防汛预警指标与等级划分的比较研究[1]

程晓陶 李娜 王艳艳 王静

（中国水利水电科学研究院，北京 100038）

本文发表在《中国防汛抗旱》2010年3期

摘要：任何受洪水威胁的区域，在其特有的地理气候条件下，水灾发生的类型与可能的规模、风险的时空分布以及致灾过程的特点，均有其内在的规律。为了科学制定应急预案，有效组织快速响应，需要选择一些指标作为危险性判断的依据，设定若干阈值作为危险性等级划分的标准。通过中外典型案例的比较分析，探讨了预警指标选择与等级划分的改进方向。

关键词：防汛预警；应急响应；指标体系；等级阈值

1防汛预警模式与案例分析

1.1 欧洲典型防汛预警模式与案例

针对水灾类型及其特点，防汛预警可以按严重等级和按强灾过程两类划分。前者如法国，在其水灾预警机制中，以4种不同颜色表示不同的水灾等级：绿色代表正常状态，黄色代表轻度水灾，橙色代表重度水灾，红色代表特大水灾。由于在一次致灾过程中，不同区域水灾的危险程度是不一样的，因此，水灾警报发出时，以这4种颜色标注的危险性等级划分地图会在各大报纸、电视台和网络上公布，提醒各个地区的居民做好相应的防灾准备。通过这种模式，即使判断出即将来临的洪水是特大水灾，也不用所有的地区都采取同等的应急响应行动，而需要识别出其危险性在空间分布上的差异，以便不同区域的相关部门与社会公众能够及时采取适宜的应急响应。

后者如英国，在其预警机制中，同样采用绿、黄、橙、红4种颜色，其绿色亦表示安全，但黄色表示警惕，橙色表示准备，红色表示行动。具体实施中又分为早期预警（early warning）与临灾警报（flash）两个阶段。英国气象部门的早期预警一般提前5天做出，临灾警报至少提前两个小时发布。由于灾害事件的预报具有不确定性，时间越提前，预警的准确性越难以保证，因此，实际操作中又考虑了事件发生的概率，当极端灾害性天气事件发生的概率（p）超过60%时，发布早期红色警报，超过80%时，发布临灾红色警报，参见表1所示^[1]。

表1 极端天气事件预警的颜色与风险等级

	绿	黄	橙	红
警报	无	劝告	劝告	早期	临灾
风险	非常低, p<20%	低, 0%≤p <40%	中, 40%≤p <60%	高, 60%≤p <80%	很高, p³80%
要点	预计无极端天气	极端天气事件风险低	极端天气事件风险中等	极端天气事件风险高	极端天气事件即将来临或开始发生
影响		基础设施与环境的风险较低	基础设施与环境的风险中等	基础设施与环境面临高风险，可能造成人员伤亡	基础设施与环境可能遭受重大损失，并可能带来伤亡。
警告		确保能获得最新的天气预报	保持警惕，确保能获得最新的天气预报	保持高度警惕，接收最新天气预报。意识到风险是不可避免的。遵循有关当局的告诫采取相应行动。	保持高度警惕，接收最新天气预报。遵循有关当局下达的各种指令或告诫，随时准备采取非常措施。

英国河流与海岸洪水风险管理部门设在环保署内，针对境内的主要河流建立了洪水警报系统。该系统将通过国家或地方媒体向公众发布的洪水红色警报又分为若干等级，并保持了关注过程的特点，其标识及含义如表2所示^[2]。

表2  英国洪水预警标识及含义

	红色，严重洪水警报。严重的洪水即将发生。生命和财产濒临危险。立即行动！(Severe Flooding Expected. Imminent danger to life and property. Act Now!)
	红色，洪水警报。洪水将要发生。房屋、商务活动和主要道路将受影响。立即行动！(Flooding Expected. Affecting homes, businesses and main roads. Act now!)
	红色，洪水警戒。洪水可能发生。保持警惕，做好准备。注意戒备！ (Flooding possible. Be aware! Be prepared. Watch out!)
	蓝色，警报解除。(All Clear)

2009年11月19日，英国遭受了特大暴雨袭击，24小时内最大降雨量达314mm，创下英国有记录以来日降雨量的最高纪录^[3]。英国国家气象局19日发布临灾洪水警报，称受暴雨和大风影响，英格兰北部地区、威尔士西北部和苏格兰西部地区可能会遭受洪水袭击。强降雨降临后，负责防洪事务的英国环保署在英格兰发布了4次严重洪水警报，在苏格兰发布8次严重洪水警报，对迅速展开抗洪救灾活动发挥了重要作用。

1.2 日本防汛预警体制的发展与案例

日本易遭受高强度暴雨袭击，河流比降大、源短流急；洪水突发性强，具有暴涨暴落的特点，并可能伴生滑坡、泥石流等地质灾害。加之人口、资产密度大，全国50%以上的人口、70%以上的资产都集中在受洪水威胁的10%的沿江沿海低平地区，因此，在努力建设高标准的防洪工程体系的同时，也特别重视防灾预警与应急响应体系的建设。

由于灾害的突发性强，日本高度重视多源灾害监测预报信息的高效利用，以及快速应急响应组织体系的建设与防灾训练。以岐阜县最新网上公布的资料为例^[4]，其防灾信息来源，不仅来自气象、水文等多部门，而且来自中央、地方政府与当地等多层次，防灾部门综合运用这些信息作为应急决策的依据（如图1所示）。日本河川情报中心发布全国指定河流的洪水预报警报。洪水警报根据河流水位分为4级：蓝色为未超过泛滥注意水位，黄色为超过泛滥注意水位，橙色为超过避难判断水位，红色为超过泛滥危险水位^[5].

由图1可见，在获得大雨警报及洪水警报的情况下，当地防灾部门要根据预先设定的标准，结合当地的情况，作出是否有必要针对可能发生的重大灾害采取避难救援行动的判断，为发布避难转移令提供依据。同时可以看出，日本防灾预警体系的发展，是基于灾前的大量基础工作，将管理区域网格化，使预警指示更精确、预警内容更明了。

2008年5月28日以来，日本的大雨、洪水的警报与注意报采用了新的标准。在新的指标中，引入了土壤雨量指数与流域雨量指数，以替代以往的24小时雨量，并以网格化的方式，设定各市町村的基准值。预期从2010年汛期起，要根据新的标准以市町村为对象，发布警报与注意报。特别是在警报发布时，要以附加括弧的形式标明灾害的类型，如大雨警报（山地灾害）、大雨警报（暴雨积水）等。在重点防灾的城市与灾害的高风险区，识别灾害风险分布差异的网格细化到以1km²为单元，并且每单元网格的土壤雨量指数与流域雨量指数的阈值都已经在网络上发布^[6]。2010年汛期将实施的新的预警标准如表3、表4所示。

半日～ 数小时前

降大雨的可能性

约1日前

降大雨

预告的 府县气象 情报

大雨注意报 洪水注意报

降下引发重大灾害的大雨

数小时～ 1、2小时前

滑坡、 泥石流 及洪水的 危险度 增大

大雨警报（暴雨积水） 大雨警报（山地灾害） 洪水警报 ·   用于避难准备情报的判断

山地灾害警戒情报 ·   用于避难劝告等的判断

洪水预报的洪水注意报 泛滥注意情报 ·   用于避难准备情报的判断

洪水预报的洪水警报 泛滥警戒情报 ·   用于避难劝告等的判断

洪水预报的洪水警报 泛滥危险情报 泛滥发生情报

补充细化警报等的府县气象情报

气象雷达、降水短时预报、山地灾害警戒判定网格情报、规格化版流域雨量指数、岐阜县“山地灾害危险度情报”、国土交通省及岐阜县提供的水位等

实测短时 大雨情报

短时大雨观测

①

②

③

④

注：预定从2010年汛期起，要在大雨警报后用括弧标明灾害的类型。

注：洪水预报以水位或流量来发布

市町村基于①、②的情报，综合③、④+当地的信息，作出防灾对应的判断

图1 日本岐阜县大雨时可利用的主要防灾情报

表 3  2010年汛期开始实施的大雨、洪水警报

灾害种类 防灾活动	大雨引发的滑坡、泥石流等山地灾害		山地灾害之外的大雨引发的水灾（含内涝）		洪水灾害 （含江河泛滥）
避难劝告 （红色）	以市町村为对象	山地灾害警戒情报		实测短期大雨情报 （与防灾活动的对应不明确）	特定 河川名	××川 泛滥 警报
避难准备 （橙色）	大雨警报 （山地   以市町村为对象 灾害）		以市町村为对象 大雨警报（暴雨积水）		以市町村为对象 洪水警报	××川 泛滥 注意报
防灾体系 启动准备 （灾害未达到需采取避难行动的程度） （黄色）	大雨 注意报		大雨 注意报		洪水 注意报
	大雨警报标题的末尾处添加“山地灾害”、“暴雨积水”，使得预警的灾害更容易被理解。

表4 大雨与洪水警报的基准及其采用的指标

基准（括弧内为指标）	警报的种类	注意报的种类
雨量基准（1小时雨量或3小时雨量）	大雨警报（暴雨积水）及洪水警报	大雨注意报及洪水注意报
土壤雨量指数基准（土壤雨量指数）	大雨警报（山地灾害）	大雨注意报
流域雨量指数基准（流域雨量指数）	洪水警报	洪水注意报
复合基准（1小时雨量或2小时雨量及流域雨量指数）	洪水警报	洪水注意报

1.3 我国防汛预警体制的发展与典型城市案例

我国江河防汛，以警戒水位与保证水位作为预警的指标。警戒水位是堤防临水到一定深度有可能出现险情，要加以警惕戒备的水位，是根据堤防质量、保护重点以及历年险情分析制定的。到达该水位时，堤防防汛进入重要时期，防汛部门要加强戒备，密切注意水情、工情、险情发展变化，在各自防守堤段或区域内增加巡逻查险次数，开始日夜巡查，并组织防汛队伍上堤防汛，做好防洪抢险人力、物力的准备。保证水位是根据防洪工程当年状况确定的可防御洪水最高水位，可以是按防洪标准设定的堤防设计洪水位或历史上防御过的最高洪水位。保证水位的拟定，要考虑上下游关系、干支流关系以及保护区的重要性，并经上级主管机关批准。当水位达到或接近保证水位时，防汛进入紧急状态，防汛部门要按照紧急防汛期的权限，采取各种必要措施，保证堤防等工程的安全。但是这种方式，不能明确表现洪水的危险等级，也不能区分不同类型水灾的应急特点，难以满足城市防汛预警日益提高的要求。

进入21世纪，随着我国防灾减灾四级预警与预防机制的建立，特别是2006年1月国家防汛抗旱应急预案公布实施以来，各级防汛组织都加强了防汛预警工作，一些城市已经针对各自的特点建立了相应的防御自然灾害的预警体制，以上海市与济南市为典型加以说明。

（1）上海市位于东海之滨，面临台风、暴雨、高潮的多重威胁。为适应城市发展的需求，已经建立了水务一体化的管理体制。其防汛预警分为四级，分别以蓝色、黄色、橙色、红色表示，判断的依据包括了台风、暴雨、潮位与灾情等4个方面，同时以量化的指标明确了相应各级预警的响应标准、响应行动与防御提示，并在防汛信息网上向社会公布，如表5所示^[7]。

表5 上海市防汛四级预警启动标准

等级	指标与标准
Ⅳ级响应标准（蓝色预警）	出现下列情况之一，市防汛办视情向防汛部门及相关单位发布防汛防台蓝色预警信号，组织实施Ⅳ级应急响应，并向市防汛指挥部报告： ①上海中心气象台发布上海市台风蓝色预警信号后（本市24小时内可能或已受热带气旋影响,沿海或陆地平均风力达6级以上，或阵风8级以上并可能持续）； ②上海中心气象台发布暴雨蓝色预警信号后（本市12小时降雨量将达50mm以上，或已达50mm以上并可能持续）； ③上海市防汛信息中心发布黄浦江苏州河口潮位蓝色预警信号后（本市12小时内黄浦江苏州河口潮位可能达到或超过4.55m的警戒线）； ④造成一般等级灾害的其它汛情（民居进水100户以下；农田受淹或农作物及设施受损1000亩以下；房屋倒塌5 间以下；因汛死亡2人以下等）。
Ⅲ级响应标准（黄色预警）	出现下列情况之一，市防汛办视情向防汛部门及相关单位发布防汛防台黄色预警信号，组织实施Ⅲ级应急响应，并向市防汛指挥部报告： ①上海中心气象台发布上海市台风黄色预警信号后（本市24小时内可能或已受热带气旋影响,沿海或陆地平均风力达8级以上，或阵风10级以上并可能持续）； ②上海中心气象台发布暴雨黄色预警信号后（本市6小时降雨量将达50mm以上，或已达50mm以上且降雨可能持续；或者1小时降雨量将达35mm 以上，或已达35mm以上且可能持续）； ③上海市防汛信息中心发布黄浦江苏州河口潮位黄色预警信号后（本市12小时内黄浦江苏州河口潮位可能达到或超过4.91m的5年一遇的潮位标准）； ④防汛墙或海塘发生险情，可能造成局部地区危害的； ⑤造成较大等级灾害的其它汛情（民居进水100户以上、300户以下；农田受淹或农作物及设施受损1000亩以上、1万亩以下；房屋倒塌5间以上、50间以下；因汛死亡3至5人等）。
Ⅱ级响应标准（橙色预警）	出现下列情况之一，市防汛指挥部视情向防汛部门及相关单位发布防汛防台橙色预警信号，组织实施Ⅱ级应急响应，并向市政府报告： ①上海中心气象台发布上海市台风橙色预警信号后（本市12小时内可能或已受热带气旋影响,沿海或陆地平均风力可达10级以上，或阵风12级以上并可能持续）； ②上海中心气象台发布暴雨橙色预警信号后(本市3小时降雨量将达50mm以上，或已达50mm以上且降雨可能持续)； ③上海市防汛信息中心发布黄浦江苏州河口潮位橙色预警信号后(本市12小时内黄浦江苏州河口潮位可能达到或超过5.10m的10年一遇标准)； ④防汛墙或海塘发生险情，可能造成较大危害的； ⑤造成重大等级灾害的其它汛情（民居进水300户以上、1000户以下；农田受淹或农作物及设施受损1万亩以上、5万亩以下；房屋倒塌50间以上、150间以下；因汛死亡6至9人等）。
Ⅰ级响应标准（红色预警）	出现下列情况之一，市防汛指挥部报请市政府同意，向防汛部门及相关单位发布防汛防台红色预警信号，组织实施Ⅰ级应急响应： ①上海中心气象台发布上海市台风红色预警信号后（本市6小时内可能或已经受到热带气旋影响，沿海或陆地平均风力可达12级以上，或阵风达14级以上并可能持续）； ②上海中心气象台发布暴雨红色预警信号后（本市3小时降雨量将达100mm以上，或已达100mm以上且降雨可能持续；或者1小时降雨量将达60mm以上，或已达60mm以上且可能持续）； ③上海市防汛信息中心发布黄浦江苏州河口潮位红色预警信号后（本市12小时内黄浦江苏州河口潮位可能达到或超过5.29m的20年一遇标准）； ④沿长江口、杭州湾主海塘决口或市区重要地段防汛墙决口； ⑤造成特大等级灾害的其它汛情（民居进水1000户以上；农田受淹或农作物及设施受损5万亩以上；房屋倒塌150间以上；因汛死亡10人以上；地铁部分区段严重积水等）。

（2）济南市南依泰山，北跨黄河，市区地势南高北低，南部坡度较大，在突发短历时高强度暴雨的情况下，易于形成类似山洪的街道洪水。该市有两个防汛指挥部，设于市政公用事业局的市区防汛指挥部，负责城区防汛工作，而设于水利局的防汛指挥部负责郊县的防汛工作。2007年7月18日济南市区遭受暴雨袭击，造成40余人死亡、失踪的悲剧之后，加强了防汛预警工作，以暴雨强度与累积雨量为量化的主要指标，同时考虑水库险情、城区河道洪水、黄河洪水等因素。根据市政公用事业局2008年7月1日公布的《济南市城市防汛应急预案》，其防汛预警启动条件设定如表6所示，表6中，市区主要河道指小清河、兴济河、工商河、东洛河、西洛河、柳行河、全福河等河道^[8]。

表6 济南市防汛四级预警启动标准

	指标与标准
一般(Ⅳ级)	①收到暴雨蓝色预警天气预报（12小时内降雨量将达50mm以上，或者已达50mm以上且降雨可能持续）； ②南部山区对市区有影响的水库有可能发生险情或水库水位超过汛限水位； ③市区河道水位达到警戒水位； ④城区道路积水，有部分房屋进水。
较重(Ⅲ级)	①收到暴雨黄色预警天气预报（6小时内降雨量将达50mm以上，或者已达50mm以上且降雨可能持续）； ②南部山区对市区有影响的水库有可能发生较大险情或水库水位达到设计洪水位； ③市区河道水位超过警戒水位。
严重(Ⅱ级)	①收到暴雨橙色预警天气预报（3小时内降雨量将达50mm以上，或者已达50mm以上且降雨可能持续）； ②市区内主要排洪河道漫溢,小清河严重倒灌； ③南部山区对市区有影响的水库有可能出现重大险情或水库水位达到校核水位，可能造成市区受淹； ④黄河有可能发生漫溢或决堤，严重影响城市安全。
特别严重(Ⅰ级)	①收到暴雨红色预警天气预报（3小时内降雨量将达100mm以上，或者已达100mm以上且降雨可能持续）。

另据报道，2009年《济南市城市防汛应急预案》经修改后7月1日正式发布。预案规定，在极端气象条件下，当红色汛情预警（Ⅰ级）启动后，经市政府批准，可以在紧急的情况下拉响防洪警报。与空袭警报不同的是，防洪警报音响信号为“一长一短”，即鸣 15 s、停 10 s，再鸣5s、停 10s，反复3遍为一个周期(2 min)，警示群众要留在家中或就近避险，不要在低洼地带或地下通道停留。停止户外集会、体育、娱乐、商业等活动，及时组织重大险情区域群众安全避险转移，沿路临街各单位应无偿提供避雨、避险场所和开放停车场，建议市民留在家中，不在危险场所停留避雨。

2 国内外防汛预警指标分析

从国内外防汛预警的案例可以看出，防汛预警指标主要选择了以下3类（参见表7所示）：

（1）刻画降雨、洪水、高潮、台风等可能造成洪涝灾害的自然现象的物理特征，如降雨量、洪水位、洪水频率、潮位、台风风力、土壤含水量等指标。

（2）刻画防洪工程状态的指标，包括工程出险与否和水位达到工程设计的水位与否。如堤防溃决与否、水库溃坝与否；水库水位是否达到汛限水位、校核水位等。

（3）刻画灾害可能带来的影响与损失的指标，如积水深度、受淹面积、房屋倒塌间数、可能死亡人数等。

表7  国内外采用的防汛预警指标

序号	防汛预警指标类型	指标
1	降雨	降雨量
2		预报或观测的降雨强度24、12、6、3、1小时雨量
3	河道洪水	洪水频率
4		特征水位，如警戒水位、保证水位或危险水位等
5	台风	24、12、6小时热带气旋影响与否
6		沿海或者陆地平均风力、阵风风力
7	山地灾害（滑坡、泥石流等）	暴雨强度、累积雨量
		土壤含水量
8	潮水	预报或观测的潮位
9	工程险情	堤防可能或已经漫溢、溃决
10		水库达到特定水位
11		大坝可能或已经出险
12	灾情	城区主要道路路段积水深度
13		低洼地区、立交桥下、地铁等处积水深度
14		民居进水户数
15		农田受淹或农作物及设施受损面积
16		房屋倒塌间数
17		因汛死亡人数

3 国内外防汛（洪水）预警等级划分的特点与对比分析

国外防汛预警有多种划分方式，并显现了逐步精细化的特点。（1）有按危险等级划分的，但考虑空间分布的差异。即使发生特大水灾，从空间分布来看，不同区域的危险性是有差异的。因此，防汛预警系统要用绿、黄、橙、红4色标示出危险性空间分布的差异。（2）有按紧急情况划分的，但考虑事件发生的概率。一般来说，预警提前的时间越早越好，但是不确定性也相对较大。随灾害临近而逐步提高的预警等级，可以避免一些应急响应行动中的盲目性。（3）综合运用多种信息来源作判断，并使警报信息尽可能明确化。事实上，灾害临近时防汛指挥机构可以从各级政府、相关部门及民间得到各种风情、雨情、水情、工情、险情、灾情信息，因此，预警等级与发布时机要根据多种信息来源及多项指标作出综合判断，并且要使警报信息尽可能明了。（4）提高预警水平的关键是将大量基础工作做在灾前。要使预警信息在空间与时间上能够更好地识别不同类型灾害危险性的差异，需要对可能受灾区域开展风险区划研究，并将其与预警指标及等级划分的阈值建立联系。（5）预警指标的改进与科技进步密切相关。日本最新的预警指标体系之所以能够以流域降雨量与土壤含水量为指标，并将辨识率细化到1km²，得力于覆盖全国的雷达测雨与洪水观测预报系统、地理信息系统，离开扎实的基础工作与新技术的采用，要做到这一点是不可想象的。

在我国，由于江河洪水、山洪灾害、渍涝灾害、台风暴潮灾害的预警发布均由各级防汛抗旱指挥部负责，所以一般将上述灾害的预警统称为防汛预警。依据国家防汛抗旱应急预案中的规定，各级防汛抗旱指挥机构应按照分级负责原则，确定洪水预警区域、级别和洪水信息发布范围，按照权限向社会发布。目前，我国多数城市是按照蓝（IV级）、黄（III级）、橙（II级）、红（I级）4色分四级进行防汛预警的。但是总体上看，仅考虑了危险性的等级，尚未细化到考虑危险性空间分布的差异与随致灾过程的变化。除少数发达城市外，多数地区尚未建立有效的灾害天气预警发布制度，即使作出了极端天气的预报，也判断不出可能产生怎样的严重后果；已有的预警制度警报信号设置不全面，分级指标不明确，缺乏严密的警报传递系统，影响了警报的警示和告知功能。

随着我国防洪安全保障要求的不断提高，防汛预警系统还需要不断完善。不仅需要加强基础资料的积累与防汛预警的基础研究，逐步细化重点防洪区域、特别是城市型水灾害的预警模式，向分类、分区、分时、分级的方向努力。还要强化洪水预警信息发布与服务体系的建设，确保将可能发生危险的洪水预报预警信息准确及时地通告给决策部门和可能受威胁的群众。大力加强各级防办的业务能力建设。在水灾发生前告知公众何地、何时、何种程度可能受淹，是一件复杂的事情，但这也正是防汛决策参谋部门的职责，是今后需进一步改进的方向。

[1] Weather warnings guide[OL]

http://www.metoffice.gov.uk/weather/uk/guide/warnings.html

[2] The Environment Agency .Flood Warning Codes [OL][2010-03-05]www.environment-agency.gov.uk/homeandleisue/floods/31618.aspx

[3] One-Minute World News..More than 200 people rescued in floods in Cumbria town [OL][2009-11-20]

News.bbc.co.uk/2/hi/uk_news/8366360.stm

[4]www.pref.gifu.lg.jp/pref/s11117/fusuigai/hinan/d.pdf

[5]www.river.go.jp

[6]www.jma.go.jp/jma/kishou/know/kijun/index.html

[7] 引自http://www.sfric.cn

[8] 济南市人民政府网《济南市城市防汛应急预案》，发布时间：2008年6月19日