摘要：

城市化进程的加快使得城市内部与城市间的联系更加紧密，导致洪涝灾害损失进一步扩大，严重威胁到城市的生产生活安全。城市洪涝灾害损失评估是国土资源规划与防洪减灾预案制定的依据，国内外研究学者根据不同类型的洪涝灾害，应用数值模型、神经网络、遥感技术等各种方法对城市洪涝灾害损失进行了评估。通过对国内外文献的调研，划分了城市洪涝灾害损失的类型，整理了针对不同洪涝灾害损失的评估方法及特点，并根据洪涝灾害不同时段的特点总结出适用的洪涝灾害损失评估方法，为城市洪涝灾害损失评估研究以及防洪减灾工作提供了参考。有以下几个主要结论：(1)产业间的联系加强，城市之间组成联系紧密的城市群，单个城市发生洪涝灾害，会通过产业间前后向关联、城市间交通、贸易等扩展到整个城市群，使得城市洪涝灾害损失范围更广；(2)在城市洪涝灾害损失评估中，不同地区不同承灾体的特性及损失率各不相同，在计算时要结合实际情况选择合适的评估方法合理确定损失率；(3)RS、GIS、神经网络等技术被应用到城市洪涝损失评估中，使得城市洪涝损失评估精度更高，评估时间更短，为预测与应对城市洪涝灾害提供更有力的保障；(4)随着信息化水平的提高，可将机器学习、数据挖掘等技术应用到城市洪涝损失评价中，进一步提高城市洪涝损失评估的时效性，为防洪减灾工作提供保障。

关键词：

城市洪涝; 损失评估; 直接损失; 间接损失;

作者简介：

高凯(1995—),男，硕士研究生，主要从事水文水资源方面研究。E-mail:gaok4617@163.com;

基金：

国家重点研发计划课题(2018YFC1508201);国家自然科学基金项目(51879274);流域水循环模拟与调控国家重点实验室团队项目(SKL2020ZY03);

引用：

高凯，杨志勇，高希超，等． 城市洪涝损失评估方法综述［J］. 水利水电技术( 中英文) ，2021，52( 4) : 57-68.

GAO Kai，YANG Zhiyong，GAO Xichao，et al． A Review of the evaluation Methods of Urban Flood Loss［J］. Water Resources and Hydropower Engineering，2021，52( 4) : 57-68.

0 引 言

城市洪涝灾害实质上包括城市洪灾和城市涝灾两种灾害。城市洪灾是指城市所在流域的江、河、湖、水库等水位上涨形成客水入境造成的灾害；城市涝灾是指本地降雨量过大而产生大量积水汇集到城市内低洼地区，城市排水系统不能及时将积水排走而形成的灾害现象 。城市洪灾和城市涝灾的共同点都是城市地表积水过多，区别在于城市洪灾是由客水入境造成，城市涝灾是由本地降水过多造成 。城市洪灾和城市涝灾经常同时发生在同一区域，难以严格区分，故通常统称为城市洪涝灾害 。

不同淹没深度的积水，对应的城市洪涝风险也不相同。王静等 研究了不同国家的洪水风险等级划分，图1、图2为澳大利亚和日本基于淹没水深和流速的洪水危险划分，可以发现不同国家对于洪水危险的划分也不相同，澳大利亚对于成人和儿童划分不同的涉水避难极限曲线，当流速较小时成人涉水深度极限为1.50 m, 儿童涉水深度极限为0.8 m; 而日本则只划分了一条步行安全避难曲线。徐宗学等 基于淹没水深和淹没时间的组合划分了洪涝风险等级，如表1所列。

图1 澳大利亚沿避难路线的洪水危险等级划分

图2 日本步行避难困难度与水深、流速关系

表1 基于淹没水深和时间阈值法的洪涝风险等级划分标准

城市洪涝灾害造成的损失比较复杂，除了受灾区域的产业和人口的直接损失，还会造成前后向关联的影响，即受灾区域产业部门受到洪涝灾害的直接影响，会导致停产或者产量下降，其前向企业将得不到相应的供应，生产受阻；其后向产业的生产得不到完全的消耗，造成产品积压，都是城市洪涝的间接损失 。城市化高度发展的今天，城市不再以一个相对独立的个体存在，而是和周围城市组成联系紧密的城市群，所以当城市群中的某个城市发生洪涝灾害，所造成的影响不仅限于该城市，其影响会通过交通、物流、通信、经济往来等扩展到整个城市群，这也是城市洪涝损失中间接损失的考虑范围 。

科学准确地评估城市洪涝灾害损失，是制定防洪规划、进行防洪决策和部署防洪救灾行动的重要依据。目前城市洪涝损失评估的研究多是对某种特定的洪涝灾害损失计算方法或洪涝灾害损失评估模型进行介绍并应用于具体案例，对不同时间段(灾前、灾中、灾后)的洪涝灾害损失评估研究较少。因此，本文总结了已有城市洪涝灾害损失评估方法，介绍了不同时间段的洪涝灾害损失评估的特点及方法，为城市防洪减灾工作提供依据。

1 城市洪涝灾害损失分类

国外对城市洪涝灾害损失一般有两个分类标准，第一类标准将洪涝灾害损失分为有形损失和无形损失 ,其中有形损失是指可以用金钱来评估的损失 ,而无形损失是指无法用货币量化的洪涝灾害影响 。第二类标准将洪涝灾害损失分为直接损失和间接损失，其中直接损失是指淹没区内洪水直接与人、财产和环境发生物理接触而造成的损失;而间接损失是指由直接经济损失波及带来的损失，不表现为实物形态的损失，揭示未来社会生产的下降程度。两个分类标准不是独立存在的，而是相互之间存在一定联系，故又可以进一步将城市洪涝灾害损失分为直接有形损失、直接无形损失、间接有形损失和间接无形损失，具体分类如表2所列。

国内一般将城市洪涝灾害损失分为经济损失和非经济损失 。洪涝灾害经济损失是指因洪水造成的社会经济财产损失，包括直接经济损失、间接经济损失 ,其中直接经济损失对应国外分类中的直接有形损失，间接经济损失对应国外分类中的间接有形损失。非经济损失是指洪涝灾害造成的无法通过经济指标衡量的损失，对应国外分类中的无形损失。具体分类如表3所列。

对于城市洪涝灾害损失评估，不同学者也从不同角度进行了分类。ELLINGWOOD等 从洪涝灾害评估的范围尺度出发，将洪涝灾害损失评估分三个层次： 地方、地区和国家，其中地方评估层次是对洪涝灾害淹没范围内的损失进行评估；地区评估层次是对洪涝淹没区与相邻区域的损失进行评估；国家整体评估层次是对洪水造成的国民整体经济的损失进行评估。MERZ等 根据研究的规模提出了宏观尺度、中尺度和微观尺度的分类方式。王宝华 根据城市洪涝灾害损失评估的时间将其分为洪灾灾前预估、洪灾灾中跟踪评估和洪灾灾后评估三个阶段，其中洪灾灾前预估是预测洪水等级与可能造成的宏观经济损失等；洪灾灾中跟踪评估是对洪水灾害过程实时跟踪，确定成灾地点、洪水强度等，对灾害损失跟踪动态评估；洪灾灾后评估是在洪灾结束后，对受灾区的受灾人口、受灾面积、经济损失等的调查评估。

表2 国外城市洪涝灾害损失分类

表3 国内城市洪涝灾害损失分类

2 研究进展

城市洪涝灾害损失评估的方法随着科技的进步不断完善。传统的洪涝灾害统计评估由于承灾体复杂、各类信息不易统计且统计花费大量的时间、人力和物力，不便于城市洪涝灾害的损失评估。基于数学方法的损失评估主要是通过承灾体洪灾损失率模型来计算洪涝损失 ,损失率模型 方法是以淹没水深、淹没历时为自变量，损失率为因变量，采用回归分析等方法，建立淹没水深等与洪灾损失率的回归方程，美国、加拿大学者提出水深-损失曲线 ,并考虑了淹没历时和水流速度，预报时间对损失的影响，进行曲线调整 ;张金风 应用随机过程的观点，建立财产损失评估随机模型，反映洪灾财产损失率的随机变化情况；VELASCO等 采用一种新的一维二维耦合模型求解洪水深度，并建立了新的阶段性损伤曲线来估算直接有形损伤；涂娉杰 通过水害损失S曲线和数学推导构建了新型水害损失评价模型，并用其估算了2009—2012年长江三角洲的洪涝损失。KOMOLAFE等 建立全球建筑物类型的损失函数，用于估算泰国湄南河流域的洪水经济损失。姚山虎 运用模糊数学方法，通过计算涝灾因子隶属度和权重值，对辽宁省3个典型涝区涝灾程度进行综合评价，评价结果与实际情况吻合的较好。损失率模型方法在城市洪涝损失评估中考虑的因素较少，只考虑了洪水淹没水深变化的影响因素，实用性差；每种财产的损失率也各不相同，通用性差；损失率的确定需要大量的人力、物力现场调查，时效性差。

BP神经网络和SVM可以较好地拟合损失值与影响因素之间复杂的非线性函数关系，输入通常选择的是淹没水深、历时、社会经济状况等影响因素，输出是直接经济损失值 。金菊良等 采用BP算法与遗传算法交替优化神经网络参数，进而建立了洪水灾情评估的神经网络模型，并对河南省进行了实例计算，证明了模型的实用性、客观性和通用性；唐明等 利用遗传程序设计进行了洪水灾害损失评估并实现自动建模，使得洪水灾害评估系统建模具有快速生成和自我更新能力强的特点；黄志伟等 提出了一种适合洪灾评价等级的SVM模型并建立了优化的支持向量机，实现了在一维连续空间中综合评价多维灾情指标的功能。刘小生等 开发了能够快速建立神经网络集成模型的洪水损失评估程序，已在鄱阳湖区某县应用。

随着科技的发展，洪水数值模拟、遥感和GIS技术在洪水灾害评估中得到广泛应用 ,使洪涝灾害评估更加科学、实用，节省大量人力物力，并且时效性更强 。国内外研究整理出一套较为完整的洪涝灾害损失快速评估思路：基于GIS和遥感技术进行洪水模拟，通过构建洪涝灾害要素与洪涝灾害损失的函数关系，估算洪涝灾害的可能损失 。李纪人等 建立了基于空间展布式社会经济数据库的洪涝灾害损失定量评估模型，能够与洪水演进模型和遥感实时监测等手段相结合，并且已经在2003年淮河流域洪涝灾害遥感监测评估等方面得到成功应用；张文婷，刘永志等 基于社会经济空间展布方法和GIS构建了洪水灾害损失快速评估模型，并对福建省长乐市千年一遇风暴潮引起洪水进行灾后损失评估；刘小生等 基于空间信息格网进行了洪灾损失评估研究，建立了基于空间信息格网的洪灾损失评估模型；BEHZAD等 介绍了利用GIS技术开发的城市洪水模型RUFIDAM,该模型在墨尔本东南部的三个城市集水区进行了试验，结果表明RUFIDAM模型能较准确地预测洪灾程度和累积损失。

3 计算方法

由于非经济损失无法用经济指标衡量洪涝灾害影响，国内外研究较少，故本文主要针对经济损失的计算方法进行归纳。

3.1 直接经济损失

城市洪涝灾害直接经济损失的研究相对于间接经济损失的研究更加丰富，评估方法也较多 。刘春腊等 将洪水灾害直接经济损失评估方法概括为5种类型：(1)社会学类型：实地访谈调查统计分析；(2)损失率类型：关系曲线法、财产损失率模型、面上综合损失值模型、损失增长率模型等；(3)网络学类型：神经网络模型、BP神经网络模型、混合式模糊神经网络数学模型；(4)经济学类型：影子成本法、成本收益法；(5)其他类型：系统分析法、不确定性模型等。

其中应用实地调查统计分析的方法进行城市洪涝灾害直接经济损失评估需投入大量人力物力且时效性差；应用损失率类型的方法，建立灾情与淹没深度之间得到关系，可以提高损失评估的时效性，在目前洪涝灾害直接经济损失中应用较广；神经网络模型具有并行计算、自学习等功能，可较好的模拟灾害损失与影响因素之间的复杂非线性函数关系，在模型收敛速度和评估精度方面都取得了较好效果 ;经济学分析方法更加适用于考虑时间以及经济发展水平的洪涝灾害直接经济损失评估 。表4为应用较广的几类直接经济损失计算方法。

表4 直接经济损失计算方法

3.2 间接经济损失

城市洪涝灾害的间接经济损失主要包括：停产或减产的经济损失、产业关联性间接经济损失、投资溢价损失等。洪涝灾害间接经济损失评估方法有很多，最传统的是直接调查估值法，但该方法需要投入大量人力物力。李春华、姜玲等 根据间接经济损失的界定视角不同，把洪涝灾害间接经济损失的评估方法分成两大体系，基于存量-流量方法体系和基于投入-产出方法体系，其中基于存量-流量方法体系的方法包括：比例系数法、模拟法和系统动力学方法；基于投入-产出方法体系的方法包括：经济增长模型法 、投入产出法 和可计算一般均衡方法 。在洪涝灾害损失评估中应用较广的方法是比例系数法和投入产出模型法。表5为间接经济损失评估方法。

3.3 综合方法

除了上述对城市洪涝灾害的直接经济损失评估与间接经济损失评估外，还有很多评估洪涝灾害损失的综合方法。

3.3.1 空间信息格网模型

前述城市洪涝灾害损失评估方法中用到社会经济数据，这些数据是按照行政区域进行统计，而城市洪涝淹没范围一般是不规则的，一次洪水可能淹没行政区域内的一部分，故采用整个行政区域作为评估单元存在受淹区社会经济指标计算的不合理性和洪水分布特性的不合理性问题 。

为了解决上述问题，专家学者们提出了GIS空间信息单元格模型，对淹没范围进行离散化处理，得到洪水特性线网，在一个洪水特性网格单元内，近似认为水深是相等的 。单元网格大小可以通过将遥感影像得到的淹没范围叠加DEM后，根据水深分布的变化情况确定 。对于行政单元内社会经济信息也是不均匀的问题，可以利用社会经济空间展布方法，解决社会经济统计数据在空间上分布的合理性问题，得到社会经济数据空间展布信息 。将洪水特性单元与社会经济单元叠加得到可以进行洪涝灾害损失计算的单元格，称之为洪水损失计算GIS空间信息单元格。

表5 间接经济损失计算方法

基于GIS空间信息格网的洪涝灾害损失评估主要考虑各承灾体现有固定资产的损失和停工停产造成的产值损失，固定资产的损失通过考虑各行业的固定资产损失率来确定，产值的损失则是通过淹没历时计算由于停工停产造成的损失 。对洪水特性主要考虑水深、淹没历时和预警时间等因素，洪涝灾害损失评估模型为

式中，δi为空间信息格网单元类型系数；Aij为第i洪水单元、第j行业固定资产数(万元);ηjkm为第j行业、第k级水深、第m级淹没历时损失率；Bij为第 i洪水单元、第j行业年产值(万元/年);D为淹没时间天数。其中δi满足

3.3.2 模糊综合评估方法

模糊综合评价法是根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价，它具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决 ,城市洪涝灾害损失评估就是典型的非确定性问题。由于人们对城市洪涝灾害损失的形成因素不完全明确、对各个影响因素之间的关系不完全清楚、各个因素对于洪涝灾害损失的作用也不完全明了，所以城市洪涝灾害损失评估是一个信息不完全的灰色系统 。城市洪涝灾害损失兼有灰色系统与模糊系统的特征 。因此，将灰色系统理论与模糊数学相结合，运用于灾害损失评估，将是一种行之有效的评估方法。

城市洪涝灾害损失评估的灰色模糊综合方法就是用灰色系统理论方法选择评定因素，确定权重集，然后再进行模糊综合评判，估算出灾害损失的程度 。

3.3.3 基于神经网络的洪涝灾害损失评估方法

神经网络由于其具有自组织、自学习和对输入数据或规则的鲁棒特性、冗余容错特性，非常适合用于求解影响因素复杂且难以用数学公式表达的实际问题，作为一种快速定量化分析模型，近年来在洪涝灾害损失评估中被广泛采用。在应用其来解决洪涝灾害评估问题时，由于洪涝灾害损失和其特征要素之间更多的是存在相关关系，而非确定的函数关系，故人工神经网络的输入节点变量可以定义为洪涝灾害评估的各个影响因子，且不必通过具体的函数表达式，仅通过连接权重来直接建立因变量和自变量之间的非线性关系 。神经网络模型可较好地拟合损失率与影响因素之间复杂的非线性函数关系，在模型收敛速度和评估精度方面都取得了较好效果 。

应用人工神经网络计算洪涝灾害损失的基本原理，是选择合适的网络结构，将历史洪涝灾害的相关雨情、水情、工情、社会经济情况及其所对应的灾害损失构成网络的训练模式队，通过对网络进行训练，得出流域或地区洪涝灾害损失的预报网络。该网络用于未来灾害损失的快速诊断和评估，为灾情统计和制定灾后重建计划奠定必要的基础。

4 城市洪涝灾害损失评估过程

根据洪涝发生的阶段和过程的不同，城市洪涝灾害损失评估可分为灾前预估、灾中跟踪评估和灾后评估，各个阶段城市洪涝灾害损失评估的目的、内容与方法各有不同，以下对各个阶段分别讨论。

4.1 灾前预估

洪涝灾害损失灾前预估是通过对未来某一地区洪涝发生的可能性、洪水强度、洪水淹没深度等参数以及洪涝发生后可能造成损失的预估，为防洪减灾措施和决策方案的制定提供依据。灾前预评估需要考虑的因素既包括历年洪涝灾害的灾后损失调查结果，也包括当地的社会经济发展程度等 。灾前预估主要是对洪涝灾害进行宏观的预测，其评价方法主要包括：历史灾情调查分析、模型模拟法、洪水风险图 、基于GIS的模拟方法、关系曲线法、空间信息格网模型等，具体如下。

(1)通过模型模拟法预测不同暴雨强度下可能发生洪涝灾害的强度、淹没范围、淹没深度等，再通过洪涝灾害损失评估模型进行损失评估，为制定防汛预案等提供依据。

(2)根据历史灾情调查分析以及系统动力学模型等，预测对应洪涝灾害强度下的淹没范围与淹没深度，通过系统动力学模型进行洪涝灾害损失评估，为制定防汛预案等提供依据。

(3)将洪水淹没范围、淹没深度等数据带入到GIS中，并结合空间信息格网模型分析淹没地区具体对应的可能受灾对象，进行城市洪涝灾害损失评估，为制定防洪减灾与决策方案等提供依据。

(4)通过不同受灾对象、淹没范围、淹没深度等，采用不同受灾对象所对应的关系曲线法在宏观上预测洪涝灾害可能造成的经济损失，为制定防洪减灾与决策方案等提供依据。

4.2 灾中跟踪评估

洪涝灾害灾中跟踪评估是在洪涝灾害发生时，对洪水灾害过程进行动态损失评估，为防汛措施与应急预案的制定与调整提供依据，使得救灾行动更具有针对性，将损失尽可能降到最低。评估内容主要是根据监测系统和人工上报等，跟踪灾害的发展情况，确定受灾地点、洪水强度、实时灾情，以及已造成的灾害损失等 。灾中评估最主要的是真实性和时效性，结合洪涝灾害实时的真实情况快速的做出评估，其评价方法主要包括：空间信息格网模型，基于RS和GIS的评价方法，基于神经网络的评价方法等，具体如下。

(1)通过遥感监测、人工上报等获得实时洪涝灾害情况，包括淹没范围变化、淹没深度变化、淹没地区情况等，为应急方案的制定与调整提供依据。

(2)结合空间信息格网模型和GIS,分析洪涝灾害进一步发展的可能性，得到淹没地区的各项洪涝灾害特征参数，为洪涝灾害损失评估和应急方案的制定与调整提供依据。

(3)采用基于神经网络的洪涝灾害损失评价方法，快速评价洪涝已经造成的各种损失，为应急方案的制定与调整提供依据。

表6 综合方法对比

4.3 灾后评估

洪涝灾害灾后评估是在洪涝事件发生后，对受灾地区各类损失的详细评估，包括受灾区的受灾人口、受灾面积、直接经济损失、间接经济损失以及洪涝灾害对生态和社会的影响等。灾后评估的作用主要有两个，一是指导灾后恢复重建、灾害损失补偿以及洪涝灾害损失保险理赔等工作；二是为应对将来发生类似洪涝灾害提供指导依据 。灾后损失最主要的是真实性和精确性，其评价方法包括：空间信息格网模型、基于RS和GIS的评价方法、基于指标的评价方法 、基于神经网络的评价方法、统计调查法等，具体如下。

(1)通过RS和GIS以及现场调查，获得淹没区域内各个受灾对象的受灾情况，计算洪涝灾害灾损失，为灾后重建等提供依据。

(2)通过空间信息格网模型，获得淹没区域的各类洪涝参数、受灾对象的参数以及淹没区域的经济参数，再利用洪涝灾害损失评估模型进行损失评估，为灾害损失补偿、洪涝灾害损失保险理赔等工作提供依据。

(3)采用基于指标的评价方法，分别评价各类受灾对象的损失，为灾害损失补偿、洪涝灾害损失保险理赔等工作提供依据。

(4)最后将各个地区的损失情况逐级上报，进行汇总编制成防汛预案，为将来发生类似洪涝灾害的处置提供指导依据。

4.4 城市洪涝损失评估步骤

城市洪涝不同时段洪涝损失评估的目的、内容和方法不同，但是计算步骤基本一致，主要包含三个步骤：

(1)获得洪涝信息。

通过模拟预测、遥感、GIS等技术获得城市淹没深度、淹没范围、淹没时间等洪涝信息。

(2)计算承灾体损失率。

根据步骤(1)获得的洪涝信息计算不同承灾体的损失率。损失率的确定方法有多元回归分析法、逐步回归分析法和洪灾损失率综合值计算法等 。不同地区由于当地特征参数不同，导致不同承载体损失率也不相同。如表7为朱留军 以河南省新乡市为研究区域，计算的不同水深情况下当地不同承载体对应的损失率。

(3)城市洪涝损失评估。

根据不同时段城市洪涝损失评估的目的及特点，选择不同的洪涝灾害损失评估方法进行城市洪涝损失评估。表8为不同时段城市洪涝损失主要评估方法。

表7 不同承载体损失率与淹没水深的关系

表8 不同时段城市洪涝损失主要评估方法

5 结论与展望

(1)由于城市化进程的加快，使得产业间的联系加强，单个产业部门受到城市洪涝灾害所造成的损失不局限于本产业，还会造成前后向关联的影响，使得城市洪涝灾害损失更加复杂。现在城市存在的形式是与周围城市组成联系紧密的城市群，单个城市发生洪涝灾害，会通过交通、贸易等扩展到整个城市群，使得城市洪涝灾害损失范围更广。

(2)在城市洪涝灾害损失评估中，直接经济损失计算主要以损失率类型方法为主，不同地区不同产业的损失率各不相同，在计算时要结合实际情况合理确定损失率。对于间接经济损失计算中的比例系数法，确定评价指标与损失系数尤为重要，同一场灾害，不同的评价指标和损失系数所得到的结果会有较大差异。随着科技的进步，将RS、GIS、神经网络等应用到城市洪涝损失评估中，使得评价精度更高，评价时间更短，为预测与应对城市洪涝灾害提供更有力的保障。

(3)随着信息化水平的提高，可将机器学习、大数据挖掘等技术应用到城市洪涝损失评价中。深度学习可以提取图像中的信息，可以通过城市中的各种监控设备获得洪涝灾害期间受灾区域的视频影像，利用深度学习的方式快速获取受灾区域的淹没深度、受灾对象、破坏程度等信息，为救灾指挥提供依据；可以用过大数据挖掘的方式快速获取受灾情况，如通过将用拥堵情况判断受灾区域，通过搜集网络上的各类信息获得洪涝灾害最新情况，为防洪救灾提供依据。

水利水电技术

水利部《水利水电技术》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊（月刊），为全国中文核心期刊，面向国内外公开发行。本刊以介绍我国水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护，以及水利水电工程的勘测、设计、施工、运行管理和科学研究等方面的技术经验为主，同时也报道国外的先进技术。期刊主要栏目有:水文水资源、水工建筑、工程施工、工程基础、水力学、机电技术、泥沙研究、水环境与水生态、运行管理、试验研究、工程地质、金属结构、水利经济、水利规划、防汛抗旱、建设管理、新能源、城市水利、农村水利、水土保持、水库移民、水利现代化、国际水利等。