城镇化背景下我国城市洪涝灾害演变特征

柳 杨， 范子武， 谢 忱， 刘国庆， 费香波

(南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)

洪涝灾害是我国自然灾害中影响最严重的灾害之一。据住建部2010年对国内351个城市专项调研显示，2008—2010年间，有62%的城市发生过不同程度的内涝，其中内涝灾害超过3次以上的城市有137个，在发生过内涝的城市中，57个城市的最长积水时间超过12 h；2012—2015年，我国受淹城市分别高达184座、234座、125座和168座[1]；2016年汛期，武汉、南京、景德镇、吉林、宜兴等城市又轮番上演“城市看海”的景象。

暴雨内涝灾害严重影响了城市的正常运转与城市居民正常的生产生活，也引起了国内外学者的广泛研究。近年来，不少学者对洪涝灾害的变化情况进行了分析，耿思敏等[2]对黄河中下游洪涝灾害开展了研究，认为黄河流域洪涝灾害总体呈现加重态势；王静爱等[3]分析了18世纪中期以来的水灾格局，认为近百年来我国水灾中心由黄淮海平原向东北、西部和南方转移；文献[4-8]探讨了我国洪灾变化与降水变化、人类活动之间的联系以及我国洪涝灾害的时空变化规律。在城市洪涝灾害方面，国内外许多学者开展了城市化效应对洪涝灾害的影响研究，Rodriguez等[9]认为城市发展，河流水系的大量衰减，造成区域排水不畅，加剧了城市洪涝灾害的风险；Trusilovak等[10]认为城镇化对降水有一定影响，市区降水量大于郊区；Owrangi等[11]指出快速城市化进程大大增加了城市洪涝风险；陈鹏等[12]得出10年来整个市区内洪水灾害风险的高风险逐渐增加，整体风险呈增加趋势，但局部变化不一；童中贤[13]对环洞庭湖城市洪涝灾害演变进行了分析，认为该区域洪涝灾害有越来越严重的趋势；李娜等[14]研究了上海洪涝灾害发生的基本特征和趋势性；程晓陶[15]探讨了我国城市洪涝损失激增的成因，分析了风险的演变倾向与重要特征。纵观国内外相关研究，目前专门针对城市洪涝灾害的研究成果并不多，而城市洪涝灾害与城镇化率之间的关系探讨更是甚少发现。

本文采用全国1990—2015年洪涝灾情调查与统计资料，分析了20世纪末至21世纪初快速城镇化发展时期我国城市洪涝灾害发生次数的时空分布特征，探讨城市洪涝灾害受灾人口和直接经济损失等洪涝灾情的分布特征以及洪涝灾情与城镇化率之间的关系，研究成果可为今后科学有效地防洪减灾提供基础依据，对提高城市洪涝灾害控制和管理水平具有非常重要的意义。

1 数据来源与研究方法

本文收集了自1990年全国各省、直辖市的洪涝灾害发生时间和洪灾损失，包括农作物受灾面积、农作物成灾面积、受灾人口、死亡人口、房屋倒塌、水利工程破坏和直接经济损失等，数据来自每期《中国减灾》灾情信息专栏以及国际灾害数据库EM-DAT[16]统计资料。基于收集的数据，整理1990—2015年全国城市洪涝灾害发生时间信息，运用数理统计方法和GIS技术，分时段统计分析洪涝灾害发生次数，探讨我国城市洪涝灾害的时空分布规律；利用1990—2015年全国城市洪涝受灾人口、死亡人口、直接经济损失等洪灾数据，研究城市洪涝灾情随时间的演变趋势，并采用灰色关联分析方法，分析受灾人口、死亡人口、直接经济损失与城镇化率之间的相关性，分析城镇化对洪涝损失的影响。

2 我国城市洪涝灾害时空分布格局

2.1 城市洪涝灾害的空间分布

我国国土面积广阔，地区差异性很大，每个城市发生的洪水规律并不相同。根据《中国减灾》每期灾情信息专栏，整理得到每个城市的洪灾发生次数，如图1所示，从统计资料来看，洪水在我国的发生范围很广，基本在每个城市都有发生，给人们的生命和财产造成重大损失和严重威胁。

图1 我国城市洪涝灾害发生次数的空间分布Fig.1 Spatial distribution of Chinese urban flood disaster events

我国洪涝灾害总体上呈现出南重北轻、中东部重西部轻的空间分布格局。在统计时段内，我国受灾频繁的城市几乎全部集中于长江流域和珠江流域。从气候角度分析，我国东部和南部地区基本都处在季风的影响范围内，大暴雨产生的频率较大，受东亚季风的影响，每年4—6月，东亚季风在东亚大陆建立，长江以南将出现大暴雨；7—8月，东亚季风最强烈，大暴雨会在川西和华北地区出现，与此同时，台风登陆东南沿海，也会带来大暴雨；9—11月，大暴雨移动到南方，在台风和南下冷空气的影响下，东南沿海地区仍然会有大暴雨产生。由此可以看出，洪涝灾害较为严重的地区基本都是大暴雨频繁的地区。

我国洪涝灾害频繁的城市主要分布在几大城市群范围内，特别是长江中游城市群、珠三角城市群、成渝城市群和长三角城市群。从区域发展情况出发，我国京津冀、长江三角洲、珠江三角洲三个城市群经济发展情况已经形成“三足鼎立”之势，京津冀、长三角、珠三角地区的GDP分别为6.65，12.88和5.78 亿元，总人口分别为1.1，1.6和0.56 亿[17]。除京津冀城市群外，珠三角和长三角城市群均是洪涝灾害频繁的地区，由此可见，洪涝灾害的发生与城市人口和经济的发展也有一定关系。

2.2 不同时段城市洪涝发生次数的比较

将收集到的1990—2015年全国城市洪涝灾情数据按时间分成1990—1994，1995—1999，2000—2004，2005—2009和2010—2014共5个时段统计，为保证时间段年数的统一，暂不用2015年的数据。各时段洪灾发生次数分布情况如图2所示。

图2 不同时段城市洪涝发生次数分布Fig.2 Spatial distribution of urban flood disaster events in different periods

(1)1990—1994年洪涝发生次数的地理分布 1990—1994年期间，我国所有城市共发生洪涝灾情2 085次(不含香港、台湾、澳门，下同)。这5年中，我国除辽宁省、内蒙古自治区、青海省、西藏自治区和新疆维吾尔自治区的部分城市未发生过洪涝灾害以外，其余各地区均发生了不同次数的洪涝灾害，其中，洪涝灾害次数大于5次的城市主要分布在长江中游城市群、京津冀城市群、珠三角城市群，以湖南省益阳市的洪灾次数最多，5年内发生洪涝灾害18次，其次为湖南省衡阳市、湖北省黄冈市，均为17次，另外山东省济宁市、聊城市、临沂市、菏泽市的洪灾也较为频繁，5年内的洪涝灾害次数均超过14次。

(2)1995—1999年洪涝发生次数的地理分布 1995—1999年全国各城市共发生洪涝灾害1 390次，与1990—1994年相比，洪灾次数大幅减少。1995—1999年，我国洪涝灾害主要发生在长江中游城市群，以湖南省益阳市的洪灾发生次数最多，5年内共发生为19次，其次为湖北荆州市、湖北宜昌市。

(3)2000—2004年洪涝发生次数的地理分布 2000—2004年，全国各城市共发生洪涝灾情1 287次。这段时间，全国大部分地区洪灾次数均小于4次，洪涝灾害次数大于5次的地区主要分布在长江中游城市群、成渝城市群，以重庆市的洪灾次数最多，5年内发生洪涝灾害17次，其次为贵州省遵义市、毕节地区、六盘水市，均为14次。

(4)2005—2009年洪涝发生次数的地理分布 我国2005—2009年各市共发生洪涝灾情2 380次。这一时段，全国城市洪涝灾害次数明显增多，洪灾较为频繁的地区位于成渝城市群、珠三角城市群，其中，四川达州和重庆市的洪灾次数最多，5年内发生洪涝灾害均为24次。

(5)2010—2014年洪涝发生次数的地理分布 2010—2014年期间，我国所有城市共发生洪涝灾情2 270次。 5年中，我国洪涝灾害频繁的城市主要分布在珠三角城市群，以广东省的洪灾最为频繁，发生洪涝灾害次数高达23次，该省茂名市、清远市、肇庆市、江门市、湛江市、梅州市的洪灾次数最多。

对比分析我国1990—1994年、1994—1999年、2000—2004年、2005—2009年、2010—2014年5个时段洪涝灾害次数分布图可见，1990—1994年，洪灾次数大于5次的地区分布范围较广，涉及松辽流域、海河流域、黄河流域、淮河流域、太湖流域、长江流域和珠江流域；1994—1999年，洪灾大于5次的地区范围减小，主要包括长江流域、太湖流域和淮河流域，松辽流域已不在其中；2000—2014年，长江流域和珠江流域洪涝灾害较为频繁。由此可见，从1990年到2010年，洪灾频繁的地区逐步向南方转移。

1990—1994年、1995—1999年、2000—2004年、2005—2009年、2010—2014年5个时间段，全国各城市洪涝灾害总次数以及不同等级频率受灾市统计结果见表1。从表1可以看出，从1990年至2014年这段时间，全国各城市洪涝灾害总次数呈现出先减小后又逐步增加的趋势，1990—1994年洪灾较为频繁，在1995—2004年间，洪灾次数有所减少，但2005年至2014年间洪灾次数上涨。全国各城市洪灾次数统计结果显示，在5年内洪涝灾害次数超过15次、甚至是20次的城市越来越多，由此说明，从整个国家来看，城市洪涝灾害愈来愈频繁。

表1 洪涝灾害次数统计Tab.1 Statistics of floods events

3 我国城市洪涝灾害损失综合评估

3.1 城市洪涝灾害损失变化趋势

1990—2015年，我国城市(不包括香港、澳门和台湾)洪涝灾害年平均死亡人口为0.04万，年平均受灾人口2 633.84 万人，年平均直接经济损失为218.04 亿元。根据每年城市洪涝灾害死亡人口、受灾人口及直接经济损失数据(数据来源：国际灾害数据库EM-DAT)，建立几个洪灾指标的年变化柱状图，见图3～5。

图3 城市洪涝死亡人口年变化情况Fig.3 Annual variation of dead population in urban floods

图4 城市洪涝受灾人口年变化情况Fig.4 Annual variation of affected population in urban floods

图5 城市洪涝直接经济损失年变化情况Fig.5 Annual variation of direct economic loss in urban floods

从城市洪涝死亡人口来看，1990—2015年期间我国洪涝灾害造成城市年平均死亡人口0.04 万人，1996年、1998年和2010年死亡人口最多，分别为1 305，1 439和941 人。就洪涝灾害死亡人口的总体变化情况而言，统计时段内城市洪涝灾害死亡人口呈现出下降趋势，除1996年、1998年和2010年3年突发事件之外，在2010年之前，洪涝死亡人口每隔几年增长1次，呈现出周期性变化，2010年之后，死亡人口数量较平均，无明显减小的趋势。

从城市受灾人口来看，1990—2015年我国每年都有不同程度的洪涝灾害受灾人口，1991年和1998年是洪涝受灾人口相对较多的年份，其中1998年受灾人口为24 271.43 万，1991年受灾人口为21 023.57 万，1993年的受灾人口最少，仅为0.74 万。就洪涝灾害受灾人口总体变化情况而言，统计时段内全国受灾人口随时间呈现变小趋势，但在各个年份时有波动，年际间差异较大，最大受灾人口与最小受灾人口的比值为32 799.23。

从直接经济损失来看，在2010年之前，除1998年大洪水造成的经济损失较大之外，其他经济损失年均387.24 亿元，2010年之后经济损失增幅较大，年均损失852.90 亿元，1990—2015年期间，1998年和1996年的洪灾损失较大，分别为2 106.85和1 255.37 亿元，2000年是洪涝灾害导致直接经济损失最少的一年，经济损失为20.93 亿元。统计时段内，洪涝灾害经济损失各个年份也时有波动，有一定的年际间差异性，但随时间呈现增加的趋势，特别在2010年以后明显增加，说明城市化水平的提高或极端天气的发生，会导致洪涝灾害损失加剧。

3.2 洪涝灾害与城镇化率的关系

城市是一个以人为主体、以空间利用为特点、以聚集经济效益为目的空间地域系统[18]。根据中国国家统计局的数据，2011年末我国城镇人口占总人口比例已经达到51.27%，城镇人口比重首次超过非城镇人口，在统计学意义上，中国已经成为“城市化”国家[19-20]。

图6 1960—2014年各国城镇化率变化曲线Fig.6 Curves of urbanization rates in different countries during 1960—2014

城镇化率(本文指城镇常住人口占常住总人口的比例)是当代社会发展与进化最为显著的标志之一，国际统计资料显示，城镇化率为30%～60%是一个国家或区域城镇化发展的快速阶段，对洪涝风险分布有长远影响[21]。我国和澳大利亚、巴西、加拿大、印度、日本几个不同发展水平国家1960—2014年城镇化率(来源：世界银行数据库)如图6所示，可见，我国从1994年以后，城镇化率为30%～60%，且与其他几个国家相比，我国城镇化率在1990年至2014年间城镇化发展进程最快。由此也说明，我国现阶段正处于一个快速城镇化时期。

为进一步探讨1990—2014年我国洪涝灾情与城镇化发展水平之间的相关关系，在现有统计资料中，选择死亡人口、受灾人口以及直接经济损失作为洪涝灾情指标，城镇化率作为城镇化发展水平指标。考虑到洪涝灾害各项指标与城镇化率是均有不同的量纲，本文采用灰色关联分析方法分析两者之间的相关程度，即用平均值标准化法对各项指标进行处理，并计算出洪涝灾情与城镇化率的关联系数r和关联度R，r表示该年洪灾指标与城镇化率的相关程度，R表示1990—2014年洪灾指标与城镇化率相关程度的平均。具体计算过程如下：

(1)指标数据初始化 采用式(1)将城镇化率、死亡人口、受灾人口、直接经济损失4项指标的原始数据进行初始化处理。

(1)

(2)求序列差

(2)

(3)分别计算序列差的两级

(3)

(4)计算关联度系数

ri(j)=(m+δM)/(Δi(j)+δM)

(4)

式中：δ∈(0,1)，δ=0.5。

(5)计算关联度

(5)

关联程度分4级，其中，弱度关联：0死亡人口>直接经济损失，表明受灾人口与城镇化率之间的关联度最大，死亡人口次之，直接经济损失与城镇化率之间的关联度最小。

图7 1990—2014年全国洪涝灾情与城镇化率的关联Fig.7 Relationship between Chinese flood disaster and urbanization rate during 1990—2014

建立1990—2014年洪涝灾情与城镇化率关联系数r随时间的变化关系，如图7所示。从图7可以看出，我国城市洪涝灾害死亡人口、受灾人口和直接经济损失3项指标与城镇化率的关联系数在各个年份时有波动，从关联度数值看，R1，R2，R3均在0.65～0.85之间，属于较强关联。

以上分析表明，我国城市洪涝灾害程度与城镇化发展具有一定的相关性。城市化水平的提高一方面推动了社会经济的迅猛发展，但同时也带来了地区人口密度的急剧加大，生态环境条件的改变，进而引起地区局部气候和水循环条件发生变化，导致洪涝灾害强度不断增强、频数增加。城市化降低了水面率和植被覆盖率，改变了城市的下垫面环境，雨水的下渗能力减弱，加快了雨水的汇流速度，排涝压力明显加大，进一步增加了暴雨洪涝灾害的风险，且相对于其他地区而言，城市的人口和资金比较集中，受到洪涝灾害的威胁更大。因此，城镇化率对城市洪涝死亡人口、受灾人口、直接经济损失有较大的影响，两者之间存在较强关联。

从关联程度来说，洪涝灾害一旦发生必然产生一定数量的受灾人口，但死亡人口仅在洪灾发生到一定程度之后才会存在，而且，随着城市管理、医疗以及灾害预报预警等水平的提高，死亡人口数量得到控制，因此，洪涝受灾人口受城镇化率的影响必然比死亡人口更加敏感。另外，近年来我国洪涝直接经济损失与日俱增，直接经济损失模式发生了变化，由洪涝造成的建筑物本身的损失比重降低，其内部财产损失比重增加，有形资产损失比重降低，因经济活动中断所造成的损失比重增加，并出现了一些新的经济损失，其中以水、电、气、交通、通讯、计算机网络等国民经济命脉系统因洪涝瘫痪而造成的连锁效应和地下设施的洪涝脆弱性问题表现得更为突出。因此，相对于洪涝受灾人口和死亡人口来说，直接经济损失的产生更加复杂，与城镇化率的相关性相对较弱。

城市化使洪涝灾害更加频繁，而下垫面硬化程度的增大是我国城市化发展进程中的重要表现，在今后的城市发展中，建议推进海绵城市思想和理念，控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化，降低城市防洪压力，并配合其他工程与管理措施，有效减少城市洪涝带来的损失。

4 结 语

根据国内外有关部门的历年调查与统计资料，选择洪涝灾害次数、受灾人口、死亡人口、直接经济损失等洪涝灾害指标，对我国城市洪涝灾情的变化特征进行了分析，研究了我国城市洪涝灾害与城镇化率之间的相关关系。分析结果表明：

(1)我国城市洪涝灾害总体上呈现出南重北轻、中东部重西部轻的空间分布格局，受灾最频繁的城市基本集中于长江流域和珠江流域，并分布在几大城市群范围内，特别是长江中游城市群、珠三角城市群、成渝城市群和长三角城市群。城市洪涝灾害的发生与地区大暴雨的频繁程度有关，也与地区自身的城市发展状况有一定关系。

(2)1990—2014年，全国各城市每5年的洪涝灾害总次数分别为2 085，1 390，1 287，2 380和2 270次，呈现出先减小后又逐步增加的趋势，且洪灾频繁的地区逐步向南方各城市转移，5年内洪涝灾害次数超过15次、甚至是20次的城市越来越多，我国城市洪涝灾害愈来愈频繁。

(3)1990—2015年，我国城市洪涝受灾人口随时间呈现变小趋势，年际间差异较大，最大受灾人口与最小受灾人口的比值为32 799.23；直接经济损失随时间呈现增加的趋势，特别在2010年以后明显增加，说明城市化水平的提高或极端天气的发生，会导致洪涝灾害损失加剧。

(4)1990—2014年我国城市洪涝灾害死亡人口、受灾人口和经济损失与城镇化率之间的关联度分别为0.727，0.729和0.683，受灾人口与城镇化率之间的关联度最大，死亡人口次之，直接经济损失与城镇化率之间的关联度最小。从关联度数值看，死亡人口、受灾人口和直接经济损失3项指标与城镇化率之间的关联度均在0.65～0.85之间，属于较强关联。

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