天津沿海海平面上升影响风险等级研究

李杰 谭晓璇 李响等

关键词：天津;海平面;风险等级;海洋灾害

中图分类号：P76;P731.23 文献标志码：A 文章编号：1005-9857（2022）01-0049-05

0引言

在全球气候变化背景下，各种极端气候现象在全球各地不断出现。海平面上升是一种缓发性海洋灾害，随着全球气候变暖趋势加剧，海平面上升的影响开始逐渐显现，海平面上升严重威胁着沿海地区的社会稳定和经济发展。联合国政府间气候变化专门委员会（IntergovernmentalPanelonClimateChange，IPCC）第五次评估报告[1]指出，1901—2010年全球平均海平面上升了19cm。中国沿海海平面上升速率高于全球水平，1980—2019年40年间，中国沿海海平面上升速率达3.4mm/a[2]。天津沿海海平面上升速率更是高于全国平均水平。天津地区的地面沉降是该区影响相对海平面上升诸多因子中贡献率最大的因子[3]。

海平面持续上升将加剧风暴潮、海岸侵蚀和海水入侵等海洋灾害[4]，使得低洼地带被淹没，沿海防护工程功能降低等，沿海地区的生产生活都可能面临海平面上升的风险。随着天津滨海新区经济的不断发展，人口密集度不断增大，海平面上升影响的危险性越来越大，滨海新区脆弱性增强，评估未来海平面上升对海岸带的风险，具有理论与实际意义[5]。已有对京津冀地区的评估，发现天津沿海地区是海平面上升重度风险区域[6]。

然而，天津滨海新区沿海分布着各大海洋功能区，其自然特征与社会经济发展水平区域差异明显，海平面上升对各地区自然环境和社会经济的影响风险表现出地区差异。因此，对天津滨海新区进行海平面上升影响风险评估，将有利于科学应对海平面上升影响的风险，以实现滨海新区经济和社会可持续发展[7]。

1方法

本研究所用的研究方法参考了《海平面上升影响脆弱区评估技术指南》（简称《指南》）[8]。《指南》基于海平面上升风险形成的机制、致灾过程及原理，对各评估单元分别从危险性、暴露性、脆弱性和防灾减灾能力4个方面进行海平面上升影响风险评估。危险性指海洋灾害发生危险程度，本部分用了海平面上升幅度、地面沉降速率、地面高程、岸线长度以及最高高潮位5个指标。暴露性表现为人口、经济暴露性，指灾害可能威胁到的所有人和社会财产等，本部分所用指标为评估单元的居民总数、GDP。脆弱性是指评估单元由于潜在危险因素可能造成损失的程度，即人口、经济脆弱性，本部分用人口密度、单位面积GDP作为指标。防灾减灾能力主要由人力资源和减灾投入决定，指受灾区海洋灾害防御和从灾害中恢复的能力，本部分采用指标为海洋监测站点数和堤防防护标准。

在风险评估中各项指标的影响程度不同，需对各指标分配合理的权重系数，以使评估更加合理可靠。本研究中各项指标权重系数的选取参考了《指南》，并结合了李响等[6，9]关于中国近海和津冀沿海地区海平面上升风险区划的分析研究，具体分配如图1所示。

2海平面上升影响风险评估等级划分

根据天津市海洋功能区划，在保证地理单元相对完整的前提下，将滨海新区沿海功能区自北向南划分为7个评估单元，即：滨海新区北部的北疆电厂（A1）、中心渔港（A2）、临海新城（A3）;滨海新区中部的东疆保税港区（A4）、天津港北疆南疆港区（A5）;滨海新区南部的临港经济区（A6）和南港工业区（A7）。根据天津海洋环境监测中心站实测潮位数据、海平面变化影响实地调查结果[10]、天津市滨海新區统计年鉴[11]以及天津地区相对海平面变化研究进展[12]，获取天津地区各评估单元海平面上升风险评估指标的数值，采用分级赋值法对风险评估指标进行量化如表1所示，获取的各评估单元指标量化等级划分如表2所示。

2.1危险性评估

根据《指南》，危险性指数计算模型为：

式中：H为危险性指数;H为危险性评估的第i 个指标;a为相应指标的权重系数;n为指标总个数。危险性指数主要包括海平面上升幅度、地面沉降速率、地面高程、岸线长度以及最高高潮位。

从评估结果看（表3），南部的临港经济区和南港工业区海平面上升危险性最大。主要由于这些地区属于围填海区域，目前地势虽高但是沉降显著;临港经济区和南港工业区三面环海且岸线长，受地形影响，风暴潮高潮位相比其他区域较高，易受到海平面上升的直接影响;长时间受海平面上升的影响，海岸侵蚀可能会导致岸滩下蚀，潜在危险较大。中部的天津港北疆南疆港区（以下简称“天津港”）为人工深水港，北疆港区和南疆港区主要承接传统大宗海运，分布着各类泊位，综合评估该区域危险性最低。

2.2 暴露性评估

根据《指南》，暴露性指数计算模型：

式中：E 为暴露性指数;E为暴露性评估的第i个指标;b为相应指标的权重系数;n为指标总个数。暴露性指标包括居民总数和GDP。

从评估结果看（表3），天津港区域暴露性指标数值最大，主要是天津港北疆南疆港区是滨海新区发展早且较成熟的区域，人员分布密集，地区生产总值高，综合考虑其暴露性指数最大;其次为临港经济区，南港工业区，该区域的地区生产总值较高，南港工业区主要为石化产业基地，液体化工码头和LNG码头已投入使用，其暴露性指数较大;北疆电厂和中心渔港据统计来看，人员分布稀疏，GDP相对较低，该区域暴露性程度最低。

2.3脆弱性评估

脆弱性指数计算模型：

式中：V 为脆弱性指数;V为脆弱性评估的第i 个指标;c为相应指标的权重系数;n 为指标总个数。脆弱性指标包括人口密度和单位面积GDP。

从评估结果看（表3），天津港区域人口密度高，单位面积的GDP位于各功能区前列，因此其脆弱性最高。临港经济区人口密度小，但该区域单位面积GDP较高，导致临港经济区的脆弱程度相对较高。北疆电厂为重要承灾体，该区域人口密度低，附近大神堂村常住人口稀少;中心渔港区域人口密度和单位面积GDP均较低，因此中心渔港的脆弱性程度最低。

2.4防灾减灾能力评估

防灾减灾能力指数计算模型：

式中：R 为防灾减灾能力指数;R为防灾减灾能力评估的第i个指标;d为相应指标的权重系数;n为指标总个数。防灾减灾能力指标包括海洋监测站点数和堤防防护标准。

从评估结果看（表3），北疆电厂防灾减灾能力最强，北疆电厂围堤设计标准较高，为50年一遇潮位加7级风，且其附近建设有北疆电厂自动观测站，密切关注海洋灾害的发生发展。东疆保税港區围堤设计标准较低，为20～50年一遇加7级风，且东疆保税港区三面环海，因此防灾减灾能力较弱;天津港区域设有海洋环境监测站，但是该区域部分高程偏低，其中天津港客运公司码头高程最低仅490cm（塘沽验潮基准面），时常有上水现象，防灾减灾能力最弱。

3天津市海平面上升风险评估模型

根据《指南》，天津海平面上升风险评估模型为：

式中：SLRI为海平面上升的风险指数;H、E、V 、R分别为危险性、暴露性、脆弱性和防灾减灾能力指数的权重系数。根据海平面上升的风险指数将海平面上升风险等级划分为4级，具体见表4。

根据天津海平面上升风险评估模型，将天津沿海各评估单元的危险性指数、暴露性指数、脆弱性指数和防灾减灾能力指数代入到天津海平面上升的风险指数计算模型中，评估海平面上升对天津沿海各海洋功能区社会经济发展产生的风险，计算所得天津沿海海平面上升风险指数及风险等级见表5。根据各评估单元海平面上升风险指数可见，滨海新区南部的临港经济区和南港工业区海平面上升风险指数最高，风险等级为I级，主要是因为临港经济区和南港工业区危险性最大，围填海区域地面沉降严重，且海岸线长，南港工业区内石化项目较多，潜在风险较大，防护对象社会敏感程度高。滨海新区中部的天津港区域海平面上升风险指数其次，风险等级为II级，主要原因是天津港保税区客运码头位置高程最低，人口密度和单位面积GDP较高，脆弱性最高。滨海新区中部的临海新城、东疆保税港区海平面上升风险指数较低，风险等级为III级，目前来看这些地区危险性相对较低，防护能力较好，防灾减灾能力较强。滨海新区北部的北疆电厂、中心渔港海平面上升风险指数最低，风险等级为IV 级，这些区域单位面积GDP相对较低，人口密度低，暴露性和脆弱性较低，防灾减灾防护能力较强。

4讨论和结论

滨海新区北部功能区海平面上升风险指数最低，该区域存在分散的滩涂养殖区和滨海旅游区，总体暴露性和脆弱性较低，经评价滨海新区北部功能区为低等风险区。滨海新区中部海洋功能区人口密集度和经济总量均较高，该区域存在中等风险区和较高风险区。滨海新区南部功能区海平面上升风险指数最高，存在大型工矿仓储，社会敏感程度高，且围填海地区地面沉降显著，经评价滨海新区南部功能区为高风险区。

海平面上升是一种缓发性的自然灾害，长时间的积累效应会对高程较低的沿海产生严重影响。海平面上升影响风险评估的主要目的是反映评价海平面上升影响下沿海各区域总体风险水平和等级，以此优化土地利用布局，预防由于海平面上升可能引起的风险，减少可能造成的损失。对于天津滨海新区北部低风险区域适宜布局抗灾能力弱的养殖业、农业和脆弱性较高的土地利用方式。在天津滨海新区中部的中等风险区域，也是布局密集、发展成熟的区域，本区域长期来看应加宽加高堤坝，以防御海平面上升风险。在天津滨海新区南部高风险区域，存在大量规划中的工业设施，土地的利用率稍低，该区域可以通过大范围的抬高地基并加高加宽堤坝来防御风险。但是，已有的众多工业设施不能因灾害风险大小随意改变，因此在现有土地利用的基础上，加强海平面影响状况的监测，提高沿海的堤防防护能力，以减少可能的损失。