黄河三角洲海平面上升风险评估及其对策研究*

吴玲娟，钟 山，徐江玲

（1．山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室 青岛 266071；2．国家海洋局北海预报中心 青岛 266071）

黄河三角洲海平面上升风险评估及其对策研究*

吴玲娟1，2，钟 山1，2，徐江玲1，2

（1．山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室 青岛 266071；2．国家海洋局北海预报中心 青岛 266071）

基于GIS技术，利用黄河三角洲SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）卫星的DEM数字高程数据，Landsat影像和风险评估模型，制作相应专题图，并进行海平面上升风险评估。随着海平面上升，黄河三角洲的风险值和风险等级都随之增大，黄河口镇和仙河镇是最危险的乡镇。考虑抗灾能力后，黄河三角洲的海平面上升风险度降低，说明海岸防护是十分重要的。最后参考黄河三角洲海平面风险评估结果，提出黄河三角洲海平面上升的防灾对策与措施。

GIS；海平面上升；黄河三角洲；风险评估

全球变暖导致的海平面上升严重威胁着人类的生存环境。海平面上升加剧海岸带侵蚀、盐水入侵、土壤盐渍化及咸潮等海洋灾害，并影响沿海地区红树林和珊瑚礁等生态系统的正常生长。国家海洋局公布《2008年中国海平面公报》指出，近30年来，我国沿海海平面上升速率高于全球；各级政府应将海平面上升影响危险度区划指标作为沿海新兴开发区规划的重要内容加以考虑。政府间气候变化专门委员会（IPCC）［1］第二工作组第四次评估报告指出海平面上升将使中国三角洲更脆弱。现代黄河三角洲（简称黄河三角洲）沿岸滩涂广阔，水深较浅，是风暴潮侵袭最严重的地方；同时地面沉降率比较高，所以未来50年黄河三角洲将是海平面上升影响的主要脆弱区。因此，黄河三角洲海平面上升风险评估及防灾减灾对策研究，对黄河三角洲沿海地区生态环境、城市基础设施建设、经济发展和防灾减灾等方面都具有重大意义。

全球海平面上升已引起各国政府和科学家的广泛关注。Titus［2］对海平面上升的趋势与危害进行了研究。Nicholls［3］提出美国适应海平面上升评估体系和所应采取的措施。Daniel［4］分析了21世纪海平面上升将给社会带来的淹没损失及所需防护费用，并指出为适应海平面上升，美国联邦紧急事件管理署（FEMA）必须采取不同的措施来完善国家洪水保险计划（NFIP）。国内外不少学者对海平面上升影响进行综合评估时，大都使用Gomitz［5］的评估模式，该模式包括海岸易损指数，评估因子的等级和评估因子个数，评价各岸段受海平面上升影响的风险性（灾前评估）以及海平面上升的综合影响等级和分区。国内从20世纪90年代开始对中国海沿岸进行海平面上升潜在影响评估。韩慕康等［6］进行了渤海西岸平原海平面上升危害性评估研究，利用人造卫星影像和GIS编制该区的环境地形图和有关的危害预测图表。杜碧兰［7］采用GIS技术及地形数据库和数字高程模型（DEM），计算了沿海三大脆弱区在有、无防潮设施情况下，从平均大潮高潮位、历史最高潮位和百年一遇高潮位起算，相对海平面上升不同情况下，海水可能淹没的范围。吴涛［8］对未来50年上海海域海平面上升幅度和相应的潮位高度进行了预估，并利用GIS空间分析模块构建上海地区高分辨率的高程栅格图，分析了未来上海地区由于海平面的上升可能存在的淹没区域和面积。张伟强等［9］提出的海平面上升对广东沿海地区经济发展影响的综合评估模型。该模型合理选取了评估指标如海平面上升危险指数、土地系统易损性指数、区域社会经济生态易损性指数和区域抗灾指数。崔红艳［10］运用GIS技术构建海平面上升灾害风险评估的框架体系，对盘锦市进行评估，得到盘锦市海平面上升灾害综合风险评估图。王芳［11］论述了海平面上升对沿海地区的风险评估，包括危险性分析、脆弱性分析以及经济损失计算的理论方法。

本研究基于GIS技术，利用SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）卫星DEM数字高程数据和Landsat遥感影像，建立黄河三角洲海平面上升风险评估模型，在常见潮位的基础上，在海平面上升不同情况下进行风险评估并制作风险评估图。

1 风险评估模型的构建

海平面上升灾害风险指数模型，参考了国内外的各种灾害评估模型［7－11］，结合黄河三角洲的特征，选取海平面上升高度、土地系统、社会经济生态情况和区域抗灾情况为评估因子，利用如下海平面风险评估模型

P＝（H·A·R／K）1／2（1）

式中：P为海平面上升灾害风险指数，该指数越大，表示黄河三角洲海平面上升影响愈严重；H为海平面上升危险性指数；A为土地系统易损性指数；R为社会经济生态易损性指数；K为区域抗灾能力指数。前三者与P成正相关，K与P成负相关。

1.1 评估基本单元

黄河三角洲主要在东营市，所以风险评估区域以东营的东营区、河口区、垦利县和利津县为主，包括31个乡镇街道，其中12个街道，17个镇、两个乡（根据2010年5月的行政区划），根据地理位置和地形特征，合并利津街道和凤凰城街道为一个评估单元，垦利街道和兴隆街道为一个评估单元，因此风险评估单元为29个（图1）。

1.2 危险性指数

采用以下评估模型，得到危险性指数H＝（ΔE＋h2）／h（2）式中：ΔE表示海平面上升幅度，根据IPCC海平面上升评估七大步骤［12］中选取相对海平面上升30 cm、65 cm、100 cm，选取相对海平面上升65 cm、100 cm和预测的相对海平面上升值（36．2～39．2 cm，我们选取38 cm）时，h2表示黄海三角洲常见潮位（选取5年一遇的潮位，234 cm），h表示地面高程，数据来源于SRTM卫星，水平分辨率为30 m（图2）。

图1 黄河三角洲风险评估基本单元

图2 黄河三角洲DEM高程（单位：m）

图3至图5结合黄河三角洲高程，可看出海平面上升危险性指数主要由黄河三角洲地形特征所决定。黄河口镇和仙河镇两个沿海乡镇地势较低，危险性比较高；而西南部地区相对危险性也就最低。海平面上升幅度越大，风险等级就越高。当海平面上升38 cm时，黄河口镇和仙河镇为一级危险区。当海平面上升65 cm时，各个评估单元的危险系数均升高，原来五级风险区的垦利街道、汀罗镇、郝家镇上升为四级危险区；当海平面上升100 cm时，原为三级风险区的新户镇上升为二级风险区；六合街道、胜利街道上升为三级风险区；陈庄镇和史口镇上升为四级风险区。

图3 黄河三角洲海平面上升38 cm危险性

图4 黄河三角洲海平面上升65 cm危险性

1.3 土地系统易损性分析

利用土地系统中各类土地组合来表征海平面上升的影响［8］。基于GIS技术，利用1996年东营市土地利用现状图、30 m水平分辨率的Landsat-7 TM遥感影像（图6）和2001年油田集中分布区得到黄河三角洲土地利用现状（图7）。根据黄河三角洲土地利用特点，主要选取耕地面积、湿地面积、油田面积等因子运用如下模型，得到工地系统易损性指数

图5 黄河三角洲海平面上升100 cm危险性

式中：Pi指各个评估区耕地面积；Mi指各个评估区湿地面积；Oi指各个评估区油田面积；i＝1，2，…，n表示n个不同评估区；AKi为土地质量数；A为土地系统易损性指数，表示土地质量相对分值，共分为五级。由图8分析可知，黄河口镇油田、湿地面积比较大，所以土地易损性指数远远高于其他评估单元，是土地系统一级易损区。

图6 黄河三角洲Landsat ETM-3 2010年6月遥感影像

图7 黄河三角洲土地利用现状

图8 黄河三角洲土地系统易损性

1.4 社会生态经济易损性分析

运用以下数学模型，得到

式中：Si指各个评估区人口密度相对分值；Ei指各个评估区经济总产值相对分值；Zi指各个评估区生态价值相对分值。①东营市的人口密度：市境南部和西南部，村落古老，历来人口密集。北部、东北部地广人稀，东营市中心城市人口较多。②根据各个街道、乡镇最新（2009—2010年）的农业总产值、第二产业和第三产业产值之和来计算国内生产总值，胜坨镇经济总产值达到37．77亿元。③目前生态价值定性评估方法尚未成熟，本研究参考国内外现有生态价值评估方法进行初步评估。国务院2010年11月正式批复《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》，黄河三角洲地区的发展由此上升为国家战略，成为中国区域协调发展战略的重要组成部分。因此黄河三角洲的生态价值居重要地位，特别是黄河三角洲自然保护区。黄河三角洲自然保护区主要位于黄河口镇和仙河镇。生态易损性黄河口镇和仙河镇为一级易损区。分别从上述的社会、经济、生态专题中得到，R为社会生态经济指数，共分为五级。从图9可以看出黄河路街道和文汇街道、胜坨镇、垦利街道的易损性属于一级；二级区包括黄河口镇、辛店街道、胜利街道；三级易损区包括胜园街道、董集镇等8个区域；四级易损区包括盐窝镇等10个区域，其他区域为五级易损区。

图9 黄河三角洲社会、生态、经济生态易损性

1.5 抗灾能力分析

运用以下数学模型，得到抗灾能力指数式中：K为区域抗灾能力指数；Fi为各个评估区财力因子相对分值，用评估区的财政收入水平来反映；Li指各个评估区劳力因子相对分值，用评估区劳动力数量或劳动力总量占总人口的比例来表示；Di指各个评估区海岸防护能力或堤围抗力相对分值，用堤围综合抗力来表示，K为抗灾能力指数，取整数共五级。从图10可以看出仙河镇、永安镇、胜利街道、六户镇等抗灾能力最高，刁口乡、新户镇、河口街道等抗灾能力次之。明集乡、义和镇、六合街道、孤岛镇抗灾能力最差。

图10 黄河三角洲抗灾能力

2 基于GIS技术海平面上升风险性评估

我们运用如下数学模型，选取相对海平面上升65 cm、38 cm、100 cm时（图11），相对常见潮位，利用海平面风险评估模型公式（1），计算海平面上升灾害风险指数，不考虑抗灾的情况下K＝1。

2.1 在不考虑抗灾能力下

海平面上升38 cm的情况下，将黄河三角洲海平面上升风险程度划分为5个等级［图11（a）］。海平面上升一级风险的区域（2．5≤P＜7．2），黄河口镇和仙河镇共两个区域，黄河口镇危险系数最高；风险等级较高区（1．6≤P＜2．5），刁口乡、六户镇、新户镇、永安镇、胜利街道5个区域；风险等级中等区（1．2≤P＜1．6），河口街道、永安镇、黄河路街道和文汇街道、垦利街道、东城街道、胜坨镇6个区域；风险等级较低区（0．9≤P＜1．2），辛店街道、陈庄镇、盐窝镇、牛庄镇、胜园街道、兴隆街道、义和镇、董集镇、利津街道和凤凰城街道等10个区域；风险等级低的区域（0．7＜P＜0．9），郝家镇等5个区域。海平面上升65 cm的情况下［图11（b）］，原为二级风险区的刁口乡上升为一级危险区，原为三级风险区的河口街道上升为二级风险区；原为四级风险区的汀罗镇、孤岛镇、六合街道、陈庄镇上升为三级风险区。黄河口镇的风险度从7．15上升到7．50。海平面上升100 cm的情况下［图11（c）］，新户镇上升为一级危险区，六户镇上升为二级危险区，辛店街道和盐窝镇上升为三级危险区，只有明集乡和史口镇为五级危险区。黄河口镇的海平面风险度上升到8．0。

图11 黄河三角洲海平面上升时的风险评估图（未考虑抗灾能力）

总之，随着海平面上升，黄河三角洲各个评估单元的风险度随之增大，而且风险度越高的评估单位风险增大越大。

2.2 考虑抗灾能力下

海平面上升38cm的情况下，将黄河三角洲海平面上升风险程度划分为5个相对等级［图12（a）］：海平面上升风险等级高的区域（2．5≤P＜4．8），黄河口镇和仙河镇共两个区域，区域不变，但风险度降至4．8；风险等级较高区（1．6≤P＜2．5），只有刁口乡1个区域为风险等级中级区；六户镇、新户镇、永安镇3个区域变为风险等级中等区；胜利街道降为风险等级较低区；风险等级中等区（1．2≤P＜1．6），包括六户镇、新户镇、永安镇等3个区域；风险等级较低区（0．9≤P＜1．2），垦利街道等11个区域。风险等级低的区域（0．7＜P＜0．9），黄河路街道和文汇街道等6个区域的风险等级降低至最低。

从海平面上升65 cm和100 cm与38 cm的情况类似情况下可以看出，相比考虑抗灾能力和不考虑抗灾能力后（图11－12），各个评估单元的风险等级明显下降，这说明海岸防护对于海平面上升是非常必要而有效的。

图12 黄河三角洲海平面上升时风险评估图（考虑抗灾能力）

3 结论和讨论

基于GIS技术，利用SRTM卫星DEM分辨率的数字高程数据和Landsat影像，围绕海平面上升灾害的危险性、土地系统易损性、社会生态经济易损性、区域抗灾能力4个方面选取指标，建立黄河三角洲海平面上升风险评估模型。随着海平面上升，黄河三角洲的各个评估单元风险值和风险度随之增大，黄河口镇和仙河镇是最危险的区域。海平面上升从38 cm到100 cm黄河口镇的风险度从7．15上升到8．0。考虑抗灾能力后，黄河三角洲的海平面上升风险值和风险度降低。为有效应对黄河三角洲海平面上升，建议沿海各地政府和相关部门特别是黄河口镇和仙河镇采取如下措施。

（1）将海平面上升影响作为重要指标，纳入黄河三角洲的市县，特别是黄河口镇和仙河镇，社会经济发展规划。

（2）黄河三角洲风险指数比较高，沿海堤防工程大多标准较低，应对现有工程标准作适当调整。建议工程设计标准中的重现期水位（50年和100年一遇）应加上未来海平面上升和地面沉降的预测值。堤外岸滩下蚀威胁堤防安全，建议根据海平面上升评估成果对堤防加高加固。

（3）黄河三角洲地势低洼，更需要加强防潮设施的基础建设和综合治理，防止海水入侵。

（4）建议加强黄河三角洲海平面变化及其影响因素的监测。

（5）在黄河三角洲的滨海湿地、红树林等海洋保护区沿岸，建立海岸带生态系统立体保护网，减缓因海平面上升而导致的海岸侵蚀。

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国家海洋局公益性项目（201005018）．