連悅辰，高 路,2,3*，馬苗苗，汪 瀾，林 暉

(1.福建師范大學濕潤亞熱帶生態(tài)地理過程教育部重點實驗室，福建 福州 350007；2.福建師范大學地理研究所，福建 福州 350007；3.福建省陸地災害監(jiān)測評估工程技術研究中心，福建 福州 350007；4.中國水利水電科學研究院，北京 100038;5.水利部防洪抗旱減災工程技術研究中心，北京 100038;6.福建省災害天氣重點實驗室，福建省氣象科學研究所，福建 福州 350007；7.中國氣象局上海臺風研究所，上海 200030)

洪水災害是指給人們的生命財產、社會功能、資源環(huán)境等造成損害和損失的洪澇事件。洪澇災害也稱為“水災”， 主要觸發(fā)因素包括降雨、融雪、風暴潮等[1]，被認為是“百害之首”。 洪澇災害深深影響著我們的生產和生活，是世界范圍內最嚴重的自然災害。據(jù)國際紅十字會與紅新月會對1990—2001年期間的世界災害的統(tǒng)計,除死亡人口外(干旱與饑荒居第一位),在發(fā)生次數(shù)、受災人口、直接經(jīng)濟損失等方面,洪水災害在所有自然災害中占第一位[2]。進入21世紀以來，中國是世界上受洪澇災害影響最為嚴重的國家之一，洪澇災害在中國自然災害中出現(xiàn)的幾率最高、影響范圍最廣、造成損失最大。新中國成立以來，中國每年都受到不同程度和范圍的洪澇災害影響，年均受災面積達到3 000萬hm2，受災農作物和成災農作物面積占耕地面積的10%和5%，重災年份的直接經(jīng)濟損失甚至超過1 000億元[1,3]。因此，從災害系統(tǒng)角度對洪澇災害形成機制及影響因素進行案例分析，有其重要的指導意義。

災害科學是揭示災害形成、發(fā)生與發(fā)展規(guī)律，建立災害評價體系，探究減輕災害途徑的一門綜合學科，災害科學的研究對象為災害系統(tǒng)[4]。災害系統(tǒng)由孕災環(huán)境、致災因子、承災體共同組成的地球表層系統(tǒng)[4]。區(qū)域災害系統(tǒng)(D)的結構體系(Ds)是由孕災環(huán)境(E)、致災因子(H)以及承災體(S)復合組成[5]。致災因子往往是自然環(huán)境中對人類造成不良影響的極端事件，是災害發(fā)生的起因[6]，影響致災因子的因素包括災害種類、強度、頻率、承載范圍等[7]，在災害研究中，通常把來自風險源的災害風險稱為危險性[8-10]，即致災因子危險性。孕災環(huán)境是指受災區(qū)域的綜合地理條件，它能放大或制約災害影響的嚴重程度，狹義上是指醞釀致災因子的環(huán)境系統(tǒng)，主要包括大氣環(huán)流、水文條件、地形地貌、植被條件等，這些背景因素通常被理解為孕災環(huán)境的敏感性[7,10-11]，即孕災環(huán)境敏感性(穩(wěn)定性)。承災體則是指受災區(qū)域內的受災對象[6]，是遭受災害的實體，災害只有作用于承災體而造成損失，才能形成災害，而脆弱性(Vulnerability)是評價承災體的損失的指標[7,12-14]。孕災環(huán)境穩(wěn)定性/敏感性(S)、致災因子風險性/危險性(R)和承災體脆弱性(V)共同構成了區(qū)域災害系統(tǒng)的功能體系(Df)[5]，災害風險是由孕災環(huán)境穩(wěn)定性、致災因子危險性以及承災體脆弱性共同決定的[15-17]。因此，通過災害系統(tǒng)角度，從孕災環(huán)境穩(wěn)定性/敏感性、致災因子風險性/危險性和承災體脆弱性(V)3個方面，是分析災害的重要方式。

洪澇災害往往誘發(fā)山體滑坡、泥石流、城市內澇、河堤坍塌等一系列次生災害的發(fā)生[6]。從災害系統(tǒng)角度看，洪災是由孕災環(huán)境(容易形成洪災的敏感性因素)、致災因子(降雨引起的洪峰)以及承災體(社會經(jīng)濟要素)相互作用的結果，三大要素加上災情，即構成洪水災害系統(tǒng)[13]。

洪水災害的致災因子主要是指自然因素，即在一定區(qū)域內短時間發(fā)生了高強度不間斷的水源輸入，導致該區(qū)域內的水源輸入量減去輸出量仍遠大于該地區(qū)河流、湖泊以及蓄水工程所能容納的最大限度。水源的輸入可以是降雨，也可以是冰雪融水等[1]。而洪澇災害的孕災環(huán)境包括大氣環(huán)境、水文氣象環(huán)境和下墊面環(huán)境等[18]，其中以下墊面環(huán)境為主，如地形地貌、海拔高程、植被條件、河網(wǎng)條件等。承災體則是人類生活和生產發(fā)展的各方面，例如三次產業(yè)、公共服務設施、交通和通訊設施、資源環(huán)境以及大型工程設施等。洪澇災害帶來的損失(災情)可以分為經(jīng)濟損失和非經(jīng)濟損失，經(jīng)濟損失主要是對生產生活、資源環(huán)境等造成的打擊。非經(jīng)濟損失則是由于洪澇災害而引起的潛在損失和隱形損失等。

在鄱陽湖流域，由于其水系特征和特殊的自然環(huán)境，容易形成洪澇災害。葉許春等[19]利用時間序列分析法，對鄱陽湖流域五河水系干流河段主要水文測站的天然徑流進行研究，認為五河汛期來水是影響鄱陽湖洪水的重要因素，洪水的形成、發(fā)展過程還受到長江中上游洪水的控制，氣候因素是引起鄱陽湖流域徑流趨勢變化的主導因素。郭華等[20]利用鄱陽湖流域40多年來的實測流量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)鄱陽湖流域的洪峰流量變化趨勢空間差異大，全流域一致呈現(xiàn)枯水流量增加的趨勢。也有不少研究發(fā)現(xiàn)，各河徑流量受到人類活動的影響程度不同[21-22]。王鳳等[22]通過1950—2002年鄱陽湖洪水災害與損失的統(tǒng)計資料，建立年最高洪水位與洪災損失的相關模型，運用概率統(tǒng)計的理論與方法，研究了鄱陽湖區(qū)洪澇災害與災害損失的統(tǒng)計規(guī)律。

本研究收集了鄱陽湖流域核心區(qū)地形、河流、承災體資料以及日降雨量數(shù)據(jù)，以2020年鄱陽湖流域1號洪水為案例，從災害系統(tǒng)的角度對洪澇災害進行分析，以期深化對洪澇災害孕災環(huán)境、致災因子以及承災體等各災害系統(tǒng)要素的認識，從而提煉總結出更適宜該區(qū)域的洪澇災害風險識別、風險研判以及風險防范的方法和措施，提高總體風險管理水平。

1 鄱陽湖洪澇災害系統(tǒng)分析

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽湖位于江西省北部平原地區(qū)，是中國最大的淡水湖泊，是長江中下游極為重要的洪水調蓄區(qū)。鄱陽湖流域包括鄱陽湖核心區(qū)及周邊南昌、九江、上饒3市的15縣(市)區(qū)，是長江中下游五大平原之一，占地面積16.22萬km2，年平均流量1 450億m3，水量占長江流域15%，是中國重要的淡水資源庫[19]，屬于亞熱帶濕潤季風氣候。鄱陽湖流域河流眾多，主要包括贛江、撫河、信江、饒河、修河5條水系，匯入湖區(qū)，調蓄后湖口匯入長江，形成鄱陽湖水系[22]。受五大河和長江影響，每年4—6月全流域降水，五大河水量增大，鄱陽湖水位上漲；每年7—8月，長江又迎來洪水時期，水量激增同樣使得鄱陽湖水位升高[23]。鄱陽湖水系的特征使得鄱陽湖稱為天然的多洪災區(qū)域。

1.2 鄱陽湖2020年1號洪水

根據(jù)歷史資料統(tǒng)計1950—2005年的56年中，鄱陽湖流域經(jīng)歷46次洪澇災害，平均5年4災，1998年導致工業(yè)經(jīng)濟負增長，比1997年下降35%，直到2000年末，工業(yè)總產值仍未趕上1997年的水平[22]。2020年6月下旬以來，江西省大部分縣市遭遇暴雨，受強降雨及長江中上游來水影響，鄱陽湖湖口水文站7月6日2時漲至警戒水位19.5 m，依據(jù)相關規(guī)定，“鄱陽湖2020年第1號洪水”形成[24]。除了超高水位，星子站監(jiān)測到的水勢上漲也異常迅速：僅6 d就從警戒水位19 m上升至22 m。而1998年，同樣的水位變化耗時34 d[25]。截至9月1日，洪澇災害共導致江西省903.7萬人受災，直接經(jīng)濟損失344.3億元，受持續(xù)強降水影響，江西贛江、撫河、信江、饒河、修河五河及鄱陽湖一周內接連12次編號洪水。僅7月，江西省就有77次超警戒，其中16個站點超歷史。7月以來，673.3萬人受災，需緊急生活救助人口31.3萬人，農作物受災741.7千hm2、絕收191.7千hm2，房屋倒塌、嚴重和一般損壞6.08萬戶、12.19萬間，直接經(jīng)濟損失313.3億元。與近5年同期相比，江西直接經(jīng)濟損失偏多達802.4%[26]。

1.3 鄱陽湖流域孕災環(huán)境敏感性(穩(wěn)定性)分析

通常用敏感性或穩(wěn)定性來描述自然環(huán)境的孕災能力。鄱陽湖流域洪澇災害發(fā)生的孕災環(huán)境較為復雜，從氣候條件上看，洪澇災害往往容易發(fā)生在極端降水較強較多的區(qū)域。在中國，洪澇災害分布具有明顯的地域性，多發(fā)生于東部和江河流域周邊地區(qū)，包括華東地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)以及東北地區(qū)[27]，長江中下游省份受洪澇災害影響的受災面積較大，且其余受災面積大的省份多位于400 mm等降水量線的東南部。陶詩言等[28]認為，長江中下游地區(qū)的洪澇災害往往與季風異常相關，具體表現(xiàn)為梅雨形成早、結束晚、梅雨期長、降水的時間和降水量異常增多，從而引發(fā)洪澇災害。張錄軍等[29]認為如果流域上下游因為氣候異常發(fā)生雨季重疊，就可能會造成上下游、南北岸各河流洪水在干流重疊，形成災難性的大洪水。也有研究認為長江中下游地區(qū)汛期降雨量的突增與厄爾尼諾-南方濤動(ENSO)密切相關[30-31]。

除了降雨量的大幅增加，地形環(huán)境也是洪澇災害發(fā)生過程中不可忽視的孕災環(huán)境。因此在該案例分析中，孕災環(huán)境的分析主要以下墊面環(huán)境及水文環(huán)境為主，洪澇在高程和坡度均較小地區(qū)的發(fā)生頻率更高。鄱陽湖流域核心區(qū)坐落于江西省北部的平原，高程小、坡度平緩，農田、城市以及工業(yè)大規(guī)模分布于鄱陽湖流域核心區(qū)周邊，與鄱陽湖湖區(qū)主體的坡度和高程差異均較小。汛期來臨，湖區(qū)面積大范圍擴張，伴隨高強度降雨，贛江、撫河、信江、饒河、修河5條水系水量暴漲，匯入水量超出湖區(qū)所能承載的最大蓄水量，湖體淹沒了湖區(qū)的社會經(jīng)濟系統(tǒng)，洪澇隨之發(fā)生。

首先獲取鄱陽湖流域的高程(DEM)數(shù)據(jù)，構建高程和坡度組合的地形位指數(shù)，即T=log[(E/E*+1)×(S/S*+1)][32]，T表示地形位指數(shù)，E及E*分別表示空間任一點的高程及該點所在區(qū)域的平均高程，S和S*分別表示空間內任一點的坡度值和該點所在區(qū)域的平均坡度值[32]，地形位對中間狀態(tài)的地形組合(高程大坡度小或高程小坡度大)能夠清晰體現(xiàn)。第二，根據(jù)2015—2019年汛期鄱陽湖流域的影像進行監(jiān)督分類(遙感影像取自Landsat 8衛(wèi)星)，劃定汛期鄱陽湖湖區(qū)的范圍，將5年監(jiān)督分類的結果進行綜合，得到汛期鄱陽湖湖區(qū)，將鄱陽湖流域劃分為汛期鄱陽湖湖區(qū)和非湖區(qū)。計算鄱陽湖湖區(qū)的平均高程、平均地形位，使用非湖區(qū)的高程和地形位減去湖區(qū)的平均高程、平均地形位，結果為負的區(qū)域，表明其地勢低于汛期湖區(qū)的地勢(圖1)，當匯入水量超過湖區(qū)最大承載水量時，該區(qū)域遭遇洪澇災害的可能性較高。

a)高程

匯入鄱陽湖的贛江、撫河、信江、饒河、修河5條水系，在汛期水量猛增，單位時間降雨量大于單位時間河流的容納和運轉能力，徑流向周邊區(qū)域漫延，淹沒社會經(jīng)濟系統(tǒng)，發(fā)生洪澇災害。因此，以河道為中心建立2、3、4 km的緩沖區(qū)，向外受洪澇災害影響程度逐漸減少。

已知特征空間表示第i個樣本特征，N是樣本總數(shù)；Cj表示屬于第j個類別的樣本的集合，k是類別總數(shù)，nj表示第j個類別中的樣本個數(shù)。RCA算法的目標是找到滿足式（4）的矩陣B。

將上述非湖區(qū)減去湖區(qū)平均高程和地形位的結果疊加水系2、3、4 km緩沖區(qū)，可綜合分析得到孕災環(huán)境的敏感性分布(圖2)，0代表最低的敏感性等級，即孕災環(huán)境穩(wěn)定性較好，5代表最高的敏感性等級，即穩(wěn)定性較差。在自然地形方面，南昌市較大范圍區(qū)域屬于洪澇災害高敏感性區(qū)域，包括贛江流經(jīng)區(qū)域以及南昌市主城區(qū)，敏感性等級都在2～5之間(圖2)；上饒市高敏感性區(qū)域主要分布在饒河和信江流經(jīng)的區(qū)域范圍以及靠近鄱陽湖湖區(qū)的部分區(qū)域；九江市的高敏感性區(qū)域主要集中于贛江流經(jīng)區(qū)域。

圖2 鄱陽湖核心區(qū)敏感性等級分布

1.4 承災體脆弱性分析

承災體受災的程度，除了與致災因子強度有關外，還與自身的脆弱性息息相關。

洪澇災害損失與地區(qū)人口、經(jīng)濟密集程度密切相關[33]。本研究收集了1995、2000、2005、2010、2015年的人口集中程度及GDP數(shù)據(jù)[34-35]，分別賦予相應的權重，進行疊加分析，進行脆弱性分級(圖3)。從全流域來看，北部平原地區(qū)的脆弱性整體高于南部丘陵地區(qū)，從鄱陽湖流域核心區(qū)看(圖3)，西南部的南昌市城區(qū)范圍的脆弱性最高，主要原因在于高人口密度和高GDP。其次是鄱陽湖流域北部的九江市也表現(xiàn)出高脆弱性，上饒市的脆弱性整體較低。計算脆弱比指數(shù)，即區(qū)域內脆弱性總和除以區(qū)域面積，鄱陽湖核心區(qū)的脆弱比高于江西省整體脆弱比約18%，高于江西省南部區(qū)域約32%?？紤]到2015—2020年鄱陽湖流域內的GDP增長速率和城市化進程人口集中程度增長速率，預估在2020年鄱陽湖核心區(qū)高于江西省整體脆弱比超過18%。

圖3 鄱陽湖核心區(qū)脆弱性分布

1.5 致災因子危險性分析

異常高強度降水是鄱陽湖流域地區(qū)誘發(fā)洪澇災害的主要致災因子。鄱陽湖流域汛期雨量集中，地區(qū)差異大，且常有暴雨出現(xiàn)，個別年份由于準靜止鋒在江西省內南北移動，可造成連續(xù)十余天的暴雨天氣過程，形成大面積洪澇災害[36]。

根據(jù)收集的2020年長江中下游流域氣象站降雨量記錄顯示(氣象站點數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)http://data.cma.cn/)，2020年鄱陽湖流域第1號洪水的發(fā)生與鄱陽湖流域內、匯流大河區(qū)域短期內降水量的突增密不可分。從鄱陽湖流域核心區(qū)來看，鄱陽湖核心區(qū)湖體以及匯入大河的降雨量從6月以來迅速增加，并且鄱陽湖流域核心區(qū)內的3個氣象站(南昌站、廬山站、波陽站)都記錄了7月8號異常偏高的降雨量(圖4b—d)。南昌站7月8日的降雨量約占7月降水的30%，單日降雨量分別超過8、9月的月總降雨量。廬山站7月8日降雨量約占7月降雨量的33.2%，單日降雨量超過5月的總降雨量。波陽站7月8日降雨量約占7月降雨量的32%，超過了8月的月總降雨量。從長江中下游范圍看，相較于5月(圖5a)，長江中下游地區(qū)的降雨量在6月普遍大幅增加(圖5b)，導致長江中下游河段的水位在6月異常偏高，而鄱陽湖作為長江中下游重要的洪水調蓄區(qū)，水位也高居不下。7月1—8日鄱陽湖流域內的降雨量約占7月降雨量的60%～70%，長江下游尤其是鄱陽湖流域周邊地區(qū)7月的月降雨量也達到全年的峰值(圖5c)。因此2020年鄱陽湖流域洪水的致災因子不僅僅是7月8日遠高于降雨量，還與長江中下游地區(qū)6月以來以及鄱陽湖流域7月初猛增的降雨量密切相關(6月以來，長江流域降雨量410.4 mm，較常年同期偏多48.3%，為1961年以來歷史同期最多[37])，2020年6月下旬以來，中國南方因為入梅偏早且梅雨鋒偏強，引發(fā)長時間的強降水過程，長江中上游大片區(qū)域降水普遍增加，長江干流多站超警戒水位。6月以來的高強度降水是2020年鄱陽湖1號洪水爆發(fā)的基礎條件，土壤濕度已趨近飽和。7月1—8日短時間內異常高強度降水是洪澇災害的導火索。

a)鄱陽湖流域氣象站分布

a)5月降雨量

d)8月降雨量

2 災情分析

洪澇災害帶來的損失主要可以大致分為經(jīng)濟損失與非經(jīng)濟損失。經(jīng)濟損失主要是指由于洪澇災害直接造成的物質方面的損失，又可以分為直接經(jīng)濟損失和間接經(jīng)濟損失[18]。直接經(jīng)濟損失是洪水淹沒造成的動產和不動產損失總和，主要表現(xiàn)為實物的破壞、功能受損或損毀，例如居民財產損失、農業(yè)漁業(yè)林業(yè)損失、基礎設施損失以及自然資源損失等。20世紀90年代至2011年，中國洪澇災害直接經(jīng)濟損失占國內生產總值比重和財政收入比重分別為0.81%和4.56%，且受洪澇災害影響最為嚴重的行業(yè)是農林牧漁業(yè)，占比為46.04%，其次是工業(yè)交通運輸業(yè)和水利設施，占比分別為20.77%和16.60%[1]。洪水間接經(jīng)濟損失是指不直接對動產和不動產帶來損失，但給社會經(jīng)濟影響造成損失，主要分為兩類：①抗洪搶險、物資轉移、救助災民、安置救濟災區(qū)、開辟臨時交通以及通訊、供電供水管線等的費用；②洪澇淹沒期間工廠停產、農業(yè)減產、交通運輸受阻，導致地區(qū)性企業(yè)原料供應不足以及產品積壓帶來的經(jīng)濟損失。洪澇災害帶來的非經(jīng)濟損失是指那些受到洪水沖擊無法通過經(jīng)濟直接進行衡量的因素，包括但不限于社會治安、傳染病的流行以及生態(tài)失衡和生態(tài)環(huán)境的惡化等。

3 討論與結論

目前臺風路徑能夠較為準確預測，但短臨極端降水的預報還存在較大的不確定性。有學者指出，中國南方部分地區(qū)高強度降雨與厄爾尼諾密切相關[30]， 1997/1998年的超級厄爾尼諾導致了當年夏季長江中下游嚴重的洪澇災害[39-40]，2019—2020年的厄爾尼諾-拉尼娜現(xiàn)象也引發(fā)了鄱陽湖流域的洪澇災害，但厄爾尼諾-拉尼娜現(xiàn)象只是大氣環(huán)流中可能加強降雨的一個氣候因子，2020年鄱陽湖流域洪澇災害的成因是多因子協(xié)同作用的結果。對于長江中下游地區(qū)重要的蓄水區(qū)域鄱陽湖流域來說，在現(xiàn)有條件下，降低承災體的暴露度和脆弱性是最為行之有效的防災手段，例如加快重要工業(yè)產業(yè)的轉移。鄱陽湖流域是江西省北部平原地區(qū)的重要組成部分，對江西省經(jīng)濟發(fā)展的拉動扮演著舉足輕重的作用。在后續(xù)的工業(yè)布局中需要充分評估工業(yè)園區(qū)的災害風險，尤其是洪澇的淹沒水深，遠離洪澇災害高風險區(qū)。對已有高風險園區(qū)，需要采取有效的防洪抗洪措施，提高防御等級。

本研究系統(tǒng)收集了鄱陽湖流域核心區(qū)的孕災環(huán)境(地形、河網(wǎng))、承災體(社會經(jīng)濟)、致災因子(日降雨量)以及災情等信息，系統(tǒng)分析了2020年鄱陽湖流域1號洪澇災害的致災機理與成災過程，得到以下結論。

a)6月以來高強度的降水是2020年鄱陽湖1號洪水爆發(fā)的前期基礎，土壤濕度較高，趨近飽和。7月1—8日短時間內異常強降水(致災因子)和鄱陽湖流域核心區(qū)高程低(孕災環(huán)境敏感性高)的共同作用下，洪水蔓延快，短時內淹沒了湖區(qū)的社會經(jīng)濟系統(tǒng)(承災體)，形成洪澇災害。

b)從孕災環(huán)境敏感性上看，南昌市大部分區(qū)域屬于洪澇災害高敏感性區(qū)域，包括贛江流經(jīng)區(qū)域以及南昌市主城區(qū)；上饒市高敏感區(qū)主要分布在饒河和信江流經(jīng)的區(qū)域以及靠近鄱陽湖湖區(qū)的部分區(qū)域；九江市的高敏感區(qū)域主要集中于贛江流經(jīng)區(qū)域。

c)從承災體脆弱性上看，鄱陽湖流域核心區(qū)，西南部的南昌市主城區(qū)的脆弱性最高，主要原因是高度集中的GDP。其次是鄱陽湖流域北部的九江市，上饒市整體的脆弱性較低。