城市洪涝损失评估与应对措施效益分析
——以广州市为例

刘 创，刘家宏，2，鲁佳慧，邵薇薇，苏 鑫

（1.中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038；2.水利部水资源与水生态工程技术研究中心，北京 100038）

1 研究背景

在气候变化大背景下，全球气温逐渐升高，使得气象灾害频发。伴随着城市快速的发展，城市区域下垫面硬化致使不透水面积急剧增大，改变了局地水循环过程，增加了极端暴雨发生概率，使得城市面临着严峻的洪涝风险［1-3］。我国是城市洪涝灾害频繁发生的国家，北京［4］、武汉［5］、广州［6］等城市在近年来更是遭受了极其严重的洪涝事件，对社会经济和生命财产造成巨大影响［7-8］。为了制定防洪规划、进行防洪决策和部署防洪救灾行动，需对洪涝灾害造成的损失进行科学准确的评估，常用的评估方法主要有历史灾情评估法、指标体系评估法、遥感影像评估法和情景模拟评估法［9］，其中洪水数值模拟、遥感和GIS等技术发挥着不可或缺的作用［10］。基于洪涝灾害评估，为有效减轻洪涝灾害造成的损失，城市洪涝风险的应对和管理受到广泛关注，通常分为工程措施和非工程措施两个方面［11］。工程措施包括防洪、除涝和排水等措施，表现为城市外围较大的洪水基础设施、城区内承担除涝功能的河道水系及泵站、城市排水管网，非工程措施包括信息监测、预报预警、调度等系统［12］和相关经济手段，其中洪水保险作为一项非工程措施，已经受到越来越多的关注［13］。目前对于工程和非工程措施的适用范围研究较少，应对洪涝灾害所采取的工程和非工程措施，不仅涉及到气候变化，还涉及到资金投入等经济学方面的问题，如何合理的采取工程与非工程措施，使其产生良好的效益，值得进一步探讨。有学者采用气候变化经济学的方法解决这一问题，研究了气候适应措施的成本和效益，并提出相应的政策性建议［14-15］。

鉴于此，本文以广州市为研究对象，评估了其在2020年、2025年和2035年社会情景下遭受不同重现期暴雨时的洪涝损失，并对其现状条件下所采取措施的成本及产生的效益进行评估分析。

2 研究方法及研究区概况

2.1 研究方法 气候适应经济学（Economics of Climate Adaptation）是为了支持决策者制定气候适应战略，并制定气候适应措施投资组合的一种分析方法，结合了风险评估、适应措施和风险转移，可以灵活地为各项目和部门确定具有成本效益的气候适应措施。其分析模式如图1所示，包括识别风险、评估风险、管理风险几个部分。

图1 ECA模式

在本文研究中，风险识别区域为广州市，风险类型为洪涝灾害；风险评估为考虑降雨量增加和社会经济发展的影响，对未来情景下洪涝损失的评估。本研究中所关注和计算的城市洪涝损失均为直接经济损失；风险管理包括对适应性措施的识别及社会成本和效益的分析，在本研究中，非工程措施着重考量了洪水保险的成本效益。

其中洪涝损失评估采用损失率法［16］：

式中：LD为直接经济损失；m为受灾对象数量；n为风险区数量；αi,j为第i类对象第j风险区的损失率；βi,j为第i类对象第j风险区的价值。

洪水保险费率包括纯费率和附加费率，纯费率是支付灾后赔偿的基本费率，附加费率是由洪灾损失率的标准差给定安全系数，其计算公式如下：

2.2 研究区概况 本文的研究区为广州市，是广东省省会、超大城市，国务院批复确定的中国重要的中心城市、国际商贸中心和综合交通枢纽，是首批沿海开放城市，是中国通往世界的南大门。广州市地处广东省中南部，珠江三角洲北缘，濒临南中国海位于北纬 22°39′—24°14′，东经 112°57′—114°35′（如图2），属于海洋性亚热带季风气候，其形成暴雨的气候条件及强度均居全国前列［17］，年雨量充沛，多年平均降雨量1830.8 mm。截至2018年，广州市下辖11个区，总面积7434 km2，建成区面积1249.11 km2，常住人口1530.59万人，城镇化率86.46%。因其暴雨频发，且城市化程度高，容易遭受洪涝灾害损失。

图2 广州市位置、区划示意图

3 结果分析

3.1 广州市现状洪涝损失评估 通过广东省水利厅发布的广州市洪涝风险图以及广州市统计年鉴相关资料，可知广州市不同重现期下暴雨的淹没水深和淹没区GDP分布情况，根据淹没水深与财产损失率关系曲线［16］，由式（1），在2020年社会经济发展情景下对各重现期暴雨造成的洪涝损失进行评估，评估结果如图3和表1所示。可以看出，随着降雨重现期的增大，其对广州市造成的洪涝损失也随之增大，在遭遇100年一遇和200年一遇的暴雨时，广州市的洪涝损失分别达到了56.78亿元和78.21亿元。虽然暴雨越大，其造成的损失也越大，但是由于发生概率较小，因此洪涝灾害年均期望损失相对稳定。综合各降雨重现期下的损失计算广州市洪涝年期望损失，在2020年社会经济条件下，约为5.88亿元。

表1 不同重现期降雨下洪涝损失

图3 不同频率降雨造成的损失变化

气候变化导致气温升高，城市雨岛效应增强，致使城市区域极端降雨增多，为进一步探究降雨量对洪涝损失的影响，参照有关研究［18］，在2020年社会经济条件下，以10年一遇降雨为基底，设计了一组不同降雨倍比的方案，分析降雨量变化对广州市洪涝损失的影响趋势。通过情景模拟得到降水量和淹没损失之间的回归曲线，得到降雨量增加导致的淹没损失的增加值，即相对损失，增加的比率为相对损失增加率，结果如表2所示。可以看出，随着降雨量的增加，其造成的损失也随之增加，并且随着降雨倍比的增加，其造成的损失增长幅度愈加明显，当降雨倍比扩大到1.4倍时，相对损失增加率超过了60%。

表2 不同降雨倍比下广州市的洪涝损失

3.2 广州市未来洪涝损失评估 有关研究表明，受到城市化的影响，城市区域年降水量增加5%以上，汛期暴雨量增加10%以上［19］。故综合考虑气候变化和社会经济发展的影响，以2020年为现状基准年，假设到2025年广州市降雨量增加5%，2035年降雨量增加10%，经济增速按照每年6.5%测算，分别对2025年和2035年广州市50年一遇、100年一遇暴雨造成的洪涝损失进行评估，如图4。可以看出，社会经济发展和气候变化均进一步加剧了洪涝损失，并且社会经济发展的影响明显大于气候变化。在同一重现期下，2035年的损失大于2025年，在2025年，广州市50年一遇暴雨和100年一遇暴雨造成的损失达到65.55亿元和99.51亿元，其中由社会经济发展致使的损失增加分别为84.1%和54.1%，因气候变化造成的损失增加分别为12.6%和21.2%；而在2035年，50年一遇和100年一遇的损失达到了76.05亿元和127.49亿元，其中由社会经济发展致使的损失增加分别为110.0%和94.7%，因气候变化造成的损失增加分别为18.2%和29.9%。

3.3 广州市洪涝风险应对措施分析 为了减少洪涝灾害造成的损失，广州市投入了一系列工程措施来进行片区排涝整治，根据《广州市防洪（潮）排涝规划（2010-2020）》对工程的成本进行估算，并对其产生的效益进行评估。如图5所示，随着工程措施的投入，各重现期降雨所造成的损失均有不同程度的减少，其中重现期20年一遇以下的降雨将不会造成损失。将工程投入成本与其产生效益对比，如图6，可以看出，工程投入成本随着降雨重现期的增加而急剧增长，意味着为应对高重现期洪涝灾害，需要投入更高的工程成本。对于重现期50年一遇以下的暴雨，洪涝损失减少量大于工程投入，此时工程投入产生正向收益；重现期50年一遇以上的暴雨，随着工程投入增加，洪涝损失减少量小于工程投入，且洪涝损失减少量逐渐趋于平缓，此时采用工程措施减少洪涝损失的做法经济性较低。

图5 不同重现期有无工程投入的洪涝损失

图6 工程投入和洪涝损失减少对比

当工程措施不产生正向收益时，可考虑其他风险转移手段来应对城市洪涝灾害。洪水保险作为非工程措施的重要组成部分，是改变洪灾损失负担方式、降低国家救灾费用的有效措施［20］。若在广州市采取洪水保险措施来应对大重现期暴雨，根据式（2）—式（5），对需缴纳保费进行计算，结果如表3所示。可以看出，若对50年一遇的暴雨损失进行投保，每年需要缴纳的保费为0.56亿元，如果从2020年开始投保，之后重现期内每一年的保费均按照社会折现率折算到2020年，社会折现率按照6%计算，则总共需要缴纳的保费金额为8.77亿元。同理计算100年一遇和200年一遇暴雨所需保费，每年分别需缴纳0.95亿元和1.31亿元，共计缴纳金额分别为15.76亿元和31.77亿元。所缴纳保费金额均低于应对相同级别洪涝的工程成本投入。

表3 不同重现期暴雨下广州市洪水保险保费

4 结论

本文基于气候适应经济学（ECA）构建的城市洪涝灾害损失评估方法，综合考虑气候变化和经济社会发展等影响因素评估了不同代表年的洪涝灾害损失。以广州市为例，分析了工程措施防治洪涝灾害的成本效益；引入洪水保险等非工程措施，测算了不同重现期的保费投入，主要结论如下：（1）以2020年为基准年，广州市在2025年面对50年一遇和100年一遇暴雨时，损失分别约为65.55亿元和99.51亿元，而在2035年，损失分别增加至76.05亿元和127.49亿元；（2）社会经济发展带来的承灾体暴露度增加的影响大于气候变化的影响，广州市遭受50年一遇暴雨和100年一遇暴雨时，在2025年，由社会经济发展致使的损失分别增加84.1%和54.1%，因气候变化造成的损失分别增加12.6%和21.2%；而在2035年，由社会经济发展致使的损失分别增加110.0%和94.7%，因气候变化造成的损失分别增加18.2%和29.9%；（3）洪涝防治应充分考虑适应措施的成本效益，对于广州市而言，50年一遇以下暴雨洪涝，工程减少的洪灾损失量大于工程投入，可以工程防治措施为主；而对100年和200年一遇暴雨，工程措施效益明显减小，且洪水保险保费分别为15.76亿元和31.77亿元，远小于工程投入成本，故可考虑通过巨灾保险（洪水/内涝保险）等市场化手段转移洪涝风险。

本文将气候变化简单概化为降雨量的变化，在下一步工作中应考虑各气象因素的综合影响，对城市洪涝风险进行更精确的评估。