天津沿海海平面上升影響風險等級研究

李杰 譚曉璇 李響等

關(guān)鍵詞：天津;海平面;風險等級;海洋災(zāi)害

中圖分類號：P76;P731.23 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2022）01-0049-05

0引言

在全球氣候變化背景下，各種極端氣候現(xiàn)象在全球各地不斷出現(xiàn)。海平面上升是一種緩發(fā)性海洋災(zāi)害，隨著全球氣候變暖趨勢加劇，海平面上升的影響開始逐漸顯現(xiàn)，海平面上升嚴重威脅著沿海地區(qū)的社會穩(wěn)定和經(jīng)濟發(fā)展。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IntergovernmentalPanelonClimateChange，IPCC）第五次評估報告[1]指出，1901—2010年全球平均海平面上升了19cm。中國沿海海平面上升速率高于全球水平，1980—2019年40年間，中國沿海海平面上升速率達3.4mm/a[2]。天津沿海海平面上升速率更是高于全國平均水平。天津地區(qū)的地面沉降是該區(qū)影響相對海平面上升諸多因子中貢獻率最大的因子[3]。

海平面持續(xù)上升將加劇風暴潮、海岸侵蝕和海水入侵等海洋災(zāi)害[4]，使得低洼地帶被淹沒，沿海防護工程功能降低等，沿海地區(qū)的生產(chǎn)生活都可能面臨海平面上升的風險。隨著天津濱海新區(qū)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人口密集度不斷增大，海平面上升影響的危險性越來越大，濱海新區(qū)脆弱性增強，評估未來海平面上升對海岸帶的風險，具有理論與實際意義[5]。已有對京津冀地區(qū)的評估，發(fā)現(xiàn)天津沿海地區(qū)是海平面上升重度風險區(qū)域[6]。

然而，天津濱海新區(qū)沿海分布著各大海洋功能區(qū)，其自然特征與社會經(jīng)濟發(fā)展水平區(qū)域差異明顯，海平面上升對各地區(qū)自然環(huán)境和社會經(jīng)濟的影響風險表現(xiàn)出地區(qū)差異。因此，對天津濱海新區(qū)進行海平面上升影響風險評估，將有利于科學應(yīng)對海平面上升影響的風險，以實現(xiàn)濱海新區(qū)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展[7]。

1方法

本研究所用的研究方法參考了《海平面上升影響脆弱區(qū)評估技術(shù)指南》（簡稱《指南》）[8]?！吨改稀坊诤Ｆ矫嫔仙L險形成的機制、致災(zāi)過程及原理，對各評估單元分別從危險性、暴露性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力4個方面進行海平面上升影響風險評估。危險性指海洋災(zāi)害發(fā)生危險程度，本部分用了海平面上升幅度、地面沉降速率、地面高程、岸線長度以及最高高潮位5個指標。暴露性表現(xiàn)為人口、經(jīng)濟暴露性，指災(zāi)害可能威脅到的所有人和社會財產(chǎn)等，本部分所用指標為評估單元的居民總數(shù)、GDP。脆弱性是指評估單元由于潛在危險因素可能造成損失的程度，即人口、經(jīng)濟脆弱性，本部分用人口密度、單位面積GDP作為指標。防災(zāi)減災(zāi)能力主要由人力資源和減災(zāi)投入決定，指受災(zāi)區(qū)海洋災(zāi)害防御和從災(zāi)害中恢復(fù)的能力，本部分采用指標為海洋監(jiān)測站點數(shù)和堤防防護標準。

在風險評估中各項指標的影響程度不同，需對各指標分配合理的權(quán)重系數(shù)，以使評估更加合理可靠。本研究中各項指標權(quán)重系數(shù)的選取參考了《指南》，并結(jié)合了李響等[6，9]關(guān)于中國近海和津冀沿海地區(qū)海平面上升風險區(qū)劃的分析研究，具體分配如圖1所示。

2海平面上升影響風險評估等級劃分

根據(jù)天津市海洋功能區(qū)劃，在保證地理單元相對完整的前提下，將濱海新區(qū)沿海功能區(qū)自北向南劃分為7個評估單元，即：濱海新區(qū)北部的北疆電廠（A1）、中心漁港（A2）、臨海新城（A3）;濱海新區(qū)中部的東疆保稅港區(qū)（A4）、天津港北疆南疆港區(qū)（A5）;濱海新區(qū)南部的臨港經(jīng)濟區(qū)（A6）和南港工業(yè)區(qū)（A7）。根據(jù)天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站實測潮位數(shù)據(jù)、海平面變化影響實地調(diào)查結(jié)果[10]、天津市濱海新區(qū)統(tǒng)計年鑒[11]以及天津地區(qū)相對海平面變化研究進展[12]，獲取天津地區(qū)各評估單元海平面上升風險評估指標的數(shù)值，采用分級賦值法對風險評估指標進行量化如表1所示，獲取的各評估單元指標量化等級劃分如表2所示。

2.1危險性評估

根據(jù)《指南》，危險性指數(shù)計算模型為：

式中：H為危險性指數(shù);H為危險性評估的第i 個指標;a為相應(yīng)指標的權(quán)重系數(shù);n為指標總個數(shù)。危險性指數(shù)主要包括海平面上升幅度、地面沉降速率、地面高程、岸線長度以及最高高潮位。

從評估結(jié)果看（表3），南部的臨港經(jīng)濟區(qū)和南港工業(yè)區(qū)海平面上升危險性最大。主要由于這些地區(qū)屬于圍填海區(qū)域，目前地勢雖高但是沉降顯著;臨港經(jīng)濟區(qū)和南港工業(yè)區(qū)三面環(huán)海且岸線長，受地形影響，風暴潮高潮位相比其他區(qū)域較高，易受到海平面上升的直接影響;長時間受海平面上升的影響，海岸侵蝕可能會導致岸灘下蝕，潛在危險較大。中部的天津港北疆南疆港區(qū)（以下簡稱“天津港”）為人工深水港，北疆港區(qū)和南疆港區(qū)主要承接傳統(tǒng)大宗海運，分布著各類泊位，綜合評估該區(qū)域危險性最低。

2.2 暴露性評估

根據(jù)《指南》，暴露性指數(shù)計算模型：

式中：E 為暴露性指數(shù);E為暴露性評估的第i個指標;b為相應(yīng)指標的權(quán)重系數(shù);n為指標總個數(shù)。暴露性指標包括居民總數(shù)和GDP。

從評估結(jié)果看（表3），天津港區(qū)域暴露性指標數(shù)值最大，主要是天津港北疆南疆港區(qū)是濱海新區(qū)發(fā)展早且較成熟的區(qū)域，人員分布密集，地區(qū)生產(chǎn)總值高，綜合考慮其暴露性指數(shù)最大;其次為臨港經(jīng)濟區(qū)，南港工業(yè)區(qū)，該區(qū)域的地區(qū)生產(chǎn)總值較高，南港工業(yè)區(qū)主要為石化產(chǎn)業(yè)基地，液體化工碼頭和LNG碼頭已投入使用，其暴露性指數(shù)較大;北疆電廠和中心漁港據(jù)統(tǒng)計來看，人員分布稀疏，GDP相對較低，該區(qū)域暴露性程度最低。

2.3脆弱性評估

脆弱性指數(shù)計算模型：

式中：V 為脆弱性指數(shù);V為脆弱性評估的第i 個指標;c為相應(yīng)指標的權(quán)重系數(shù);n 為指標總個數(shù)。脆弱性指標包括人口密度和單位面積GDP。

從評估結(jié)果看（表3），天津港區(qū)域人口密度高，單位面積的GDP位于各功能區(qū)前列，因此其脆弱性最高。臨港經(jīng)濟區(qū)人口密度小，但該區(qū)域單位面積GDP較高，導致臨港經(jīng)濟區(qū)的脆弱程度相對較高。北疆電廠為重要承災(zāi)體，該區(qū)域人口密度低，附近大神堂村常住人口稀少;中心漁港區(qū)域人口密度和單位面積GDP均較低，因此中心漁港的脆弱性程度最低。

2.4防災(zāi)減災(zāi)能力評估

防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)計算模型：

式中：R 為防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù);R為防災(zāi)減災(zāi)能力評估的第i個指標;d為相應(yīng)指標的權(quán)重系數(shù);n為指標總個數(shù)。防災(zāi)減災(zāi)能力指標包括海洋監(jiān)測站點數(shù)和堤防防護標準。

從評估結(jié)果看（表3），北疆電廠防災(zāi)減災(zāi)能力最強，北疆電廠圍堤設(shè)計標準較高，為50年一遇潮位加7級風，且其附近建設(shè)有北疆電廠自動觀測站，密切關(guān)注海洋災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展。東疆保稅港區(qū)圍堤設(shè)計標準較低，為20～50年一遇加7級風，且東疆保稅港區(qū)三面環(huán)海，因此防災(zāi)減災(zāi)能力較弱;天津港區(qū)域設(shè)有海洋環(huán)境監(jiān)測站，但是該區(qū)域部分高程偏低，其中天津港客運公司碼頭高程最低僅490cm（塘沽驗潮基準面），時常有上水現(xiàn)象，防災(zāi)減災(zāi)能力最弱。

3天津市海平面上升風險評估模型

根據(jù)《指南》，天津海平面上升風險評估模型為：

式中：SLRI為海平面上升的風險指數(shù);H、E、V 、R分別為危險性、暴露性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)的權(quán)重系數(shù)。根據(jù)海平面上升的風險指數(shù)將海平面上升風險等級劃分為4級，具體見表4。

根據(jù)天津海平面上升風險評估模型，將天津沿海各評估單元的危險性指數(shù)、暴露性指數(shù)、脆弱性指數(shù)和防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)代入到天津海平面上升的風險指數(shù)計算模型中，評估海平面上升對天津沿海各海洋功能區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生的風險，計算所得天津沿海海平面上升風險指數(shù)及風險等級見表5。根據(jù)各評估單元海平面上升風險指數(shù)可見，濱海新區(qū)南部的臨港經(jīng)濟區(qū)和南港工業(yè)區(qū)海平面上升風險指數(shù)最高，風險等級為I級，主要是因為臨港經(jīng)濟區(qū)和南港工業(yè)區(qū)危險性最大，圍填海區(qū)域地面沉降嚴重，且海岸線長，南港工業(yè)區(qū)內(nèi)石化項目較多，潛在風險較大，防護對象社會敏感程度高。濱海新區(qū)中部的天津港區(qū)域海平面上升風險指數(shù)其次，風險等級為II級，主要原因是天津港保稅區(qū)客運碼頭位置高程最低，人口密度和單位面積GDP較高，脆弱性最高。濱海新區(qū)中部的臨海新城、東疆保稅港區(qū)海平面上升風險指數(shù)較低，風險等級為III級，目前來看這些地區(qū)危險性相對較低，防護能力較好，防災(zāi)減災(zāi)能力較強。濱海新區(qū)北部的北疆電廠、中心漁港海平面上升風險指數(shù)最低，風險等級為IV 級，這些區(qū)域單位面積GDP相對較低，人口密度低，暴露性和脆弱性較低，防災(zāi)減災(zāi)防護能力較強。

4討論和結(jié)論

濱海新區(qū)北部功能區(qū)海平面上升風險指數(shù)最低，該區(qū)域存在分散的灘涂養(yǎng)殖區(qū)和濱海旅游區(qū)，總體暴露性和脆弱性較低，經(jīng)評價濱海新區(qū)北部功能區(qū)為低等風險區(qū)。濱海新區(qū)中部海洋功能區(qū)人口密集度和經(jīng)濟總量均較高，該區(qū)域存在中等風險區(qū)和較高風險區(qū)。濱海新區(qū)南部功能區(qū)海平面上升風險指數(shù)最高，存在大型工礦倉儲，社會敏感程度高，且圍填海地區(qū)地面沉降顯著，經(jīng)評價濱海新區(qū)南部功能區(qū)為高風險區(qū)。

海平面上升是一種緩發(fā)性的自然災(zāi)害，長時間的積累效應(yīng)會對高程較低的沿海產(chǎn)生嚴重影響。海平面上升影響風險評估的主要目的是反映評價海平面上升影響下沿海各區(qū)域總體風險水平和等級，以此優(yōu)化土地利用布局，預(yù)防由于海平面上升可能引起的風險，減少可能造成的損失。對于天津濱海新區(qū)北部低風險區(qū)域適宜布局抗災(zāi)能力弱的養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)和脆弱性較高的土地利用方式。在天津濱海新區(qū)中部的中等風險區(qū)域，也是布局密集、發(fā)展成熟的區(qū)域，本區(qū)域長期來看應(yīng)加寬加高堤壩，以防御海平面上升風險。在天津濱海新區(qū)南部高風險區(qū)域，存在大量規(guī)劃中的工業(yè)設(shè)施，土地的利用率稍低，該區(qū)域可以通過大范圍的抬高地基并加高加寬堤壩來防御風險。但是，已有的眾多工業(yè)設(shè)施不能因災(zāi)害風險大小隨意改變，因此在現(xiàn)有土地利用的基礎(chǔ)上，加強海平面影響狀況的監(jiān)測，提高沿海的堤防防護能力，以減少可能的損失。