气候变化对中国洪涝灾害风险的影响*

刘志雨，夏军

①水利部水利信息中心，北京 100053；②武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072

气候变化对中国洪涝灾害风险的影响*

刘志雨①†，夏军②††

①水利部水利信息中心，北京 100053；②武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072

洪涝灾害是中国最严重的自然灾害之一。它不仅分布广、发生频率高, 而且造成巨大的经济损失，是制约经济社会可持续发展的重要因素之一。研究表明: 中国洪涝有明显的高频期、低频期的阶段性年代际特征。近30年来，南方典型洪涝风险区和中小流域极端洪涝事件的频次和强度总体呈现增加、增强态势，大城市和特大型城市暴雨内涝事件也呈增加趋势。在全球气候变暖、城镇化快速发展的背景下，未来中国部分地区强降水、洪涝等极端事件有可能增加、增强，从而加大洪灾风险和防汛调度指挥难度，并对经济社会可持续发展带来不利的影响。

气候变化；洪涝；灾害；风险

受季风以及地理位置、地形和地貌等因素影响，中国是世界上洪涝灾害频繁且严重的国家，洪水灾害不仅范围广、发生频繁、突发性强，而且损失大。据统计，20世纪90年代以来，中国年均洪涝灾害对国民经济造成的直接损失在千亿元以上[1]，其中1998年长江发生了全流域大洪水，嫩江、松花江发生了流域性特大洪水，西江和闽江也发生了特大洪水，全国因洪灾死亡4 150人，直接经济损失2 550.9亿元[2]。进入21世纪，中国暴雨洪涝呈现新的特征，主要体现在中小河流洪水、山洪、暴雨诱发的泥石流和滑坡，以及城市内涝灾害频发，造成人民生命伤亡和财产巨大损失。2007年重庆、济南因暴雨引发特大水灾，造成93人死亡，10人失踪[3]。2010年，全国因中小河流洪水和灾害死亡人口2 824人，占当年洪涝灾害死亡总人数的87.6%[4]。2012年7月12日，北京遭遇罕见的特大暴雨，一日面平均雨量高达170 mm，为新中国成立以来历史最大；暴雨中心房山河北镇点雨量达541 mm，重现期约500年；暴雨引发的特大山洪灾害造成了严重的人员伤亡和财产损失。

政府间气候变化专门委员会第五次评估报告(IPCC AR5)指出，近60年全球平均增温达0.12 ℃/10 a，21世纪末全球地表气温将可能升高0.3～4.812 ℃[5]。中国《第三次气候变化国家评估报告》显示：1909年以来中国的变暖速率高于全球平均值，每百年升温0.9～1.5 ℃。全球变暖会导致水循环出现变异，降水时空分布更加不均匀[6]。气候变化改变了大气持水能力，将引起洪水等极端水文事件出现的频率和强度的变化，使得一些地区的洪水风险增加[7]。中国《第三次气候变化国家评估报告》预计，“气候变化可能会进一步加剧洪涝灾害的发生”。在国家重点基础研究发展计划(973)项目课题《气候变化对南方典型洪涝灾害高风险区防洪安全的影响》研究成果的基础上，本文进一步讨论分析近60年中国洪涝极端事件的变化特征，基于不同气候变化情景多模式数据，预估在全球变暖背景下中国南方典型流域极端洪水变化趋势，进而预估未来气候变化对中国洪涝灾害风险的可能影响，并提出一些应对气候变化对策建议，为相关部门应对气候变化提供参考。

1 近60年中国洪涝极端事件的变化特征

本研究定义10年、20年、50年、100年一遇的中洪水及以上洪水作为极端洪涝水文事件。基于250个长系列水文测站年极值资料，对中国东部季风区典型流域洪水发生的年代际、年际变化发生规律进行研究分析。基于年最大和超定量抽样方法所得的洪水样本系列，以30年为周期对洪峰流量系列逐年滑动，采用P-Ⅲ型分布曲线分别对各30年滑动系列进行洪水频率分析计算，利用Man-Kendall检验法诊断系列参数的趋势性，识别洪峰流量系列的平稳性。采用“2个时期”对比的方法，分析近30年(1981—2010年)和较前30年(1951—1980年)洪峰流量系列参数估计值。

1.1 南方典型洪涝风险区极端洪涝事件的频次和强度总体呈现增加态势

中国洪水有明显的高频期、低频期的阶段性年代际特征，近30年来洪水年际变幅大部呈现增加趋势，部分地区强降水频发、旱涝并重、突发洪涝、旱涝急转等现象日益突出。

与1951—1980年相比，1981—2010年珠江、长江、闽江等流域10年一遇以上的洪峰流量值有所增大。对于重现期为50年的特大洪水，珠江流域70%断面、淮河流域32%断面的设计洪峰值呈增加趋势[8](图1和图2)。

图1 珠江流域西江梧州水文站极端洪涝事件的强度(a)和频次(b)前后30年变化

图2 珠江 (a)和淮河流域(b)主要控制站50年一遇年最大流量前后30年强度变化分布

1.2 中小流域极端降水与洪涝事件的频次和强度总体呈现增加和增强态势

局部地区短历时强降水事件频发、中小河流洪水增多、增强。以珠江流域北江上游支流武江(7 000 km2)为例，全年和汛期降水量均未表现出明显变化趋势，但年最大流量的增加趋势较为明显，显著性水平达到0.05，洪水形态也发生变化(图3)。对于像武江这样的小流域，气候变暖导致的极端降水增加可以产生较强的短历时洪水。

图3 武江流域控制站年最大流量(a)和洪水历时(b)变化趋势

1.3 大城市和特大型城市暴雨内涝事件也呈增加趋势

沿海城市广州市城区最大1 h、最大1 d降雨在过去20年间有弱的上升态势，日降雨量≥50 mm的暴雨次数有较为明显的上升趋势，且通过了置信度为90%的显著性检验[9-10](图4)。滨河城市蚌埠市20世纪80年代中期以来暴雨与洪水遭遇的频次明显增多，1986年以来外洪与城市暴雨遭遇相对频繁，25年内遭遇多达11次，几率约为44%。与1952—1980年相比，1981—2010年蚌埠市外洪与城市暴雨遭遇概率有所增加，均增加95%以上[11](图5)。

图4 广州市1969—2011年日降雨超过50 mm时间序列

图5 蚌埠市城区暴雨(最大1 d降水量)与外洪(年最大15 d洪量)遭遇示意

2 在全球变暖背景下中国洪涝风险未来演变趋势的预估

由于全球变暖，中国东亚季风气候系统各子系统都在不断发生变异, 这将使得中国洪涝灾害可能变得更加严重[12-13]。本文以洪涝灾害高风险区淮河流域和珠江流域内的重要防洪水利工程(如大型水库、蓄滞洪区)和重要城市为研究对象，基于新一代排放情景(表1)CMIP5多模式数据及其二次开发数据产品，预估极端洪涝变化趋势，研判未来气候变化对重点水利工程、防洪城市防洪安全影响的后果与风险，为相关部门应对气候变化提供参考。

表1 新一代排放情景典型浓度目标

2.1 未来气候变化可能对区域防洪安全产生不利影响

以淮河防洪最为重要的蒙洼蓄滞洪区为研究对象，基于RCP情景下全球47个IPCC CMIP5气候模式模拟数据[13]，构建了网格分辨率为0.25 ℃×0.25 ℃的VIC水文模型，应用CMIP5多模式的降尺度结果与VIC模型耦合，预估RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种情景下未来时期(2021—2050年)蒙洼蓄滞洪区王家坝闸前端极端洪水洪变化趋势，进而预估未来30年气候变化对蒙洼蓄滞洪区启用的可能影响(图6)。结果表明：与基准期(1971—2000年)相比，多模式预估淮河上游未来多年平均气温一致呈增加趋势，平均增幅范围0.2～1.7 ℃；超过70%的模式预估降水呈增加趋势，平均增幅为3.4%～4.1%；王家坝断面20年一遇的最大日平均流量和最大30 d洪量总体呈增加趋势，平均增加分别为19%和16%；20年一遇相当的洪水频率将增大，蒙洼蓄滞洪区启用可能更加频繁，启用的风险增大[14]。

图6 不同情景下2021—2050年王家坝断面20年一遇的最大日平均流量相对变化(基准期：1971—2000年)

2.2 气候变化将可能增加水库防洪调度的难度

以珠江流域北江飞来峡水库(以防洪为主的水利枢纽，总库容19.04亿m3，控制面积34 097 km2，防洪标准500年一遇设计)为研究对象，基于CMIP5多模式集合降尺度数据预估了未来时期不同情景下飞来峡水库极端入库洪水的可能变化范围，并根据IPCC第5次评估报告处理和表达不确定性的方法来描述未来洪水趋势变化的可信度(图7)。研究结果显示，未来时期(2021—2050年)飞来峡水库年最大洪峰流量和年最大洪量在RCP2.6情景下“大约可能”呈增加趋势，在RCP4.5和RCP8.5情景下“较为可能”呈增加趋势。与基准期(1971—2000年)相比，水库极端入库洪水增加的可能性从大到小依次为RCP4.5、RCP2.6和RCP8.5，其中设计洪水100年、50年和20年一遇的洪峰流量在3种排放情景下均呈上升趋势[15]。综合分析，未来气候变暖可能使得飞来峡水库以上区域降水时空分布不均性加大，汛期降雨可能呈增加趋势，极端强降雨事件和洪水同一重现期洪水的洪峰值可能呈增大趋势，同样量级的洪峰重现期缩短，给水库防洪调度带来新的挑战。

图7 不同情景下飞来峡水库入库洪峰多模式模拟结果平均概率曲线对比

2.3 城市内涝风险有可能进一步加大

在气候变暖导致的海平面上升、极端强降雨与暴雨洪水事件频发的情景下，未来沿海与内陆城市面临雨潮和雨洪遭遇的风险可能加大，城区外洪内涝的概率增加。利用47个气候模式，在三种排放情景下未来20～50年广州城区极端强降雨，与基准期(1971—2000年)相比，有可能增加，加上海平面可能继续上升，由强降雨或高潮位所引发的内涝风险可能会进一步加大。2021—2050年，多模式预估蚌埠市暴雨与淮河上游洪水遭遇的概率较基准期(1971—2000年)有所增加，增幅为46%～79%[11]，蚌埠市城市内涝风险可能进一步加大，可能对城市防洪安全产生不利的影响。

3 结语

洪涝灾害始终是中华民族的心腹之患。从上面的分析可以看出，在气候变化和人类活动影响加剧的背景下，洪涝灾害仍是未来中国严重的自然灾害之一。虽然气候变化趋势预估存在不确定性，但我们预计未来随着全球变暖，中国强降水、洪涝等极端水文事件增多的可能性甚大，加大了水旱灾害风险和防汛抗旱调度指挥风险，迫切需要从工程措施、非工程措施以及应急管理等方面来提高应对水旱灾害的能力。为此提出以下对策建议：①根据防洪风险形势的变化，不断修订完善流域及城市防洪规划及相关的政策法规，构建与经济社会发展相适应的防洪安全保障体系；②在水利工程规划设计中，要充分考虑气候变化背景下洪水极值系列的非平稳性，发展和应用与气候变化相联系的非稳态极值洪水频率计算方法；③进一步加强东亚季风气候自然变异和温室气体排放等人为强迫对洪水变化影响的研究，提高对暴雨洪水演变规律的认识水平和预估能力。

(2016年5月4日收稿)

[1] 国家防汛抗旱总指挥部, 水利部. 中国水旱灾害公报2014 [M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2015.

[2] 水利部. 中国'98大洪水[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 1999.

[3] 国家防汛抗旱总指挥部, 水利部. 中国水旱灾害公报2007 [M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2008.

[4] 国家防汛抗旱总指挥部, 水利部.中国水旱灾害公报2010 [M].北京:中国水利水电出版社, 2011.

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[11] 陆桂华, 张亚洲, 肖恒, 等. 气候变化背景下蚌埠市暴雨与淮河上游洪水遭遇概率分析[J]. 气候变化研究进展, 2015, 11(1): 31-37.

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[15] 杨赤, 刘志雨, 李洋. 淮河流域水文极值预测模型研究[J]. 气候变化研究进展, 2015, 11(1): 22-30.

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(编辑：段艳芳)

Impact of climate change on flood disaster risk in China

LIU Zhiyu①, XIA Jun②
①Water Resources Information Center, Beijing 100053, China; ②State Key Laboratory of Water Resources & Hydro Power Engineering Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China

Flooding is one of the worst natural disaster in China, and it is characterized by wide distribution, high frequency, and huge economic losses, which has been one of the important factors that restrict the economic and social sustainable development. Research shows that flooding in China has significant periodic decadal characteristics of high frequency and low frequency. For nearly 30 years, the inter-annual amplitude of fl oods in eastern monsoon climate area in China mostly showed a trend of increase. The increased frequency and intensity of fl ooding in typical southern river basins with high fl ood risk, and small and medium-sized rivers became prominent, and urban fl ooding and water-logging caused by storms in metropolises showed an increased trend. Under the background of global climate warming, rapid development of urbanization, heavy rain, fl oods and other extreme events may increase in occurrence and in intensity in future in parts of China, so as to increase the risk of fl ood disasters and accelerate the dif fi culty of fl ood-prevention and dispatch command, and thus causing unfavorable in fl uences on the economic and social sustainable development.

climate change, fl ood, disaster, risk

10.3969/j.issn.0253-9608.2016.03.003

*国家重点基础研究发展计划(973计划)(2010CB428400)资助

†国家百千万人才工程入选者

††通信作者，中国科学院院士，研究方向：系统水文学非线性理论与方法、生态水文与水资源可持续管理。E-mail: xiajun666@whu.edu.cn