本文關鍵詞：旱災風險評估的初步理論框架，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第29卷第3期2014年7月

災害學

JOUＲNALOFCATASTＲOPHOLOGY

Vol.29No.3Jul.2014

．災害學，2014，29（3）：1－10．［JinJuliang，LiJian-金菊良，酈建強，周玉良，等．旱災風險評估的初步理論框架［J］

qiang，ZhouYuliang，etal．ＲesearchontheTheoreticalFrameworkofDroughtＲiskAssessment［J］．JournalofCatastrophology，2014，29（3）：1－10．］

旱災風險評估的初步理論框架

金菊良

1，2，3

*

，酈建強4，周玉良1，2，費振宇1，2，蔣尚明5，袁瀟晨3，何

君

6

（1．合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院，安徽合肥230009；2．合肥工業(yè)大學水資源與環(huán)境系統工程研究所，安徽合肥230009；

3．北京理工大學能源與環(huán)境政策研究中心，北京100081；4．水利部水利水電規(guī)劃設計總院，北京100011；5．安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院，安徽省水利水資源重點實驗室，安徽蚌埠233000；

6．北京師范大學環(huán)境學院水環(huán)境模擬國家重點實驗室，北京100875）

摘要：旱災風險評估是定量認識旱災風險機理、科學防控旱災風險的重要基礎性研究，在旱災風險管理理論

與實踐中具有重要意義。根據旱災風險的形成機制，在旱災風險評估基本概念分析的基礎上，提出并系統地闡述了由旱災致災因子危險性、承災體的災損敏感性、暴露和抗旱能力組成的旱災風險系統。在此系統結構基礎上提出了旱災風險評估方法論和旱災風險評估理論模式，進而建立了由致災因子危險性分析、承災體脆弱性分析、旱災損失風險分析、旱災風險評價、旱災風險決策分析方法組成的旱災風險評估方法體系，以及由干旱頻率與旱災損失關系曲線圖、干旱頻率空間分布圖、旱災損失空間分布圖、與旱災風險有關的致災因子危險性分布圖等各種專題圖、旱災風險區(qū)劃圖組成的旱災風險評估應用模式體系。由上述旱災風險系統結構、旱災風險評估方法論和理論模式、旱災風險評估方法體系和應用模式體系組成旱災風險評估的初步理論框架，該理論框架在其它自然災害風險評估中具有參考應用價值。

關鍵詞：旱災風險評估；理論框架；旱災風險系統；方法論；理論模式；應用模式中圖分類號：S423；X43

文獻標志碼：A

文章編號：1000－811X（2014）03－0001－10

doi：10.3969/j.issn.1000－811X.2014.03.001

若干旱在大范圍內長時間持續(xù)不斷，則可能出現大規(guī)模糧食絕收、水源急劇短缺，生態(tài)環(huán)境惡化，人民失去生存條件等惡劣情況，引發(fā)嚴重社會問題，產生干旱災害（簡稱旱災）。旱災是全球普遍發(fā)生的，易引發(fā)貧困和社會不穩(wěn)定的重要氣象水文災害，自古以來也是中國重大自然災害

［1－3］

。由于東南和西南夏季風氣候的不穩(wěn)定之一

性，尤其是夏威夷高壓勢力的大小及位置的變動性，降水量及其季節(jié)、年際變化大，導致中國旱災發(fā)生范圍廣、頻次高、持續(xù)時間長，不僅在干旱、半干旱氣候區(qū)發(fā)生，在濕潤、半濕潤氣候區(qū)也有旱災發(fā)生，主要分布在黃淮海干旱區(qū)、東北干旱區(qū)、西南地區(qū)、華南地區(qū)、內蒙古自治區(qū)、

［4－8］

。據統計，秦朝西藏自治區(qū)、長江中下游地區(qū)

至清代2133年間，全國較大旱災平均每年發(fā)生1.34次；公元前206年至1949年，全國發(fā)生較大旱災1056次，平均每兩年發(fā)生一次，如1928－1929年陜西大旱，陜西全境共940萬人受災，死

［1］

亡達250萬人，逃者40余萬人。由于濕潤、半濕潤氣候區(qū)人口稠密、城市眾多、經濟發(fā)達，受到偶發(fā)性干旱的影響時，就會形成重大災情，故也是中國旱災嚴重的地區(qū)。作為干旱災害科學、技術和管理科學重要組成部分的旱災風險評估，是定量認識旱災風險的有效途徑，是旱災風險控制和管理的前提和基礎，也是制定防治旱災對策、規(guī)劃防治區(qū)域、實施防治措施，以及優(yōu)選防災項目、進行項目管理的基礎。準確的旱災風險評估是旱災風險管理的決策依據，是防旱抗旱的基礎環(huán)節(jié)，也是社會經濟可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，具

［2，9－11］

。隨著人口和有重要的理論意義和應用價值

經濟的不斷增長，旱災發(fā)生頻度和成災強度呈增加趨勢。盡管國內外旱災研究歷史久遠，但有關

*

收稿日期：2014－01－15修回日期：2014－04－03

；國家自然科學基金項目（71273081，41171075，基金項目：水利部重大基建前期項目“全國干旱區(qū)劃及旱災風險評估研究”

51109052）；水利部公益性行業(yè)科研專項經費項目（201001043）；中國氣象局成都高原氣象開放實驗室基金課題

（LPM2011002）

作者簡介：金菊良（1966－），男，江蘇吳江人，博士，教授，從事水資源系統工程研究．E－mail：JINJL66@126.com

通訊作者：周玉良（1982－），男，安徽舒城人，博士，副教授，從事水資源系統工程研究．E－mail：ZYL54600@163.com

旱災風險研究則是近50年才興起的一個新領域，目前的旱災風險評估理論和方法研究仍較為薄弱，

［1－3，7－10］

，特別是缺乏具迄今遠未形成完整的體系

有系統性和可操作性的旱災風險評估的理論框架。為此，本文在提出旱災風險系統的基礎上，從方法論角度論述旱災風險評估的基本概念，進而探討旱災風險評估的理論框架的基本內容，在旱災

［12］

風險管理理論和實踐中具有重要意義。

1旱災風險評估的基本概念

旱災風險評估中的基本概念有干旱、旱災、旱災風險、旱災風險評估，它們各自具有豐富的內涵和外延。1.1干旱

由于干旱成因復雜、影響因素繁多，目前的干旱定義尚沒有統一。隨著不同時期人們對干旱

［10］

認識的不斷加深，干旱的定義亦在不斷發(fā)展：1894年Abbe認為干旱是長期缺雨的累積結果；1954年美國國家海洋和大氣管理局認為干旱是嚴重和長時間降水短缺；1986年世界氣象組織定義干旱是一種持續(xù)的、異常的降水短缺；2003年美國氣象學會理事會認為干旱是一個地區(qū)的供水量遠小于該地區(qū)的平均水平，并將干旱劃分為氣象干旱、農業(yè)干旱、水文干旱與社會經濟干旱四種類型；2005年聯合國國際減災戰(zhàn)略機構認為干旱通常是指在一個季度或者更長時期內，由于降水嚴重缺少而產生的自然現象；2008年水利部《旱情

［13］

等級標準》定義干旱是因降水減少，或入境水量不足，造成工農業(yè)生產和城鄉(xiāng)居民生活用水需求得不到滿足的供水短缺現象。目前被國際權威機構、政府部門和眾多學術團體相對普遍采納，引用次數較多的干旱定義主要源于美國氣象學會的

［14］

概念：干旱是一段時間內異常的干燥天氣，引發(fā)了足夠長時間的缺水，在受影響地區(qū)造成了嚴重的水文不平衡。綜上所述，干旱可定義為在某地理范圍內因降水、徑流、土壤蓄水、地下水等水循環(huán)過程中自然供水源在一定時期持續(xù)少于長期平均水平，導致河流、湖泊、土壤或者地下含水層中水分虧缺的自然現象。在自然災害系統論中，稱干旱為致災因子，可用降水、徑流、土壤蓄水或地下水距離長期平均水平的累積值（干旱強度）及該累積值的空間分布（干旱面積）、時間分布（干旱歷時）等特征變量來定量描述，主要有氣象干旱、水文干旱。

干旱是全球普遍存在、持續(xù)時間長、影響廣泛的一類自然現象，其形成主要受氣象、水文、下墊面條件等多種因素的影響。由于不同時期氣溫、風速、相對濕度、蒸發(fā)能力、降水分配等氣候條件的不同，在人類活動和下墊面變化的影響下，某一具體時段內的降水量比多年平均降水量

顯著偏少，而氣溫、風速的變化使得蒸發(fā)能力顯著加強，從而導致某地理范圍內的水分支出大于水分收入，引起地表徑流減少，河道流量、入庫流量減少，地表入滲和地下水補給減少，土壤含水量減少等一系列的干旱現象�？捎媒邓俊⒑拥懒髁�、土壤含水量和地下水等指標定量研究干

［11］

旱現象。1.2旱災

旱災是干旱發(fā)展到一定程度后導致供水水源匱乏，并對作物和植被正常生長、人類正常生活和生產、生態(tài)環(huán)境正常功能造成不利影響、產生危害的事件，是各種自然因素與社會因素綜合作用的結果，屬于水文氣象災害。旱災的風險源（降水、徑流、土壤水、地下水等自然水源虧缺這一致災因子）在自然，旱災的承受者都為人類社會和與人類社會關系密切的生態(tài)環(huán)境系統（稱為承災體，主要包括人口、財產、生態(tài)環(huán)境），旱災的載體（傳遞風險源而使風險承受者蒙受損失的各種孕災環(huán)境因素）既有自然環(huán)境因素又有社會環(huán)境因素，所以旱災既有復雜的自然屬性，又有明顯的社會屬性，旱災是自然屬性因素與社會屬性因素

［1－3，7－9，15］

，干旱發(fā)生及其危及人相互作用的結果

類社會的嚴重程度，取決于自然因素的變異程度和人類社會承受或適應自然環(huán)境變化的能力大［1］

小。從系統論的角度看，旱災是由致災因子、承災體、防災減災措施、孕災環(huán)境（系指與干旱致災因子，承災體和防災減災措施相關聯的其它外部要素的集合，包括由大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈、物質文化圈所組成的、孕育產生旱災的綜合地球表層環(huán)境，例如影響干旱致災因子、承災體和防災減災措施的各種大氣、水文、下墊面

［16］

和人文環(huán)境因素）這四類要素相互作用導致旱災損失（災情）形成的典型復雜系統，稱之為旱災系統，這系統四要素在旱災的形成過程中缺一不可，它們都是形成旱災的必要條件。旱災致災因子與氣象、水文、下墊面條件等自然屬性因素有關；承災體與區(qū)域的社會、經濟發(fā)展等社會屬性因素及其生態(tài)環(huán)境因素有關；防災減災措施是人類社會用于應對干旱不利影響所采取的方針、政策、技術、方法和行動的總稱，包括抗旱備用水源、蓄引提調工程等工程性防災減災措施，以及旱災監(jiān)測預警、防御、緊急救援和災后恢復重建等非工程性防災減災措施；孕災環(huán)境是影響致災因子、承災體和防災減災措施的自然環(huán)境和人文環(huán)境，它與由大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈中各種自然屬性因素（如大氣環(huán)流、天氣系統、流域水系、植被條件、地形地貌、土地利用類型等），以及物質文化圈中各種社會屬性因素（如人口分布、經濟密度等）有關。致災因子和承災體是產生旱災的必要條件，防災減災措施是減輕旱災的必要條件，孕災環(huán)境是影響致災因子、承災體和防災減災措施的背景條件，任何一個區(qū)域的旱災，都是這四

個要素綜合作用的結果。旱災系統具有成因復雜性、多樣性、周期性、區(qū)域性、關聯性、不可避

［17］

免性和可減輕性等顯著特征。區(qū)域旱災系統論是將旱災作為干旱致災因子、承災體、孕災環(huán)境和防災減災措施相互聯系、相互作用的地球表層

［16］

變異復雜系統來研究，它是旱災風險評估的重要理論基礎。

由于中國的季風氣候不穩(wěn)定、山區(qū)面積廣、地貌類型復雜多樣，長期以來中國大范圍的旱災頻繁發(fā)生，不僅在干旱、半干旱氣候區(qū)發(fā)生旱災，在濕潤、半濕潤氣候區(qū)也有發(fā)生，并且由于后者人口稠密、城市眾多、經濟發(fā)達，受到偶發(fā)性干旱的影響時，就會形成重大的災情，是中國旱災嚴重的地區(qū)。中國旱災發(fā)生范圍廣、頻次高、持續(xù)時間長，一直是制約經濟社會發(fā)展的主要因素。干旱會誘發(fā)農作物病蟲害、土地退化等一連串的次生災害，這種現象稱為旱災的連發(fā)性或干旱災

［16］

害鏈。

1.3旱災風險

目前普遍認為，風險是不利事件未來發(fā)生的

［18－20］

可能性和不利事件所導致的損失這兩要素組成的系統，其中不利事件、不利事件未來發(fā)生的可能性、不利事件所導致的損失是風險的三要素，最核心的風險要素是不利事件所導致的損失。探討不利事件所導致的損失過程的動力學特性是風險研究的重要任務。值得指出的是，危險（Dan-ger）、危險性（Hazard）和風險（Ｒisk）三者是不相同的，危險是指不利事件，危險性是指不利事件發(fā)生的可能性分布函數，而風險是指不利事件未來發(fā)生的可能性分布函數和不利事件所導致損失的可能性分布函數的總稱，其中不利事件所導致損失的可能性分布函數這一不確定性特征是風險的

［20－21］

。從危險經危險性到風險，反映了本質特征

［19－21］

。人類對風險世界認識的不斷深化和提高過程

風險就是指各種不確定性因素給研究對象系統未來產生損失的可能性分布，災害風險就是指致災

［21－22］

，因子事件未來發(fā)生及其導致損失的可能性

屬于統計預測范疇。例如，可以把自然災害風險定義為由自然災害系統自身演化而導致未來損失

［2］

的不確定性。根據區(qū)域災害系統理論的觀點，干旱是旱災風險的致災因子、是風險源，干旱的時空規(guī)模會影響旱災風險的大小。而干旱并不一定會產生旱災，只有當干旱發(fā)展到一定程度之后對承災體才會產生旱災損失。這個產生旱災損失的干旱程度閾值，與承災體的抗旱能力（適應性）有關。在旱災風險的形成過程中孕災環(huán)境處于重要地位，它不僅會通過抗旱能力影響旱災損失的產生與否，也會影響旱災損失規(guī)模對于干旱規(guī)模的敏感性。災損敏感性和抗旱能力（適應性）通過孕災環(huán)境中受致災因子不利影響的承災體要素才能體現出來，把處于致災因子不利影響范圍之內的這些承災體要素及其分布統稱為暴露，它是致災因子（風險源）與承災體（風險源的作用對象）在

［23］

孕災環(huán)境中相互作用的影響場。由風險源，經影響場，到風險源的作用對象，構成了風險形成

［23］

�？梢�，暴露在風險形成的一幕幕場景（情景）

中十分重要。災損敏感性、暴露和抗旱能力綜合反映了承災體在旱災風險發(fā)生發(fā)展過程中的作用，把這三個特性統稱為承災體的脆弱性，其中災損敏感性、暴露組成承災體的易損性。承災體的脆弱性是旱災風險產生的必要條件，是由干旱演變?yōu)楹禐膿p失的中間轉換環(huán)節(jié)。因此旱災風險是在不穩(wěn)定的孕災環(huán)境中具有危險性的干旱事件經承災體的脆弱性傳遞，作用于承災體而導致承災體未來可能損失的規(guī)模及其發(fā)生概率，干旱發(fā)生（反映自然屬性）和旱災損失（反映社會屬性）的不確定性是形成旱災風險的主要原因，旱災風險是干旱發(fā)生及造成損失的可能性或不確定性，是旱災的風險源、影響場、作用對象綜合作用的結果，因此可簡要地把旱災風險定義為干旱發(fā)生的可能性分布函數及干旱導致損失（旱災損失）的可能性分布函數的總稱，其中干旱、干旱未來發(fā)生的可能

［21］

性、干旱所導致的損失是旱災風險的三要素。其中，干旱發(fā)生的可能性分布函數，稱為干旱風險，它是狹義的旱災風險，屬于自然屬性的范疇；因干旱所導致損失（旱災損失）的可能性分布函數，稱為旱災損失風險，它是廣義的旱災風險，屬于自然屬性與社會屬性相復合的范疇，反映了旱災風險的本質特征，其中旱災損失的可能性是由干旱發(fā)生的可能性經過承災體的脆弱性轉換間接得到的，不是旱災損失本身的統計特性。旱災風險若沒有特別說明，一般系指旱災損失風險。例如因旱造成的經濟損失的超越概率分布可定義為旱災風險，它可在一定程度上間接反映干旱發(fā)生的可能性經承災體的脆弱性轉換得到的旱災經濟損失的可能性分布。

旱災風險的特征由風險的自然屬性、社會屬性及其相互作用所決定，是風險的本質及其發(fā)生規(guī)律的外在表現，具體表現為：①旱災風險的不確定性，這是緣于旱災的風險源、影響場、作用對象均具有不確定性。②旱災風險的確定性，在給定抗旱能力條件下一定強度的干旱導致的特定承災體的損失（即承災體的易損性）是確定的。③旱災風險的動態(tài)性，致災因子危險性、承災體的脆弱性一般是動態(tài)變化。④旱災風險的可規(guī)避性。通過提高抗旱能力，可降低或規(guī)避旱災風險。⑤旱災風險的傳遞性，包括2類傳遞性，一是內部傳遞性，就是從干旱風險向旱災損失風險傳遞的特性，二是外部傳遞性，就是從一種旱災向其他災害傳遞的特性。

［22］

根據風險的基本定義，旱災風險可表達為：

Ｒ=f（P，C）。（1）

式中：Ｒ為旱災風險（Ｒisk）函數；P為干旱事件發(fā)生的可能性（Probability），與旱災損失無關；C為因干

旱所導致的可能不利后果（Consequences），包括直接損失、間接損失等可定量的不利影響，以及不可

宏觀影響等），常按定量的不利影響（如功能損壞、

行業(yè)劃分，通常包括人飲、工業(yè)、農業(yè)、牧業(yè)、生態(tài)等不利影響。式（1）也稱旱災風險曲線，可通過一系列因旱損失的情景模擬得到。

［23］

從自然災害風險的形成機理出發(fā)，旱災風險可表達為：

Ｒ=g（H，V）。（2）

式中：Ｒ為旱災風險函數，即旱災損失的可能性分布函數；H為致災因子危險性，即干旱強度發(fā)生的可能性分布函數；V為承災體脆弱性，即一定抗旱能力條件下的各干旱強度與各旱災損失之間的定量關［24－25］

。系可見，式（2）滿足自然災害風險的基本定

義和特性，是式（1）的特例。旱災風險函數Ｒ離原點越近，則表示風險越低，因此旱災風險函數Ｒ既可表

也可示不同區(qū)域不同抗旱能力條件下的風險水平，

表示同一區(qū)域不同抗旱能力條件下的風險水平。1.4旱災風險評估

旱災風險評估就是通過識別和分析研究地區(qū)尚未發(fā)生的干旱及其出現的概率、可能產生的損失后果，估計研究地區(qū)干旱發(fā)生的可能性分布函數和旱災損失的可能性分布函數，確定旱災風險級別，以及決定哪些旱災風險需要防控和如何從減輕旱災風險行動方案集中選擇最優(yōu)方案的動態(tài)過程。旱災風險評估既是旱災風險的診斷過程（風險識別、暴露評估、災損敏感性分析、抗旱能力評估、風險評價），也是旱災風險決策過程的有機組成部分。它是把致災因子危險性與脆弱性緊密聯系起來的重要途徑，是風險評估技術在旱災中的具體應用，，其核心內容是可能產生的損失的估算，其目的是為風險決策提供科學依據。它是旱

“預防為主、關口前移”災管理實現的一項系統性、

專業(yè)性、科學性和綜合性很強的定量認識旱災風險機理、科學防控旱災風險的重要基礎性工作，也是旱災風險管理中的核心環(huán)節(jié)。在人類無法控制旱災發(fā)生甚至尚不能完全準確地對旱災進行預報的條件下，通過旱災風險評估，可以編制不同時空長度的旱災風險分布圖，辨識高風險區(qū)和季節(jié)，不但可為各級政府更有效地指導旱災防控工作，從而為減少旱災損失提供科學依據，而且也可更有效地對旱災的發(fā)生進行早期預警，進而更明確地指導各級政府的旱災防控工作；同時對于各級政府編制、完善與實施旱災應急預案、增強對旱災應急管理能力、提高對旱災應急求助管理

［1－3，7－9］

。的科學性等，也具有極為重要的參考意義

旱災風險評估的理論基礎是旱災風險系統的不確定性，主要包括隨機不確定性和模糊不確定性。隨機不確定性包括干旱和旱災發(fā)生的隨機性、旱災損失的隨機性，這些隨機性說明用概率統計作為旱災風險評估的理論基礎是可行的和有效的。模糊不確定性包括旱災風險形成過程中各環(huán)節(jié)的

概念外延的認識方面的模糊性，這些模糊性說明用模糊集理論作為旱災風險評估的理論基礎也是可行的和有效的。也有研究將隨機性與模糊性統一為可能性，用模糊風險、可能性風險研究災害

［20］

風險評估。此外，系統科學、信息科學、智能

［21，26］

。旱災科學也是對這個理論基礎的重要支撐

風險評估強調對各種不確定性因素進行定性分析和定量計算研究，這些不確定性因素的主要來源有：①旱災風險系統本身的不確定性，例如區(qū)域致災因子發(fā)生過程的不確定性、區(qū)域承災體要素的不確定性；②旱災風險評估模型結構選擇的不確定性；③旱災風險評估模型參數估計的不確定性，這主要是由于數據資料的不完備；④旱災風險評估模型的輸入、輸出不能確切測度和預知，以及旱災風險模型運行后參數的變化所引起的不確定性，干旱事件抽樣的不確定性，人們認識上

［27］

的其他不確定性。

2

2.1

旱災風險評估對象－旱災風險系統的形成機制及其結構

旱災風險系統的形成機制

從系統工程的角度看，旱災風險可作為一個系統。根據自然災害系統理論和自然災害形成機［16，22］

，從旱災風險形成機理角度，旱災風險是制

致災因子危險性（即干旱強度及其發(fā)生頻率）、承災體的暴露（承災體在時間和空間上與致災因子的一種重合、接觸）、承災體的災損敏感性和抗旱能力這四個要素相互聯系、相互作用下形成的復雜動力學系統，稱為旱災風險系統：

Ｒ=f（H，V，E，A）。（3）

式中：Ｒ為旱災風險函數；H為致災因子危險性，系指干旱的程度、規(guī)模及其發(fā)生的可能性；V為承災體

系指干旱強度與旱災損失之間的函的災損敏感性，

數關系，反映了承災體受干旱不利影響的敏感程度，例如水稻的災損敏感性就是指水稻不同生育期的干旱強度與水稻減產率之間的函數；E為承災體的暴露，系指孕災環(huán)境中可能受干旱影響并產生損失的承災體數量、價值及其時空分布；A為抗旱能力，系指研究地區(qū)在某一具體歷史發(fā)展階段下，以可預見的技術、社會經濟發(fā)展水平為依據，人類為保證自身生存、維持正常生活生產秩序而具有的防御、減輕某種程度干旱缺水影響的水平，包括對降水、徑流、土壤蓄水、地下水等水循環(huán)過程中各種水分虧缺的各種減輕措施，可將干旱期間研究區(qū)域各種水源可提供的水量滿足各行業(yè)需水的程度作為抗旱能力測度指標，抗旱能力反映區(qū)域不發(fā)生旱災的最大干旱程度的抵御水平，反映抵御多大等級的干旱、可抗多少年一遇的干［28－29］

。承災體的災損敏感性只是承災體被動地旱

遭受干旱打擊時所反映出的可能受損的容易程度，

  本文關鍵詞：旱災風險評估的初步理論框架，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：107119