洪水风险分析方法及水利经济协调研究

7.4.3.1　洪水灾害风险估算

1.洪水特征分析

洪水特征分析包括收集研究区域有关水文、地貌、地形、历史洪水等资料，采取历史、地貌学或水文学水力学等方法，开展有关暴雨特性、产汇流、洪水频率分析、设计洪水确定、泛滥洪水演进特性、淹没特性等方面的分析。

2.风险区社会经济情况调查与预测

（1）风险区社会经济情况调查包括以下方面的内容：

1）资产调查：居民住房及其内部财产、收入的统计调查，第一产业、第二产业、第三产业资产统计调查，包括数量、价值、密度、分布等。

2）经济活动调查：收集各产业历史发展情况、就业、产出等资料。

（2）预测现状土地利用情况下未来各水平年社会经济发展趋势。

（3）预测新的土地开发利用趋势。

（4）风险区历史灾害调查。

3.洪水灾害损失评估与预测

洪水灾害直接损失的评估方法由于洪水发生的随机特性，精确地预估特定年份的洪水损失或防洪工程减少的损失是不可能的，因此，分析时只能基于大样本或长时段的统计方法估算一个平均值，即所谓期望损失。按统计学的方法，洪水淹没损失X的期望值E［X］的计算式如下：

式中：E［X］为洪水期望损失值；x 为洪水概率为f（x）dx 时的随机损失；fx（x）为洪水发生的概率密度函数。

在水利上，与fx（x）等价的累计分布函数更常用，定义为：

该分布函数亦称为频率或概率函数，可理解为年最大损失不超过某一特定值X 的概率，FX［x］与fx（x）的关系如下：

因此，期望损失亦可按下式计算：

式（7.6）计算的E［X］为洪水的年期望损失，以EAD（Expected Annual Damage）表示。

由于年损失累积概率函数的解析表达式不能直接得到，实际计算时多采取以下步骤：①建立洪峰流量和其发生频率之间的关系；②若水深与流量呈一一对应的关系，则可建立水深与频率之间的关系；③同样，若淹没水深与损失一一对应，则可建立水深与损失之间的关系，从而建立起损失与洪水发生频率之间的函数关系；④将损失—频率函数积分求年期望损失EAD。(www.xing528.com)

进行损失评估时，洪水频率选择的方法有两种：其一是通过随机发生器产生一洪水频率样本；其二是预先设定一系列洪水频率，选取的频率系列一般为100%，50%，20%，10%，5%，2%，1%，0.5%，0.2%，0.1%等，即1 年、2年、5 年、10年、20年、50年、100年、200年、500年、1000年一遇洪水等。

设洪水频率为Pi，相应的损失为Li，则频率系列法计算期望损失如下式：

除水深外，造成资产损失的洪水风险因子还有淹没历时、流速等。另外，有无洪水预警报以及洪水预警报的提前量（即居民采取避洪和临时保护转移财产的有效时间）对资产损失值也有较大的影响。对于建筑物而言，目前多采用水深（在一定程度上也反映了淹没历时的影响，通常水深越大、淹没历时越长），当对淹没历时反应比较敏感的资产（例如农作物）进行评估时，需考虑淹没历时的影响。

（1）洪水灾害间接损失的评估，由于间接损失的影响因素复杂，在许多情况下以占直接损失的某一比例（如20%～30%）估算，随着国民经济各部门和各单元间相互联系的紧密程度增加，间接损失在总损失中所占的比例呈增长趋势。目前也有采用统计相关、人工神经网络等方法估算间接损失的报道。

（2）预测未来各水平年洪水灾害期望损失，根据区域社会经济发展预测，计算有无防洪工程条件下未来各水平年的洪水灾害年期望损失，计算方法如上所述。

7.4.3.2　防洪工程的费用效益分析

1.防洪费用分析

根据洪水特性、河道特性和被保护区的具体情况，设计可能的防洪工程方案，开展各方案的防洪费用分析。防洪工程的费用主要包括下列几个部分：建设费，土地征用费，移民费，设施、文化古迹搬迁费，补偿费，工程设计、运行、管理、维护费，其他费用等。防洪工程的年费用按下式计算：

式中：c 为年费用；I 为工程费用；i 为利率；n为工程使用年限；cm为工程的年维护管理费。

2.防洪效益分析

针对各防洪方案进行防洪效益分析。防洪工程年效益一般包括：减轻淹没损失的效益、产出增加的效益、土地利用价值提高的效益等。

相对于费用而言，防洪措施的效益估算更为困难。首先，由于资料的欠缺、资产损失机理认识的不足以及各种不确定性因素的影响，洪水损失的估计常存在相当程度的误差，由此引致减轻淹没损失效益估算的相应误差。其次，防洪工程的建设通常为经济发展提供更为安全的环境，对经济发展具有刺激作用，会促进经济增长，但其他一些因素，例如技术的进步、资本的积累、劳动力投入的增加等也将导致经济的增长，实际操作中很难将防洪措施分离出来，准确评估其对经济发展的贡献，对由于防洪建设使得土地利用价值提高的估计也存在同样的问题。

3.防洪费用效益分析

根据效益、费用计算结果，可得出各方案各防洪工程标准下效益费用比：

7.4.3.3　工程可能引发的次生问题预评估

一地区防洪标准的变化将不同程度地改变上下游、左右岸的防洪态势和洪水特性，并通常伴随着风险的转移，称为防洪工程的外部效应，通常表现为外部不经济和不公平，因为它往往使得相临区域的洪水风险增加；此外，无论防洪标准多高，仍存在工程失事的可能性。在确定防洪标准时，应对其可能引致的次生问题开展预评估，并提出减轻次生问题影响的对策和措施。

以往，进行防洪工程效益评价时，往往仅单纯考虑被保护区本身的效益，而忽视工程对周边地区的影响。但通常流域某一部分防洪标准的变化不仅会改变被保护区的洪水风险水平，还将在一定程度上改变邻近地区的洪水风险态势，为确定防洪标准的变化是否对全局有利，需对其进行合理性评价。