未來中國濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失風險

蔡榕碩，許煒宏，2

（1. 自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005；2. 中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司，福建 福州 350003）

近幾十年來，在全球氣候變暖背景下，中國沿海地區(qū)海平面持續(xù)上升，強臺風增加，海平面上升疊加臺風-風暴潮引起的海岸洪水災害增強趨頻，沿海地區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展面臨日益嚴重的影響［1］。聯(lián)合國防災減災署［2］發(fā)布的《回顧過去20 年災害對人類的影響（2000—2019）》（Human cost of disasters：An overview of the last 20 years 2000-2019）報告指出，近20年中，洪澇災害發(fā)生次數(shù)從之前20年1 389次增加到3 254次，影響了全球16億人，居各類災害之首。中國年均發(fā)生20次洪災，受災人口約占全球的55%，可見洪水災害是影響中國最為嚴重的自然災害之一［3］。其中，沿海極值水位引發(fā)的海岸洪水災害因其造成的破壞之大，帶來的損失之巨，近年來得到許多關(guān)注和重視。1975—2016年，全球80.2%因洪水死亡的人口出現(xiàn)在距海岸線100 km 的地區(qū)內(nèi)［3］。據(jù)統(tǒng)計，1949—2009 年，中國沿海省份共發(fā)生了220余次較為嚴重的臺風和風暴潮災害［4］。其中，海平面上升、臺風和風暴潮疊加產(chǎn)生的海岸洪水經(jīng)常造成沿岸地區(qū)嚴重的洪澇災害。

在全球氣候變化背景下，海平面上升疊加臺風-風暴潮造成的海岸洪水災害具有高度的不確定性和復雜性，并使得沿海地區(qū)自然與社會環(huán)境產(chǎn)生一系列的連鎖反應，沿海地區(qū)尤其是濱海城市海岸地區(qū)的開發(fā)利用又加劇了海岸洪水等致災事件的危害性，造成的經(jīng)濟損失也在持續(xù)增加［1-5］。Hallegatte 等［6］的研究表明，濱海城市因海岸洪水災害造成的經(jīng)濟損失和經(jīng)濟損失占生產(chǎn)總值的比例大小排名，到2050 年，在全球最脆弱的前20 個城市中，有5個是中國的濱海城市：廣州市、湛江市、深圳市、天津市和廈門市。隨著全球氣候變化的加劇與濱海城市經(jīng)濟活動的增加，預計濱海城市未來將面臨更嚴峻的海岸洪水災害風險［7-9］。其中，政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第二工作組（WGII）發(fā)布的第六次評估報告（AR6）指出，相對于工業(yè)化前（1850—1900 年），近期（2021—2040 年）全球升溫幅度將達到1.5 ℃，低洼沿海地區(qū)的氣候風險將加?。?］。鑒于氣候變化背景下中國濱海城市海岸洪水危害性的變化，對于海岸洪水災害造成的社會經(jīng)濟損失風險的研究也愈顯重要。

1 濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失風險定義與評估方法概述

海岸洪水是指沿岸地區(qū)的水量劇增或水位急漲，并超過該地區(qū)容水場所承載能力的水文現(xiàn)象。目前海岸洪水（Coastal Flood）的類型界定，主要分為廣義和狹義兩種［10-12］。廣義上的海岸洪水，是根據(jù)發(fā)生地屬性界定的，指的是發(fā)生在沿海地區(qū)的洪水事件，包括但不僅限于海平面上升、天文大潮和風暴潮引起的洪水，還包括有河流徑流、極端降水和排澇不暢等綜合作用導致的沿海城市內(nèi)澇（Waterlogging）、河道型洪水（Riverine Flood）等。而狹義的海岸洪水，主要關(guān)注緩發(fā)性的海平面上升和突發(fā)性的臺風-風暴潮增水疊加上天文大潮等引起的極值水位事件及其導致的洪水暴發(fā)。這類洪水發(fā)生時常伴隨沿岸海水異常的漲幅。在IPCC 發(fā)布的系列氣候變化評估報告中，采用了狹義的海岸洪水定義［7，11-12］，主要基于當前（1986—2005年）極值水位的重現(xiàn)期疊加海平面上升的結(jié)果，分析海岸洪水發(fā)生的頻率和強度［7，10-12］。目前大多數(shù)研究提及海岸洪水時，也是指狹義的海岸洪水，其最主要特征是水源主要來自海洋。它是由于海洋系統(tǒng)的不穩(wěn)定，如熱帶氣旋-風暴潮等發(fā)生時，引起的洪水［13-14］。該研究采用狹義海岸洪水的定義開展相關(guān)的災害風險分析。

根據(jù)IPCC WGII 評估報告的氣候變化綜合風險理論［7，9］，濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失風險取決于致災因子（海岸洪水）的危險（害）性與承災體（社會經(jīng)濟系統(tǒng)，以下簡稱社會經(jīng)濟）的暴露度和脆弱性的相互作用，即海岸洪水對社會經(jīng)濟系統(tǒng)可能造成的不利影響和后果［14-15］。其中：暴露度是指特定致災事件（海岸洪水）發(fā)生時其不利影響的范圍和社會經(jīng)濟在空間上的交集。脆弱性是指社會經(jīng)濟易受不利影響的傾向或習性，包括對海岸洪水危害的敏感性或易感性以及適應的能力，即社會經(jīng)濟受到自然致災事件沖擊時的易損程度，由一系列影響社會經(jīng)濟對自然致災因子沖擊敏感的自然、社會、經(jīng)濟與環(huán)境因素及相互作用過程所決定。

在海岸洪水災害的影響評估中，有關(guān)海岸洪水淹沒的影響研究主要有3 種方法：一是基于GIS 技術(shù)的高程-面積法［16-18］，二是基于水動力演化的數(shù)值模型［19］，三是基于自然環(huán)境和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)的指數(shù)法［20］。在全球尺度或國家層面上，開展氣候變化下海岸洪水災害對沿海地區(qū)的影響評估更多采用基于GIS 技術(shù)的高程-面積評估方法，這種方法難以估算海岸持續(xù)洪水的影響，受災范圍估算偏大，易高估風險；而數(shù)值模型法有較高的時空模擬精度，但對承災體基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要求很高，包括高分辨率的地形高程和災情基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等；指數(shù)法對資料精度要求較低，可較直觀地判斷災害風險，但評估結(jié)果分辨率較低，風險范圍準確度也相對較低。這些方法涵蓋了多學科知識，在一定程度上考慮了自然環(huán)境和社會經(jīng)濟環(huán)境的動態(tài)反饋，可為決策者和利益相關(guān)者提供有效的信息。中國海岸洪水災害影響的分析多關(guān)注當前的自然與社會狀態(tài)，有關(guān)未來海平面上升疊加臺風-風暴潮引起的海岸洪水對中國濱海城市社會經(jīng)濟系統(tǒng)造成的損失風險研究仍較少。例如，到21 世紀中葉乃至21 世紀末，中國濱海城市社會經(jīng)濟系統(tǒng)將可能面臨什么樣的海岸洪水災害風險？需要采取何種應對措施？這些問題的解決與中國濱海城市社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展緊密相關(guān)。為此，基于IPCC WGII評估報告的氣候變化綜合風險理論［7，9］，構(gòu)建中國濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失風險概念框架，見圖1，并形成如下評估方法：首先建立濱海城市社會經(jīng)濟損失風險評估指標體系及方法，其中，基于社會脆弱性指數(shù)法［20］，結(jié)合數(shù)值模型損失函數(shù)方法，建立量化的社會經(jīng)濟物理脆弱性曲線，構(gòu)造一種相對較簡便且無需復雜災情數(shù)據(jù)，又有較高精度范圍的社會經(jīng)濟損失算法；再評估海岸洪水超出濱海城市社會環(huán)境承載能力時，可能造成的社會經(jīng)濟損失風險，從而分析并提出濱海城市應對海岸洪水災害的對策措施。

圖1 中國濱海城市海岸洪水危害的社會經(jīng)濟損失風險概念框架

2 數(shù)據(jù)方法

2.1 研究對象概況

在中國擁有海岸線的濱海城市（包括直轄市和地級市，因數(shù)據(jù)獲得性，該研究未含港澳臺地區(qū)）中，選擇9 個濱海城市作為研究對象，選擇依據(jù)：一是區(qū)域以上中心城市，且有一定的經(jīng)濟和人口規(guī)模，如常住人口在500 萬人以上，并從北到南大致均勻分布于我國除港澳臺以外的海岸帶地區(qū)；二是我國較為重要的港口航運城市，港口的貨物吞吐量位居全國前列。所選擇的濱海城市為：大連市、天津市、青島市、上海市、寧波市、廈門市、廣州市、湛江市和?？谑?。

2.2 數(shù)據(jù)資料

2.2.1 自然環(huán)境數(shù)據(jù)

采用以下自然環(huán)境數(shù)據(jù)。

（1）數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)。美國太空總署（NA?SA）和國防部國家測繪局（NIMA）聯(lián)合完成的航天飛機雷達地形測繪使命（SRTM）數(shù)字高程數(shù)據(jù)集，涵蓋（60°N—60°S）的陸地區(qū)域，公開數(shù)據(jù)的分辨率為90 m，來自網(wǎng)站https：//srtm.csi.cgiar.org/。

（2）未來海岸極值水位預估數(shù)據(jù)。表1是基于氣候模式數(shù)據(jù)、中國沿海驗潮站觀測資料/中國海平面公報/文獻數(shù)據(jù)，計算獲得的溫室氣體低、中等和很高排放（濃度）情景下（以典型濃度途徑RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5為代表，簡稱RCPs）未來（2030、2050 和2100 年）中國濱海城市海岸極值水位重現(xiàn)期等預估數(shù)據(jù)［21］。

表1 不同氣候情景下（RCPs）中國濱海城市百年一遇極值水位預估值（相對于1954—1999年） /cm

2.2.2 社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)

采用以下社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)資料。

（1）人口普查數(shù)據(jù)。國家統(tǒng)計局2011 年發(fā)布的第六次全國人口普查數(shù)據(jù)中分鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道的人口數(shù)量、性別比例、年齡結(jié)構(gòu)、就業(yè)比例和居民受教育程度等分類詳細數(shù)據(jù)，來自網(wǎng)站http：//www.stats.gov.cn/ztjc/zdtjgz/zgrkpc/dl?crkpc/。

（2）歷史社會經(jīng)濟（GDP）數(shù)據(jù)。來自國家統(tǒng)計局（https：//data. stats. gov. cn/easyquery. htm？cn=C01）發(fā)布的2010年度全國各地級市生產(chǎn)總值（GDP）。

（3）醫(yī)院分布及數(shù)量。截取自Arcgis Online China（http：//www. arcgisonline. cn/arcgis/home/item. html？id=2b77a5bd88f943a3b08bc22f81f65ee7）發(fā)布的2019 年全國范圍內(nèi)綜合醫(yī)院的興趣點（POI）數(shù)據(jù)。

（4）濱海城市堤壩資料。參照部分文獻中對當前中國部分沿海城市堤壩高度情況的調(diào)研統(tǒng)計結(jié)果［22-24］，以及中國水利部主編的《防洪規(guī)范》GB50201—94 中規(guī)定的城市防護區(qū)的防洪標準［25］。

（5）未來社會經(jīng)濟（GDP）模擬數(shù)據(jù)。采用三種共享社會經(jīng)濟路徑（SSP1，可持續(xù)路徑；SSP2，中間路徑；SSP5，化石燃料為主發(fā)展路徑，簡稱SSPs）2010—2100年中國沿海地區(qū)社會模擬數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)時間步長為10年，空間分辨率為0.5 km×0.5 km［26-27］。

2.3 研究方法

研究中的致災因子危害性以三種RCPs情景下海岸極值水位的強度和頻率來衡量，承災體以三種SSPs 下的人口和GDP為代表，這與ScenarioMIP的溫室氣體低、中等和很高排放新情景（SSP1-2.6，SSP2-4.5，SSP5-8.5，簡稱SSPx-y）可基本相對應［28-29］。據(jù)此，評估相當于三種SSPx-y情景下未來中國濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失風險（以下簡稱損失風險）。具體而言，當未來海岸洪水超出濱海城市社會環(huán)境承載能力時，可能造成的社會經(jīng)濟損失是該研究關(guān)注的災害風險?；诖?，結(jié)合前人的研究成果［10，30-35］，以及對自然環(huán)境和社會經(jīng)濟等指標因子的分析，選取并構(gòu)建了損失風險評價指標體系，見表2。

表2所示，致災因子為海平面上升、臺風-風暴潮等引起的海岸洪水；暴露度主要考慮易受海岸洪水影響且位于濱海城市低洼地區(qū)的社會經(jīng)濟因素；脆弱性主要考慮人口結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟條件、醫(yī)療水平、城鎮(zhèn)化水平和海堤防護標準等。前兩者構(gòu)成了脆弱性中的敏感性，后三者為其適應性，考慮濱海城市社會環(huán)境與經(jīng)濟的敏感性和適應性兩者的綜合［36-37］；影響與風險指在三種SSPx-y 情景下未來海岸洪水災害可能造成的濱海城市社會經(jīng)濟損失。

2.3.1 暴露度評估方法

（1）GIS 技術(shù)。利用ArcGIS 空間分析工具提取濱海城市的低洼地區(qū)，作為海岸洪水的最大可能淹沒范圍，并計算各個低洼地區(qū)與最近海岸線的距離。

（2）暴露度評估方法。鑒于沿海低洼地區(qū)的地勢特點和海岸洪水的致災特性［29］，在濱海城市低洼地空間分布的基礎(chǔ)上，利用低洼地與海岸線的距離作為空間權(quán)重進行空間分析，劃定出濱海城市海岸洪水災害的影響范圍，并利用單位空間內(nèi)人口數(shù)量和地區(qū)人均GDP 構(gòu)建濱海城市社會經(jīng)濟系統(tǒng)［6，14］，建立表征濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟暴露度評估方法［38］。

A，社會經(jīng)濟資產(chǎn)（元）；G，人均國內(nèi)生產(chǎn)總值（元）；P，人口數(shù)量（人）；E，社會經(jīng)濟暴露度；d，空間權(quán)重系數(shù)；H，海拔（m）。

2.3.2 脆弱性評估方法

脆弱性主要用于衡量承災體在一定致災事件下的損失程度，可由社會脆弱性和物理脆弱性來表達。除了采用社會脆弱性等級劃分人口、經(jīng)濟、教育和醫(yī)療等程度之外，還需應用物理脆弱性曲線定量衡量在致災因子不同致災強度下承災體的損失率變化。其中，致災因子不同強度和承災體損失率之間的定量關(guān)系是構(gòu)建脆弱性曲線的核心，也是評估承災體災害損失的關(guān)鍵。社會經(jīng)濟損失率主要指濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失占其社會經(jīng)濟總和的百分比。

根據(jù)上述脆弱性的定義及評估方法，首先利用人口和經(jīng)濟等方面的11 個指標，構(gòu)建社會脆弱性綜合指數(shù)（SoVI 指數(shù)）［31］，以此評估濱海城市社會脆弱性的空間分布特征，并依據(jù)不同的社會脆弱性水平，劃分5 種濱海城市社會脆弱性等級區(qū)域；其次，基于不同海岸洪水災害的危害性程度，如不同致災強度和頻率與這5種脆弱性等級區(qū)域社會經(jīng)濟損失率之間的定量關(guān)系，構(gòu)建濱海城市海岸洪水災害的不同社會脆弱性等級區(qū)域的物理脆弱性（損失函數(shù)）曲線，進而評估濱海城市的損失風險。

（1）濱海城市社會脆弱性評估方法。國內(nèi)外經(jīng)常采用社會脆弱性評價指標（SoVI 指數(shù)），開展濱海城市社會脆弱性等級空間分布特征的研究［31］?；跒I海城市的損失風險評估框架（圖1），結(jié)合前人有關(guān)城市社會脆弱性評估的研究成果和海岸洪水致災特征以及濱海城市的社會經(jīng)濟環(huán)境特征［10，30-35］，篩選出11 個社會脆弱性評價指標因子，見表2。利用主成分分析法，將11個因子進行降維，獲得4 個主成分，其方差貢獻率分別是38.2%、18.9%、15.7%、9.0%，合計方差貢獻率達到81.8%。根據(jù)主成分的主要驅(qū)動因子，按方差貢獻率由大到小依次為：人口因素、經(jīng)濟條件、醫(yī)療水平、城鎮(zhèn)化水平，利用加法模型［31］構(gòu)成社會脆弱性指數(shù)SoVI指數(shù)的主成分表達式，通過對SoVI指數(shù)的4個主成分的分析，評估濱海城市的社會脆弱性等級分布特征。指數(shù)的主成分表達式如下：

表2 中國濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失風險評價指標體系

其中：S，SoVI 指數(shù)；f1，第一主成分（人口因素）；f2，第二主成分（經(jīng)濟條件）；f3，第三主成分（醫(yī)療水平）；f4，第四主成分（城鎮(zhèn)化水平）。

（2）社會經(jīng)濟物理脆弱性（損失函數(shù)）曲線構(gòu)建方法。前人通過對社會經(jīng)濟承災體（如建筑物、農(nóng)作物和財產(chǎn)價值等）的損失占其經(jīng)濟總價值百分比的分析以及重置成本等方法，估算了致災因子不同致災強度下承災體的經(jīng)濟損失程度，形成致災因子-承災體的（物理）脆弱性曲線［39-42］，為致災因子不同致災強度下?lián)p失風險評估提供基礎(chǔ)。因此，為了構(gòu)建海岸洪水災害的社會經(jīng)濟物理脆弱性（損失函數(shù)）曲線，需要分析海岸洪水不同致災強度與濱海城市社會經(jīng)濟損失率的定量關(guān)系。然而，采用這種方法，雖可獲得更為精確的計算結(jié)果，但其計算過程及其對承災體類型等數(shù)據(jù)的要求，不但較高且相對復雜，因而不易實現(xiàn)。為了克服這些困難，簡化社會經(jīng)濟類型的復雜性，基于前人研究結(jié)果［43-44］和DIVA（Dynamic Interac?tive Vulnerability Assessment，DIVA）模型中的損失函數(shù)分析方法［14］，根據(jù)不同地區(qū)的社會脆弱性指數(shù)高低，引入5種社會脆弱性等級，表征不同的社會經(jīng)濟區(qū)域類型，并構(gòu)建對應的損失函數(shù)曲線，用來評估在海岸洪水不同致災強度下不同脆弱性區(qū)域的社會經(jīng)濟損失，見圖2。

在圖2 中，紅色線、橙色線、黃色線、淡綠色線和深綠色線分別表示社會脆弱性很高、高、中、低和很低區(qū)域的損失曲線。其中，橫軸表示影響濱海城市的海岸洪水深度x，縱軸表示5 種區(qū)域的社會經(jīng)濟資產(chǎn)的損失比例R。根據(jù)DIVA 模型中對海岸堤防防御海岸洪水能力的估算方法［13］，假設當前的堤防高度保持不變，未來隨著海平面的上升，海岸洪水災害產(chǎn)生的損失風險將隨之上升。研究表明［43］，濱海城市海岸洪水淹沒深度與社會經(jīng)濟資產(chǎn)損失比例有以下主要特征：一是不同類型的區(qū)域，其社會經(jīng)濟損失比例通常介于0～1之間；二是隨著洪水深度的增加，社會經(jīng)濟損失比例呈遞增趨勢；三是脆弱性越高的區(qū)域，社會經(jīng)濟損失比例越大。圖2 顯示：在濱海城市中社會脆弱性等級相同（如綠線）的區(qū)域，如果海岸洪水的致災強度越大，即洪水淹沒深度越深（如1～3 m），則社會經(jīng)濟的損失比例將越高（從25%升至45%）；而如果海岸洪水的致災強度相同，則社會脆弱性等級越高的區(qū)域（綠線升至紅線），社會經(jīng)濟損失比例也將越高。社會經(jīng)濟損失函數(shù)具體如下式所示。

圖2 中國濱海城市5種不同脆弱性等級區(qū)域的社會經(jīng)濟損失函數(shù)曲線

2.3.3 損失風險評估方法

（1）社會經(jīng)濟損失評估模型。為了使得評估結(jié)果更為直觀，并有較高的可視化程度，基于DIVA、CIAM（Coas?tal Impact and Adaptation Model，CIAM）等模型中的高程-面積法，簡化淹沒過程，即發(fā)生海岸洪水后，海水越堤后可充分淹沒受影響的低洼地并造成濱海城市的社會經(jīng)濟損失［14，39］。據(jù)此，通過濱海城市百年一遇極值水位、當前海岸堤防工程的防護標準和各地區(qū)的地面高程，計算各地區(qū)的淹沒水深，結(jié)合社會經(jīng)濟暴露度的分析結(jié)果，利用損失函數(shù)，預估濱海城市社會經(jīng)濟的可能損失。具體計算式如下所示。

其中：L，海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失（元）；XESL，極值水位（m）；Xdike，堤壩高度（m）；x，洪水淹沒深度（m）；S，SoVI 指數(shù)；V(x，S)，脆弱性（損失）函數(shù)；E，社會經(jīng)濟暴露度。

（2）評估指標等級劃分方法。通過比較標準化指標值的距平（樣本-均值）與標準差的關(guān)系，將暴露度、脆弱性和損失風險的等級劃分為五級，方法如下：①當樣本-均值>1.5 標準差時，劃分為很高等級；②當1.5 標準差≥樣本-均值>0.5 標準差時，劃分為高等級；③當0.5 標準差≥樣本-均值>-0.5 標準差時，劃分為中等級；④當-0.5標準差≥樣本-均值>-1.5 標準差時，劃分為低等級；⑤當樣本-均值≤-1.5標準差時，劃分為很低等級。

3 濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失風險評估

基于2.2 和2.3 節(jié)的數(shù)據(jù)和方法，首先評估了中國濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟暴露度、脆弱性，以及社會經(jīng)濟年平均損失占當年全市GDP 的比例，進而分析了不同SSPx-y情景下，到2030、2050和2100年，中國濱海城市的損失風險的變化及其空間分布。

3.1 社會經(jīng)濟損失預估

表3 為中國濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟年平均損失占當年全市GDP 的比例，相當于濱海城市每年社會經(jīng)濟中需要用來應對海岸洪水災害損失的份額［6］。

表3 顯 示了不同SSPx-y 情景下，到2030、2050 和2100 年，中國濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟年平均損失占當年全市GDP 的比重（簡稱損失比）。其中：在SSP1-2.6 情景下，到2030 年，青島市、廈門市、湛江市、?？谑泻蛯幉ㄊ杏袚p失風險，損失比約為2.1%～3.0%；到2050、2100年，廣州市、上海市、天津市和青島市的損失比將高于其他城市，為12.2%～21.4%。在SSP2-4.5 情景下，到2030年，與SSP1-2.6情景相似，青島市、廈門市、湛江市、?？谑泻蛯幉ㄊ械膿p失比相近，約為2.1%～3.1%；到2050、2100年，廣州市、上海市、天津市和青島市的損失比高于其他城市，約為13.0%～25.0%，廣州市、上海市的損失比分別在2050、2100 年處于最高。在SSP5-8.5情景下，到2030 年，青島市、廈門市、湛江市、?？谑泻蛯幉ㄊ械膿p失比基本不變，約為2.1%～3.3%；到2050、2100 年，上海市、廣州市、天津市和青島市的損失比約為13.4%～30.6%；與SSP2-4.5 情景類似，在2050、2100 年，廣州市、上海市的損失比分別為最高。

綜上所述，在三種SSPx-y 情景下，到2030 年，中國濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失較小，損失比約為0.7%～3.0%。到2050年，損失比變化約為0.4%～21.0%，損失風險城市增多，且損失比大于12%的城市達4 個，其中，在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，廣州市的損失風險最高，上海市次之，天津第三。到2100 年，隨著損失比擴大至4.3%～30.6%，上海市損失風險升為最高，廣州市次之，天津再次。簡言之，在溫室氣體中等、很高排放新氣候情景下，到2050 年，廣州市的損失風險最高，上海市次之，天津市第三；到2100年，上海市的損失風險變?yōu)樽罡?，廣州市次之，天津市位居第三（表3）。

3.2 社會經(jīng)濟損失風險評估

分析表明，在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050、2100 年，上海市、廣州市、天津市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失位于中國濱海城市的前三位，見表3。為此，基于2.3 節(jié)的損失風險評估方法，分析了在SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下上海市、廣州市和天津市損失風險的空間分布特征。圖3 顯示了在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050 和2100 年，上海市、廣州市、天津市的社會經(jīng)濟損失風險等級的空間分布情況。

表3 中國濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟年平均損失占當年全市GDP的比例 /%

圖3 第一行顯示：在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050年，上海市主城區(qū)有低或中等級的風險區(qū)，崇明三島的風險等級為很低。到2100 年，上海市主城區(qū)一半以上特別是中部和北部有較大范圍的為中至高等級及以上的風險區(qū)，崇明三島局部有高風險區(qū)；SSP5-8.5 情景下，風險程度明顯高于SSP2-4.5 情景，主城區(qū)近三分之二為高和很高等級的風險區(qū)。圖3 第二行表明：在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050 年，廣州市南部區(qū)域有低或中等級風險區(qū)；到2100年，廣州市南部出現(xiàn)了高或很高等級的風險區(qū)，SSP5-8.5 情景的風險程度略高于SSP2-4.5 情景。圖3 第三行顯示：在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050年，天津市風險區(qū)主要出現(xiàn)在東南部區(qū)域，如河北區(qū)和南開區(qū)及濱海新區(qū)等，風險等級較低；到2100 年，天津市風險等級有所升高，原來低等級風險區(qū)發(fā)展為中、高等級的風險區(qū)，同樣，SSP5-8.5 情景的風險程度略高于SSP2-4.5情景。

圖3 不同情景下未來上海市、廣州市和天津市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失風險等級的空間分布

4 濱海城市海岸洪水災害的適應性分析

由于中國濱海城市的自然環(huán)境條件不同，如地形地貌特征、沿海低海拔地區(qū)占城市總面積比例、海岸洪水等致災因子危害性，以及社會經(jīng)濟發(fā)展程度的差異，因此，相應的暴露度和脆弱性有明顯差異，并使得損失風險有較大差別。評估顯示，SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，如果僅維持現(xiàn)有的防洪排澇標準和基礎(chǔ)設施，未來特別是2050 年后，上海市、廣州市、天津市等濱海城市的損失風險明顯升高。以上海市、廣州市、天津市為例，從致災成因的角度出發(fā)，分析并提出相應的適應方案，可為濱海城市災害風險研究或防控管理提供參考。

4.1 海岸洪水災害社會經(jīng)濟損失風險歸因分析

SSP2-4.5、SSP5-8.5 情 景 下，相 對 于2000 年，到2050、2100年，上海市、廣州市、天津市等濱海大城市百年一遇極值水位重現(xiàn)期明顯縮短，未來海岸洪水的危害性顯著增強［6，11-12，21］。例如，上海市是相對海平面上升幅度最高的濱海城市之一，到2050、2100 年將分別升高約87 cm 和109 cm［20］，百年一遇的極值水位將分別變?yōu)? 年和1 年一遇［11-12，21］。其次，這三個濱海大城市低海拔地區(qū)的面積均較大，且有較高的人口密度和高GDP產(chǎn)業(yè)聚集，在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050、2100 年，社會經(jīng)濟的發(fā)展使其對海岸洪水災害的物理暴露度顯著上升，見圖4。此外，由于三個大城市主城區(qū)的人口密度、性別和結(jié)構(gòu)，如老齡化等因素，也使得社會脆弱性要高于其他濱海城市。因此，在海岸洪水的致災危害性增加、暴露度上升和脆弱性高于其他中小城市的情況下，海岸洪水致災事件、暴露度和脆弱性三者的相互作用使得上海市、廣州市和天津市的社會經(jīng)濟年平均損失占當年全市GDP的比例位居中國濱海城市的前列，見表3。

圖4 不同情景下未來上海市、廣州市和天津市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟暴露度等級的空間分布

4.2 濱海城市海岸洪水災害的適應性措施

4.2.1 加強海岸防護工程建設，降低致災事件的危害性和城市暴露度

SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050、2100 年，上海市、廣州市和天津市的沿海海平面有較高上升幅度［20］。這也是濱海城市致災因子危害性增加和暴露度上升的主要原因，因此，首先需加強海岸防潮和防洪排澇等能力建設，以降低城市的致災因子危害性和暴露度。針對上海市，如海岸防洪工程高度需提高至少90～110 cm，并需加強市區(qū)北部和中部地區(qū)等高風險區(qū)的河堤、海塘等防洪工程的高度，依2.3.3 節(jié)的損失方法計算分析，預計可降低未來上海市約70%以上的社會經(jīng)濟損失。對于廣州市，需要提高中部市區(qū)及南部沿海地區(qū)海岸和河岸的高度，如平均增加至少75 cm。對于天津市，則需要加強濱海新區(qū)及周邊地區(qū)海岸防護建設，如海岸高度平均需增加87 cm。然而，僅通過加強海岸防護工程的建設是不夠的，還需要充分考慮采取具有發(fā)展氣候恢復力的城市解決框架（Climate Resilience Development，CRD）［9，45］，充分提升濱海大城市應對氣候變化下海岸洪水災害的能力。

4.2.2 加強城區(qū)低洼地適應能力的建設，降低城市的脆弱性并避免災害的發(fā)生

上海市地勢低平，平均海拔僅2 m 多，廣州市內(nèi)的珠江流域周邊地勢低洼，天津市濱海新區(qū)地勢低且沉降速率較高；與此同時，高度城鎮(zhèn)化產(chǎn)生了大面積的土地硬化，并可能造成城市防洪排澇能力的不足。因此，一方面，需要提高建筑標準和抬高建筑樓面高度［46］，加強并控制低洼處的建設標準，維護城區(qū)排洪主干渠、地下水管網(wǎng)系統(tǒng)的運行能力；另一方面，需要加強境內(nèi)流域綜合管理，降低水土流失，嚴控地下水開采，防止海岸地面沉降，增加城市綠化，建造蓄洪綠地和防潮林，限制土地硬化，提升海岸帶和城市防洪排澇的能力及其應對海岸洪水災害的能力［47-48］，并建立和完善海岸洪水的預報預警和應急體系。

4.2.3 合理規(guī)劃城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與布局，提高城區(qū)的氣候恢復力

科學規(guī)劃城市空間結(jié)構(gòu)與布局，劃定城市發(fā)展邊界，退讓沿海沿江高脆弱性地區(qū)，保護沿海濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康，規(guī)避濱海城市海岸洪水災害風險，提高應對海平面上升和臺風-風暴潮的恢復力。因此，一方面，需加強沿海地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃與合理布局，推進部分重要產(chǎn)業(yè)向離開沿岸地區(qū)發(fā)展，如向內(nèi)陸轉(zhuǎn)移，避免人口和高GDP產(chǎn)業(yè)過度集中于沿海低洼地，提高城市應對海岸洪水和海岸抗侵蝕能力；另一方面，還需加強沿海重大工程建設的海平面上升、臺風-風暴潮等緩發(fā)性和突發(fā)性災害風險評估，采取發(fā)展氣候恢復力的解決框架［9］。

4.2.4 加強未來災害風險管理體系的建設，提升城市應對海岸洪水災害能力

鑒于濱海大城市的人口數(shù)量多且高度集中，如上海市集中在市區(qū)的中部和北部，這是造成社會脆弱性較高的主要原因之一。在降低社會脆弱性、增強社會適應能力建設方面，可考慮采取不同主體貢獻的結(jié)合方式，如地方政府引領(lǐng)，開展試點示范，增強社區(qū)適應，社會資本參與等方式［46］；在應急處置和疏散救援工作上，需要有長足的考慮，如結(jié)合城區(qū)高層建筑多的特點，可以加強應對海岸洪水時的“豎向疏散”能力［49-50］，可將部分商業(yè)服務業(yè)設施，如高層辦公樓、商業(yè)廣場等設施納入臨時緊急避難場所，并完善相應的軟、硬件配套措施；提高民眾的防災減災意識，完善與海平面上升疊加臺風-風暴潮相關(guān)的早期預警、疏散、救援體系。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

基于IPCC 氣候變化綜合風險理論，構(gòu)建了中國濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟損失風險評估框架，采用溫室氣體低、中等和很高排放新氣候情景下（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5）中國濱海城市自然環(huán)境和社會經(jīng)濟發(fā)展的預估結(jié)果，評估了濱海城市海岸洪水災害的社會經(jīng)濟暴露度及社會脆弱性，建立了濱海城市社會經(jīng)濟的損失函數(shù)曲線，預估了不同情景下，到2030、2050 和2100年，中國濱海城市的社會經(jīng)濟損失風險，分析并提出了濱海城市應對海岸洪水災害的適應性措施。主要結(jié)論如下。

（1）不同SSPx-y 情景下，到2030 年，中國濱海城市的社會經(jīng)濟損失較??；到2050 年，面臨損失風險的城市增加、損失程度上升，其中，在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，廣州市的損失風險最高，上海市次之，天津市第三；到2100 年，上海市損失風險升為最高，廣州市次之，天津市再次。

（2）SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下，到2050年、2100年，上海市、廣州市和天津市的社會經(jīng)濟損失風險位于中國濱海城市前列，主要歸因于海平面上升引起的海岸洪水危害性的顯著增強，高密度的人口和高GDP 產(chǎn)業(yè)聚集于低洼地區(qū)導致的高暴露度，以及主城區(qū)人口老齡化等社會脆弱性因素較高等因素的影響。

（3）濱海城市需加強應對海岸洪水災害能力的建設，包括加強海岸防護工程建設，降低海岸洪水致災事件的危害性和城市暴露度；加強城區(qū)低洼地適應能力的建設，降低城市的脆弱性并避免災害的發(fā)生；合理規(guī)劃城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與布局，提高城區(qū)的氣候恢復力；加強災害風險管理能力的建設，提高城市應對海岸洪水災害的預警和應急能力。

5.2 討論

該研究結(jié)果是基于若干簡化條件獲得的，因此，今后仍有許多內(nèi)容需要深入研究。包括以下幾點。

（1）應用的濱海城市地形地貌數(shù)據(jù)的垂直精度、海岸堤壩和防洪排澇等相關(guān)資料有所不足，因此，濱海城市暴露度的評估還有待完善，并且暫未考慮城市排澇設施和水域連通性等問題。

（2）濱海城市社會脆弱性內(nèi)容主要反映當前濱海城市的社會發(fā)展狀況，并且獲得的未來社會經(jīng)濟模擬數(shù)據(jù)為人口和GDP，未能包括其他社會要素。此外，歷史災情數(shù)據(jù)的獲取較為困難，研究中僅考慮了五種不同脆弱性等級區(qū)域，并據(jù)此計算分析其社會經(jīng)濟的損失函數(shù)曲線，因此，有待今后進一步深入開展。

（3）在未來海岸洪水致災因子分析中，采用極值水位的變化主要考慮相對海平面上升的影響，對氣候變暖背景下未來強臺風增加趨勢尚未予以充分考慮，并且在對未來濱海城市社會經(jīng)濟損失的估算中，采用相對簡化且假定當前海岸防洪標準保持不變等條件［23-24］，這可能與具體海岸工程應對洪水災害的防洪要求仍有一定距離。