基于GIS的天津?yàn)I海新區(qū)海平面上升直接影響評(píng)估

付世杰，林峰竹，劉金，張建立，李響，高志剛

（國(guó)家海洋信息中心，天津 300171）

基于GIS的天津?yàn)I海新區(qū)海平面上升直接影響評(píng)估

付世杰，林峰竹，劉金，張建立，李響，高志剛

（國(guó)家海洋信息中心，天津 300171）

在全球氣候變暖、海平面上升的背景下，本文研究了基于 GIS的海平面上升對(duì)沿海地區(qū)的直接影響評(píng)估方法，并針對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)展開(kāi)評(píng)估?；?GIS技術(shù)和評(píng)估區(qū)基礎(chǔ)地理信息，計(jì)算海平面上升后的土地影響范圍，對(duì)如何依據(jù)土地影響范圍評(píng)估海平面上升對(duì)人口、經(jīng)濟(jì)、交通和水域等方面的影響進(jìn)行了探討，并給出了天津?yàn)I海新區(qū)的土地、經(jīng)濟(jì)和人口等指標(biāo)的影響評(píng)估結(jié)果。

海平面上升; 評(píng)估; 濱海新區(qū); GIS

全球氣候變暖導(dǎo)致海水膨脹、冰川和極冰融化，引起海平面上升，沿海地區(qū)不斷活躍的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)使得沿海地區(qū)的地面沉降速度加快，進(jìn)一步加劇海平面的上升速度[1]。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）第4次評(píng)估報(bào)告指出，到21世紀(jì)末，海平面將上升18～59 cm，這將對(duì)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類(lèi)生存形成嚴(yán)重威脅。

如果對(duì)海平面上升不予以高度重視，必然會(huì)淹沒(méi)濱海土地，人口受災(zāi)，經(jīng)濟(jì)受損，破壞生態(tài)環(huán)境，海平面上升已經(jīng)嚴(yán)重威脅沿海經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[2-8]。

海平面上升直接影響評(píng)估，就是以現(xiàn)有堤防設(shè)施和土地功能區(qū)劃為基礎(chǔ)，根據(jù)海平面上升的預(yù)測(cè)高度和海區(qū)潮位特征值，基于數(shù)字地面高程數(shù)據(jù)和GIS技術(shù)，計(jì)算在不同背景條件下因海平面上升而可能造成的直接損失[9-11]。

為了保證海平面上升直接影響評(píng)估的合理性和科學(xué)性，在確定評(píng)估區(qū)范圍時(shí)以行政區(qū)為單位，其優(yōu)點(diǎn)在于適應(yīng)當(dāng)前中國(guó)的社會(huì)管理特點(diǎn)，許多環(huán)境數(shù)據(jù)，特別是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源，便于進(jìn)行信息采集、統(tǒng)計(jì)和分析評(píng)估[12]。

本次評(píng)估中，基于GIS技術(shù)開(kāi)展天津?yàn)I海新區(qū)海平面上升影響評(píng)估，區(qū)劃土地影響面積，計(jì)算社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響程度。對(duì)于土地淹沒(méi)面積的計(jì)算，選取2030年為未來(lái)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，根據(jù)土地淹沒(méi)范圍，評(píng)估了對(duì)人口和經(jīng)濟(jì)的影響，同時(shí)對(duì)與生產(chǎn)生活密切相關(guān)的交通、水域做了簡(jiǎn)單評(píng)估。

1 直接影響評(píng)估方法

1.1 土地影響評(píng)估

海平面上升后，直接影響的就是土地，濱海低洼土地將被淹沒(méi)，進(jìn)而影響生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，在評(píng)估海平面上升影響時(shí)，應(yīng)首先對(duì)土地的影響范圍進(jìn)行評(píng)估。盡管沿海地區(qū)基本都修建了不同標(biāo)準(zhǔn)的堤防設(shè)施，但考慮到堤防設(shè)施不是永固不變的，如果不加管理與維護(hù)，在遇到地震、海嘯等自然災(zāi)害時(shí)，就可能形同虛設(shè)，因此，在進(jìn)行土地直接影響評(píng)估時(shí)，分為考慮現(xiàn)有堤防設(shè)施和不考慮現(xiàn)有堤防設(shè)施兩種情況。

根據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)海平面的上升高度，疊加評(píng)估區(qū)的極值高潮位后，基于GIS技術(shù)，考慮不同防護(hù)設(shè)施背景條件，建立土地淹沒(méi)模型，根據(jù)評(píng)估區(qū)地面高程（DEM），分別區(qū)劃評(píng)估區(qū)的可能淹沒(méi)范圍，并計(jì)算淹沒(méi)土地面積值。

由于不同土地功能區(qū)受到影響的范圍不同，造成的人口影響和經(jīng)濟(jì)影響也不相同，因此，在進(jìn)行土地影響評(píng)估的同時(shí)，也應(yīng)將土地功能區(qū)劃和基礎(chǔ)地理信息相結(jié)合，為進(jìn)一步開(kāi)展其它直接影響評(píng)估奠定基礎(chǔ)。

1.2 人口影響

結(jié)合不同背景條件下的海平面上升的土地影響范圍和居民地（包括居民小區(qū)、村莊等）分布情況，得出海平面上升可能影響的居民地?cái)?shù)量，通過(guò)各個(gè)居民地的人口數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，計(jì)算得出受影響的人口總數(shù)。由于對(duì)土地影響范圍的評(píng)估是按照未來(lái)某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)的海平面上升預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行的，而人口的數(shù)量則是動(dòng)態(tài)變化的，但考慮到土地功能區(qū)劃的相對(duì)穩(wěn)定性和各個(gè)居民地人口變化的均衡性，海平面上升的人口影響以百分比來(lái)表示較為合理，也就是海平面上升對(duì)人口的影響數(shù)量占評(píng)估區(qū)總?cè)丝诘谋壤?/p>

1.3 經(jīng)濟(jì)影響

海平面上升對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響主要是對(duì)評(píng)估區(qū)的GDP影響，以及工業(yè)總產(chǎn)值和農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的影響。在現(xiàn)有條件下，經(jīng)濟(jì)影響難以通過(guò)影響區(qū)域內(nèi)的個(gè)體累加來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以充分利用行政區(qū)已有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按土地影響面積計(jì)算出評(píng)估區(qū)所屬各行政單元的經(jīng)濟(jì)影響量值，再根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)分布重要程度，采用合理的加權(quán)平均方法計(jì)算評(píng)估區(qū)的 GDP影響總量，以及工業(yè)總產(chǎn)值和農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的損失程度。

與人口影響相似，評(píng)估區(qū)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模也將隨著時(shí)間節(jié)點(diǎn)的變化而發(fā)生改變，而隨著城鄉(xiāng)規(guī)劃的不斷完善和實(shí)施，評(píng)估區(qū)的土地功能區(qū)劃和產(chǎn)業(yè)布局也趨于完整，土地利用更加均衡和合理，因此，在評(píng)估海平面上升對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響時(shí)，將影響量值占經(jīng)濟(jì)總量的百分比作為經(jīng)濟(jì)影響的程度。

1.4 交通影響

評(píng)估區(qū)基礎(chǔ)地理信息包含有準(zhǔn)確的交通設(shè)施分布和線路內(nèi)容，交通設(shè)施主要由鐵路、公路和橋梁組成。海平面上升對(duì)交通的影響評(píng)估相對(duì)簡(jiǎn)單，影響的結(jié)果可能是毀壞交通設(shè)施，也可能需要改變交通的構(gòu)成方式，通過(guò)計(jì)算影響區(qū)域內(nèi)的鐵路和公路長(zhǎng)度，以及橋梁座數(shù)，并計(jì)算出占比數(shù)，就基本反映出了海平面上升對(duì)交通的影響程度。

1.5 水資源影響

海平面上升不但會(huì)淹沒(méi)各類(lèi)土地，影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還會(huì)影響人類(lèi)賴(lài)以生存的重要資源—淡水資源。因海平面上升而被淹沒(méi)的江河湖泊將難以繼續(xù)在生產(chǎn)、生活中發(fā)揮作用，而且這種影響還有其輻射效果－海水入侵，因此，對(duì)水資源的影響也是海平面上升影響的重要內(nèi)容之一。根據(jù)評(píng)估區(qū)的水域分布和組成特點(diǎn)，計(jì)算因海平面上升而可能影響的水域面積，并得出占水資源總量的百分比。

由于淡水資源的難以遷移性和再生性，水資源面積將會(huì)呈現(xiàn)逐漸減少趨勢(shì)，因此，對(duì)現(xiàn)有水資源的影響比例，相對(duì)于未來(lái)某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)水資源的影響比例值將是相對(duì)保守的影響比例。

2 天津?yàn)I海新區(qū)影響評(píng)估

依據(jù)中國(guó)海平面公報(bào)和海平面業(yè)務(wù)化工作成果，2030年的海平面上升預(yù)測(cè)結(jié)果的高、中、低值分別為40 cm、30 cm和18 cm，而極值潮位則選取天津海域的歷史最高潮位值 329 cm。根據(jù) 1:5000的天津?yàn)I海新區(qū)基礎(chǔ)地理信息，結(jié)合《天津統(tǒng)計(jì)年鑒 2006》[13]，基于 GIS技術(shù)，疊加歷史最高潮位和海平面上升值，分別區(qū)劃并計(jì)算不同背景條件下的海平面上升影響范圍，并按照海平面上升直接影響評(píng)估方法進(jìn)行計(jì)算，得出天津?yàn)I海新區(qū)的海平面上升影響評(píng)估結(jié)果。

在本次評(píng)估中，主要評(píng)估海平面上升對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)的土地影響范圍，進(jìn)而評(píng)估對(duì)人口和經(jīng)濟(jì)（GDP）的影響。

（1）對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)土地的影響

在考慮現(xiàn)有堤防和不考慮現(xiàn)有堤防兩種情況下，海平面上升對(duì)土地的影響分別見(jiàn)表1和表2，土地面積單位為平方公里。

（2）對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)人口的影響

在考慮現(xiàn)有堤防和不考慮現(xiàn)有堤防情況下，海平面上升對(duì)人口的影響分別見(jiàn)表3和表4，人口單位為萬(wàn)人。

（3）對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)經(jīng)濟(jì)的影響

在考慮現(xiàn)有堤防和不考慮現(xiàn)有堤防情況下，海平面上升對(duì)GDP的可能影響分別見(jiàn)表5和表6，表中單位為億元。

表 1 考慮堤防設(shè)施情況下影響土地面積表Tab. 1 Area of the influenced land, taking account of the dike

表 2 不考慮堤防設(shè)施情況下影響土地面積表Tab. 2 Area of the influenced land, taking no account of the dike

表 3 考慮現(xiàn)有堤防情況下影響居民地個(gè)數(shù)及人口表Tab. 3 Number of the influenced residential area and population, taking account of the dike

表 4 不考慮現(xiàn)有堤防情況下影響居民地個(gè)數(shù)及人口表Tab. 4 Number of the influenced residential area and population, taking no account of the dike

表 5 考慮現(xiàn)有堤防情況下GDP影響表Tab. 5 Quantity of the influenced GDP, taking account of the dike

表 6 不考慮現(xiàn)有堤防情況下GDP影響表Tab. 6 Quantity of the influenced GDP, taking no account of the dike

3 結(jié) 論

海平面上升影響的直接影響評(píng)估方法就是對(duì)海平面上升的可能損失進(jìn)行定量評(píng)估。隨著沿海地區(qū)基礎(chǔ)地理信息的不斷完善，GIS技術(shù)的進(jìn)步，以及沿海地區(qū)統(tǒng)計(jì)成果的不斷豐富，都為海平面的土地淹沒(méi)范圍計(jì)算奠定了基礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人口、經(jīng)濟(jì)和交通等評(píng)估指標(biāo)的定量評(píng)估。海平面上升影響的直接影響評(píng)估改變了海平面影響以定性評(píng)價(jià)為主的缺憾，使得海平面影響評(píng)估更準(zhǔn)確、全面和科學(xué)。

從對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)的人口和經(jīng)濟(jì)（GDP）的直接影響評(píng)估結(jié)果可以看出，在有無(wú)堤防的背景條件下，海平面上升對(duì)土地、人口和經(jīng)濟(jì)的影響差別很大，現(xiàn)有堤防對(duì)風(fēng)暴潮的防御能力相對(duì)較高，但在海平面上升后，其防御能力相對(duì)下降，在遭遇歷史最高潮位值時(shí)，對(duì)土地和 GDP的影響范圍介于10%～20%之間，而對(duì)人口的影響則介于5%～10%之間。因此，為了有效應(yīng)對(duì)海平面上升影響，天津?yàn)I海新區(qū)沿岸應(yīng)提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，以保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[14]。

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Direct impact assessment of sea level rise of Tianjin Binhai new area based on GIS

FU Shi-jie, LIN Feng-zhu, LIU Jin, ZHANG Jian-li, LI Xiang, GAO Zhi-gang

(National Marine Data and Information Service, Tianjin 300171, China)

In the situation of global warming and sea level rise, the method of the direct impact assessment of sea level rise of the coastal areas based on GIS (Geographic Information System) is researched, and Tianjin Binhai new area is chosen as the object for the assessment research in this paper. On the basis of GIS and foundational geographic information, the range of the influenced land area can be calculated, and then according to this result, the way to assess the impacts on the population, economy, traffic and water area is discussed, and in this paper, we introduce the assessment results of the impacts on the land, economy and population of Tianjin Binhai new area.

sea level rise; assessment; Tianjin Binhai new zera; GIS

P731.23

A

1001-6932(2011)04-0397-04

2010-08-07；

2011-04-13

付世杰（1964—），男，高級(jí)工程師，主要從事海平面影響評(píng)價(jià)研究。電子郵箱：fsj@mail.nmdis.gov.cn。