被农作物吸收后,还会危害人类身体健康。而且,污染物含量越大,则洪水的传播时间越长,流速越慢,其高水位维持的时间就越长,承灾体的易损性就会增大[4]。

区内居民防灾意识也是一重要致灾因子,主要指行蓄洪区内的居民对洪灾认识和重视程度,认识度越高、重视程度越强,则在洪水来临之前进行财产等转移工作的积极性则增大,财产转移及时,居民的财产损失率将减小,洪灾的危害性将减轻。

2.2 行蓄洪区孕灾风险分析

洪水危险性不仅受降雨气象因素的影响,在很大程度上还受地理因素即孕灾环境的影响。孕灾环境主要指下垫面因素和土壤类型。下垫面因素主要包括:地形、区内河湖网络密度、地物覆盖度和土壤类型。

2.2.1 下垫面因素

a. 地形。地形与洪灾的严重程度是密切相关的。地面高程和坡度反映了地形变化程度。一般来说,地面高程对洪灾的影响有两个方面:①绝对高程低的地方,进洪时更容易遭受洪水的侵袭,致灾风险越高。②相对高程低的地方,积水难以排泄,造成积水,其淹没历时相对也高,洪灾危险性越大。地面坡度影响着洪水的流速,一般坡度越大,洪水流速越快,发生洪灾的可能性就越大。

b. 区内河湖网密度。洪水在河道内的正常流动不会致灾,一旦溢出河道则成为灾害性洪水,有可能致灾。河湖网络密度反映了河网分布及其对洪水危险程度的影响。不同级别的河流其影响范围和程度是不同的,级别越高,影响力就越大;同一级别的河流因其位置不同影响力和范围也是不同的。离河道越近的地方,暴雨发生时,洪水溢出河道后先遭受洪水的侵袭和冲击,洪水危险性越大,受灾后损失的程度也越严重。

不合理的人为活动影响河湖调蓄洪水的能力。如围湖造田减少了河湖数量和河网密度,直接影响了河湖的调洪面积和容量,抬高了洪水水位,增加了洪水流量,加大了洪水的危险性。所以河湖网络密度是影响洪水危险性的一项重要指标。

c. 地物覆盖度。地物覆盖度,指区内单位面积上的地物面积,即为区内单位土地面积上的地物覆盖面积。地物覆盖对降水的入渗有着很大的作用,对洪水的危险性也有很大的影响。一般而言,不同的地物覆盖类型、不同的地物覆盖度,对洪水的入渗能力和缓冲能力不同。通常情况下,地物覆盖度越大,截留洪水、蓄水的能力越强。如行蓄洪区内有大片的森林、湖泊或草地,则对洪水有着较大的缓冲能力,行蓄洪区发生洪灾的可能性则越小。

2.2.2 土壤类型

土壤是在一定地形上的母质,通过气候、生物及人类生产活动等因素的综合影响,经历长时间的作用而形成。土壤的生成及属性受外界环境因素的控制,是与自然成土因素和人类生产活动紧密联系的,它反映了内部物质变化与外界环境条件的统一。在不同土壤类型中,砂礓黑土、盐碱土和淤土是易涝、易渍、易碱的主要土类;沙土质地匀细,团粒结构差,吸水渗水能力强,径流系数较低,有较高的抗涝能力;两合土是沙土与淤土之间的土壤,一般土层深厚,团粒结构好,渗水、保水能力强,是较好的保水保肥土壤,有一定的抗涝能力;褐土质地疏松,土层深厚,孔隙较大,吸收水分性能良好;棕壤土由于质地黏重、有机质多,因此吸收水分的性能好;水稻土是在淹水与落干、氧化和还原相互交替作用下形成的,一般具有土层厚及疏松的性质,因其下有隔水层,故透水性较差,径流系数较大。

2.3 行蓄洪区承灾体的易损性分析

承灾体易损性分析研究的是承灾体对于洪灾的响应水平,即分析承灾体遭受灾害后可能的受损程度。自然灾害易损性是人类社会经济系统在受到自然灾害时抵御、应对和恢复的能力,即在一定社会政治、经济、文化背景下,特定区域内的承灾体面对某种自然灾害表现出的易于受到伤害和损失的性质。易损性的结构包括敏感性、应对能力(包括适应性)和恢复力。其中,敏感性强调承灾体的本身属性,是由其物理结构决定,灾害发生前就存在;应对能力主要表现为灾害发生时社会经济系统中表现出来的抗御灾害的特性;恢复力则为灾害发生之后表现出来的系统恢复力,影响承灾系统恢复到原状态所需的时间、精力和效率。

在洪灾风险系统中,承灾体易损性分析的核心是根据洪水特性和承灾体特性,从而计算承灾系统破坏程度D的破坏模型:

D=g(f,C)

式中:f为洪水特性,具体包括进洪量、淹没水深和淹没历时等特性指标;C为承灾体的特性,若承灾体是农作物,则具体包括农作物种类、生长阶段等特性指标。若承灾体是房屋建筑物,其特性则包括房屋结构、房屋所处高程等等。

不同的承灾体遭遇同样强度洪水的损失程度不一样,同一承灾体遭遇不同强度洪水的损失程度也不一样;同时,从时间上看,承灾体在不同时期遭遇同等强度的洪水其损失也不同。因此,现实中的函数关系g是十分复杂的,很难找到其解析式,存在很大的不确定性。目前洪灾易损性(即洪灾风险系统中承灾体脆弱性)研究主要是通过建立洪水特性指标(如淹没水深、淹没历时、流速等)与承灾体损失率(即洪灾损失值与承灾体原有价值之比)之间的关系曲线,从而对承灾体易损性进行评估。

不同的承灾体应对洪灾的能力不同,发生洪灾后损失率不同。洪灾发生后,对各承灾体的影响表现在以下几个方面。

2.3.1 经济承灾体的易损性分析

行蓄洪运用将对行蓄洪区内经济产生巨大影响,对区内居民的经济财产和收益状况产生极大的破坏,给当地的经济发展带来极大的不利影响。主要表现为:

a. 区内农作物因洪水的淹没和浸泡而减产,甚至是绝产。淮河行蓄洪区内的产业主要以农作物为主,在同一降雨强度下农作物种植面积越大,洪水淹没后农作物减产、绝收的总量越大。且在同一淹没水深下农作物的种类不同,其淹没损失程度存在较大差异。因为不同农作物品种,其耐涝耐淹的能力存在很大差异,而同一种作物,由于其不同的生长阶段,其耐淹程度也存在较大差异。例如水稻在不同生育阶段,水稻的耐淹能力有很大的差异。

b. 受灾人群家庭财产的损失。家庭财产主要包括房屋、家禽、家用电器与家具等。居民家庭财产越多,耗费转移成本越大,受洪灾后损失率越大。家庭财产的耐淹程度与其类别、材质、是否可搬移等因素有关。如房屋建筑物,其受淹损失程度与其本身的建筑用材、建筑结构、质量状况等因素有关。

c. 乡镇工商业洪灾经济损失。工商企业主要包括厂房、生产经营设备、库房以及其他设施等不动产以及库存物资、办公设施、产品、交通工具、可移动设备等动产。产值越大,转移中耗费的成本越大,受淹后损失率越大。

2.3.2 社会承灾体的易损性分析

行蓄洪区的运用对社会的影响主要指对区内生活和生产环境的影响,包括人员的伤亡、人口的迁移以及因正常的生活生产秩序遭到破坏而产生的一系列社会问题。

据调查,淮河流域行蓄洪区内人口非常密集,平均907 人/km2,是全国平均水平的6倍之多。人口密度的增加,同时也加大了对庄台、道路及基础设施的需求。另一方面,行蓄洪区内青壮年一般都外出打工,留守在区内的一般为年老体弱的老人或18岁以下的少年儿童,行蓄洪区一旦启用,这些人群撤退效率低,增加了人员伤亡的风险。

2.3.3 环境承灾体的易损性分析

启用行蓄洪区后,上游的泥沙将被洪水冲积至下游,掩埋下游的农业耕地,使原有的生态平衡遭到破坏,严重阻碍了当地的农业生产。水利设施和供水系统常因洪灾影响而造成破坏,影响水质和卫生条件,直接影响了动植物的数量,破坏生物多样性,特别是珍稀物种。具体表现可参见文献[4]。

2.4 御灾系统的御灾能力分析

2.4.1 水情预报能力

行蓄洪区的运用对水情预报能力的要求很高。如果预报水位低了,与实际水位差别太大,没有及时启用行蓄洪区就会带来想象不到的风险损失;如果预报高了,造成行蓄洪区在不该使用的时候使用了,则会给行蓄洪区带来很大损失。2007年6月19日入梅以后,淮河上游连续普降大到暴雨,王家坝以上平均降雨量超过300 mm。7月9日8时,王家坝水位已达28.66 m,超过警戒水位1.16 m。王家坝水位会不会超过保证水位,蒙洼蓄洪区是否需要启用,这就带来了较大的技术风险。根据安徽省水文局的预测预报,国家防汛抗旱指挥部、安徽省防汛抗旱指挥部最终决定启用蒙洼蓄洪区,明显缓解了上下游的防汛压力。此次水文预报,预见期达20多小时,为各级防汛部门决策指挥提供了可靠技术支撑,为蒙洼蓄洪区及时调度居民、财产转移争取了时间,有效减少了损失。

2.4.2 安全建设情况

为保证行蓄洪区启用时群众生命财产的安全,20世纪90年代以来淮河流域加大了安全建设力度,包括制定了行蓄洪区运用调度预案,修建庄台、保庄圩、避洪楼、撤退道路和通信预警系统等。目前行蓄洪区内各行政村基本均通程控电话,防汛微波电话也已安装至乡防汛指挥所和各行政村。接到撤退电话后,主要以广播、电视、电话、宣传车等方式通知区内各住户,各行政村实行负责人包干制,确保人人皆知。

2.4.3 抵灾系统存在的风险

a. 水利基础设施依然薄弱。行蓄洪区内水利工程大多建于20世纪六七十年代,设计标准低,建设质量不高,加之年久失修,难以发挥应有效益。

b. 行蓄洪区部分工程建设标准低。国家虽对行蓄洪区的配套设施建设投入了大量资金,但与行蓄洪区运用的要求相比还有较大的差距。表现为:①撤退道路建设标准低,不能满足行蓄洪时撤退要求。据对姜唐湖(霍邱县境内)的调查,该县的撤退道路及淹没影响道路三分之二左右均为砂石路,且设计标准低,最大只能承载15 t车辆通行。由于标准低,未行蓄洪时部分撤退道路已毁坏;同时,随着行蓄洪区内的人口不断增长,撤退道路密度小,行蓄洪时不能按规定时间撤退,增加了风险隐患。②沿淮河流、湖泊等支流和洼地堤防防洪标准低。这些堤防大部分建设标准为5～10年一遇,不能满足抗御较大洪水需要,农业生产得不到保证。③沿淮湖、洼地排涝标准低。这些地方的机电排涝泵站多数为3年一遇排涝标准,排涝不畅,内涝严重。

c. 安全设施老化短缺,不满足现阶段实际人口的需求。政府投入的专项资金不足以建设足够的安全设施,以满足人口增长的需要。区内居民主要通过转移到庄台上避险,而庄台数量有限、面积偏小且公共设施很不齐全。

d. 通讯预警设施启用时效性差。行蓄启用前,为保证区内居民及时做好撤离工作,要求通讯报警及时、有效,为居民进行人身、财产的安全转移争取足够的时间,而现有的预警系统达不到这样的标准。

e. 居民防灾意识淡漠。由于洪水突发的随机性以及对洪灾危害性认知不足,居民防灾意识不够,加之转移成本偏大、操作繁琐,以及根深蒂固的恋乡情结,致使部分居民不能积极地做好避险和财产转移工作。

f. 行蓄洪区缺乏统一的管理机构。虽然淮河行蓄洪区堤防、进退洪等均有专门的管理机构,但区内洼地等是由乡镇属地管理,实际处于无人管理状态。且行蓄洪区缺乏行之有效的管理办法和管养经费,工程老化失修、毁坏严重。

g. 行蓄洪区运用迁移难度大。随着行蓄洪区内的人口的不断增长,财产也不断增长,行蓄洪区一旦运用,动员群众搬迁难度大,且搬迁所需的时间长、任务重,转移安置地点紧张,对安全运用带来风险隐患。

3 结 语

目前,淮河流域行蓄洪区存在启用标准低,进洪频繁,调度启用决策困难;行蓄洪区启用时撤退转移人口多、损失大、成本高;行蓄洪区安全设施建设不足,部分建设维护事项权责不清;行蓄洪区居民居住条件差,生活水平低;人口控制政策难以有效落实,人水争地矛盾日益加剧;补偿政策的导向作用与长远目标不协调。一旦发生大洪水,在行蓄洪区运用时将面临区内人口转移安全风险、区内财产安全风险、运用时庄台上人民生活保障风险和灾后恢复风险。为此,建议完善淮河流域蓄洪区管理体制[5],严格执行蓄洪区调整规划,严格加强行蓄洪区内人口管理[6],严格遵循行蓄洪区土地利用政策,以控制蓄洪区运用的各种风险。

[1] 魏一鸣. 洪水灾害分析的系统理论[J]. 管理科学学报,2001,4(2):7-11.

[2] 魏博文,姜振翔,徐镇凯.鄱阳湖流域洪水风险动因响应辨识与定性分析[J].中国农村水利水电,2014(3):31-35.

[3] 李燕,徐迎春. 淮河行蓄洪区和易涝洼地水灾防治实践与探索[M]. 北京:中国水利水电出版社,2013.

[4] 蒯文玲. 淮河(安徽段)行蓄洪区沉积物重金属污染及潜在生态危害研究[D]. 合肥:合肥工业大学,2006.

[5] 沈艳. 关于蓄滞洪区的管理模式与发展探讨[J]. 工程与建设与档案,2009(5):754-756.

[6] 向立云. 蓄滞洪区管理与发展模式探讨[J]. 防汛与抗旱,2002(2):22-27.

水利部公益性行业科研专项经费项目(201301065);中央高校基本科研业务费项目(2014B09414)

毛春梅(1968—)，女，江苏南通人，教授，博士，主要从事水利行政管理、资源与环境管理等研究。E-mail:1079099163@qq.com

10.3880/j.issn.1003-9511.2016.05.011

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1003-9511(2016)05-0047-04

2016-04-22 编辑：陈玉国)