吳玲娟，鐘 山，徐江玲

（1．山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室 青島 266071；2．國家海洋局北海預(yù)報中心 青島 266071）

黃河三角洲海平面上升風(fēng)險評估及其對策研究*

吳玲娟1，2，鐘 山1，2，徐江玲1，2

（1．山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室 青島 266071；2．國家海洋局北海預(yù)報中心 青島 266071）

基于GIS技術(shù)，利用黃河三角洲SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）衛(wèi)星的DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，Landsat影像和風(fēng)險評估模型，制作相應(yīng)專題圖，并進(jìn)行海平面上升風(fēng)險評估。隨著海平面上升，黃河三角洲的風(fēng)險值和風(fēng)險等級都隨之增大，黃河口鎮(zhèn)和仙河鎮(zhèn)是最危險的鄉(xiāng)鎮(zhèn)?？紤]抗災(zāi)能力后，黃河三角洲的海平面上升風(fēng)險度降低，說明海岸防護(hù)是十分重要的。最后參考黃河三角洲海平面風(fēng)險評估結(jié)果，提出黃河三角洲海平面上升的防災(zāi)對策與措施。

GIS；海平面上升；黃河三角洲；風(fēng)險評估

全球變暖導(dǎo)致的海平面上升嚴(yán)重威脅著人類的生存環(huán)境。海平面上升加劇海岸帶侵蝕、鹽水入侵、土壤鹽漬化及咸潮等海洋災(zāi)害，并影響沿海地區(qū)紅樹林和珊瑚礁等生態(tài)系統(tǒng)的正常生長。國家海洋局公布《2008年中國海平面公報》指出，近30年來，我國沿海海平面上升速率高于全球；各級政府應(yīng)將海平面上升影響危險度區(qū)劃指標(biāo)作為沿海新興開發(fā)區(qū)規(guī)劃的重要內(nèi)容加以考慮。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）［1］第二工作組第四次評估報告指出海平面上升將使中國三角洲更脆弱?，F(xiàn)代黃河三角洲（簡稱黃河三角洲）沿岸灘涂廣闊，水深較淺，是風(fēng)暴潮侵襲最嚴(yán)重的地方；同時地面沉降率比較高，所以未來50年黃河三角洲將是海平面上升影響的主要脆弱區(qū)。因此，黃河三角洲海平面上升風(fēng)險評估及防災(zāi)減災(zāi)對策研究，對黃河三角洲沿海地區(qū)生態(tài)環(huán)境、城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和防災(zāi)減災(zāi)等方面都具有重大意義。

全球海平面上升已引起各國政府和科學(xué)家的廣泛關(guān)注。Titus［2］對海平面上升的趨勢與危害進(jìn)行了研究。Nicholls［3］提出美國適應(yīng)海平面上升評估體系和所應(yīng)采取的措施。Daniel［4］分析了21世紀(jì)海平面上升將給社會帶來的淹沒損失及所需防護(hù)費用，并指出為適應(yīng)海平面上升，美國聯(lián)邦緊急事件管理署（FEMA）必須采取不同的措施來完善國家洪水保險計劃（NFIP）。國內(nèi)外不少學(xué)者對海平面上升影響進(jìn)行綜合評估時，大都使用Gomitz［5］的評估模式，該模式包括海岸易損指數(shù)，評估因子的等級和評估因子個數(shù)，評價各岸段受海平面上升影響的風(fēng)險性（災(zāi)前評估）以及海平面上升的綜合影響等級和分區(qū)。國內(nèi)從20世紀(jì)90年代開始對中國海沿岸進(jìn)行海平面上升潛在影響評估。韓慕康等［6］進(jìn)行了渤海西岸平原海平面上升危害性評估研究，利用人造衛(wèi)星影像和GIS編制該區(qū)的環(huán)境地形圖和有關(guān)的危害預(yù)測圖表。杜碧蘭［7］采用GIS技術(shù)及地形數(shù)據(jù)庫和數(shù)字高程模型（DEM），計算了沿海三大脆弱區(qū)在有、無防潮設(shè)施情況下，從平均大潮高潮位、歷史最高潮位和百年一遇高潮位起算，相對海平面上升不同情況下，海水可能淹沒的范圍。吳濤［8］對未來50年上海海域海平面上升幅度和相應(yīng)的潮位高度進(jìn)行了預(yù)估，并利用GIS空間分析模塊構(gòu)建上海地區(qū)高分辨率的高程柵格圖，分析了未來上海地區(qū)由于海平面的上升可能存在的淹沒區(qū)域和面積。張偉強(qiáng)等［9］提出的海平面上升對廣東沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響的綜合評估模型。該模型合理選取了評估指標(biāo)如海平面上升危險指數(shù)、土地系統(tǒng)易損性指數(shù)、區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)生態(tài)易損性指數(shù)和區(qū)域抗災(zāi)指數(shù)。崔紅艷［10］運用GIS技術(shù)構(gòu)建海平面上升災(zāi)害風(fēng)險評估的框架體系，對盤錦市進(jìn)行評估，得到盤錦市海平面上升災(zāi)害綜合風(fēng)險評估圖。王芳［11］論述了海平面上升對沿海地區(qū)的風(fēng)險評估，包括危險性分析、脆弱性分析以及經(jīng)濟(jì)損失計算的理論方法。

本研究基于GIS技術(shù)，利用SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）衛(wèi)星DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)和Landsat遙感影像，建立黃河三角洲海平面上升風(fēng)險評估模型，在常見潮位的基礎(chǔ)上，在海平面上升不同情況下進(jìn)行風(fēng)險評估并制作風(fēng)險評估圖。

1 風(fēng)險評估模型的構(gòu)建

海平面上升災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)模型，參考了國內(nèi)外的各種災(zāi)害評估模型［7－11］，結(jié)合黃河三角洲的特征，選取海平面上升高度、土地系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)生態(tài)情況和區(qū)域抗災(zāi)情況為評估因子，利用如下海平面風(fēng)險評估模型

P＝（H·A·R／K）1／2（1）

式中：P為海平面上升災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)，該指數(shù)越大，表示黃河三角洲海平面上升影響愈嚴(yán)重；H為海平面上升危險性指數(shù)；A為土地系統(tǒng)易損性指數(shù)；R為社會經(jīng)濟(jì)生態(tài)易損性指數(shù)；K為區(qū)域抗災(zāi)能力指數(shù)。前三者與P成正相關(guān)，K與P成負(fù)相關(guān)。

1.1 評估基本單元

黃河三角洲主要在東營市，所以風(fēng)險評估區(qū)域以東營的東營區(qū)、河口區(qū)、墾利縣和利津縣為主，包括31個鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道，其中12個街道，17個鎮(zhèn)、兩個鄉(xiāng)（根據(jù)2010年5月的行政區(qū)劃），根據(jù)地理位置和地形特征，合并利津街道和鳳凰城街道為一個評估單元，墾利街道和興隆街道為一個評估單元，因此風(fēng)險評估單元為29個（圖1）。

1.2 危險性指數(shù)

采用以下評估模型，得到危險性指數(shù)H＝（ΔE＋h2）／h（2）式中：ΔE表示海平面上升幅度，根據(jù)IPCC海平面上升評估七大步驟［12］中選取相對海平面上升30 cm、65 cm、100 cm，選取相對海平面上升65 cm、100 cm和預(yù)測的相對海平面上升值（36．2～39．2 cm，我們選取38 cm）時，h2表示黃海三角洲常見潮位（選取5年一遇的潮位，234 cm），h表示地面高程，數(shù)據(jù)來源于SRTM衛(wèi)星，水平分辨率為30 m（圖2）。

圖1 黃河三角洲風(fēng)險評估基本單元

圖2 黃河三角洲D(zhuǎn)EM高程（單位：m）

圖3至圖5結(jié)合黃河三角洲高程，可看出海平面上升危險性指數(shù)主要由黃河三角洲地形特征所決定。黃河口鎮(zhèn)和仙河鎮(zhèn)兩個沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)地勢較低，危險性比較高；而西南部地區(qū)相對危險性也就最低。海平面上升幅度越大，風(fēng)險等級就越高。當(dāng)海平面上升38 cm時，黃河口鎮(zhèn)和仙河鎮(zhèn)為一級危險區(qū)。當(dāng)海平面上升65 cm時，各個評估單元的危險系數(shù)均升高，原來五級風(fēng)險區(qū)的墾利街道、汀羅鎮(zhèn)、郝家鎮(zhèn)上升為四級危險區(qū)；當(dāng)海平面上升100 cm時，原為三級風(fēng)險區(qū)的新戶鎮(zhèn)上升為二級風(fēng)險區(qū)；六合街道、勝利街道上升為三級風(fēng)險區(qū)；陳莊鎮(zhèn)和史口鎮(zhèn)上升為四級風(fēng)險區(qū)。

圖3 黃河三角洲海平面上升38 cm危險性

圖4 黃河三角洲海平面上升65 cm危險性

1.3 土地系統(tǒng)易損性分析

利用土地系統(tǒng)中各類土地組合來表征海平面上升的影響［8］?；贕IS技術(shù)，利用1996年東營市土地利用現(xiàn)狀圖、30 m水平分辨率的Landsat-7 TM遙感影像（圖6）和2001年油田集中分布區(qū)得到黃河三角洲土地利用現(xiàn)狀（圖7）。根據(jù)黃河三角洲土地利用特點，主要選取耕地面積、濕地面積、油田面積等因子運用如下模型，得到工地系統(tǒng)易損性指數(shù)

圖5 黃河三角洲海平面上升100 cm危險性

式中：Pi指各個評估區(qū)耕地面積；Mi指各個評估區(qū)濕地面積；Oi指各個評估區(qū)油田面積；i＝1，2，…，n表示n個不同評估區(qū)；AKi為土地質(zhì)量數(shù)；A為土地系統(tǒng)易損性指數(shù)，表示土地質(zhì)量相對分值，共分為五級。由圖8分析可知，黃河口鎮(zhèn)油田、濕地面積比較大，所以土地易損性指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他評估單元，是土地系統(tǒng)一級易損區(qū)。

圖6 黃河三角洲Landsat ETM-3 2010年6月遙感影像

圖7 黃河三角洲土地利用現(xiàn)狀

圖8 黃河三角洲土地系統(tǒng)易損性

1.4 社會生態(tài)經(jīng)濟(jì)易損性分析

運用以下數(shù)學(xué)模型，得到

式中：Si指各個評估區(qū)人口密度相對分值；Ei指各個評估區(qū)經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值相對分值；Zi指各個評估區(qū)生態(tài)價值相對分值。①東營市的人口密度：市境南部和西南部，村落古老，歷來人口密集。北部、東北部地廣人稀，東營市中心城市人口較多。②根據(jù)各個街道、鄉(xiāng)鎮(zhèn)最新（2009—2010年）的農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值之和來計算國內(nèi)生產(chǎn)總值，勝坨鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值達(dá)到37．77億元。③目前生態(tài)價值定性評估方法尚未成熟，本研究參考國內(nèi)外現(xiàn)有生態(tài)價值評估方法進(jìn)行初步評估。國務(wù)院2010年11月正式批復(fù)《黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，黃河三角洲地區(qū)的發(fā)展由此上升為國家戰(zhàn)略，成為中國區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。因此黃河三角洲的生態(tài)價值居重要地位，特別是黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)。黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)主要位于黃河口鎮(zhèn)和仙河鎮(zhèn)。生態(tài)易損性黃河口鎮(zhèn)和仙河鎮(zhèn)為一級易損區(qū)。分別從上述的社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)專題中得到，R為社會生態(tài)經(jīng)濟(jì)指數(shù)，共分為五級。從圖9可以看出黃河路街道和文匯街道、勝坨鎮(zhèn)、墾利街道的易損性屬于一級；二級區(qū)包括黃河口鎮(zhèn)、辛店街道、勝利街道；三級易損區(qū)包括勝園街道、董集鎮(zhèn)等8個區(qū)域；四級易損區(qū)包括鹽窩鎮(zhèn)等10個區(qū)域，其他區(qū)域為五級易損區(qū)。

圖9 黃河三角洲社會、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)生態(tài)易損性

1.5 抗災(zāi)能力分析

運用以下數(shù)學(xué)模型，得到抗災(zāi)能力指數(shù)式中：K為區(qū)域抗災(zāi)能力指數(shù)；Fi為各個評估區(qū)財力因子相對分值，用評估區(qū)的財政收入水平來反映；Li指各個評估區(qū)勞力因子相對分值，用評估區(qū)勞動力數(shù)量或勞動力總量占總?cè)丝诘谋壤齺肀硎?；Di指各個評估區(qū)海岸防護(hù)能力或堤圍抗力相對分值，用堤圍綜合抗力來表示，K為抗災(zāi)能力指數(shù)，取整數(shù)共五級。從圖10可以看出仙河鎮(zhèn)、永安鎮(zhèn)、勝利街道、六戶鎮(zhèn)等抗災(zāi)能力最高，刁口鄉(xiāng)、新戶鎮(zhèn)、河口街道等抗災(zāi)能力次之。明集鄉(xiāng)、義和鎮(zhèn)、六合街道、孤島鎮(zhèn)抗災(zāi)能力最差。

圖10 黃河三角洲抗災(zāi)能力

2 基于GIS技術(shù)海平面上升風(fēng)險性評估

我們運用如下數(shù)學(xué)模型，選取相對海平面上升65 cm、38 cm、100 cm時（圖11），相對常見潮位，利用海平面風(fēng)險評估模型公式（1），計算海平面上升災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)，不考慮抗災(zāi)的情況下K＝1。

2.1 在不考慮抗災(zāi)能力下

海平面上升38 cm的情況下，將黃河三角洲海平面上升風(fēng)險程度劃分為5個等級［圖11（a）］。海平面上升一級風(fēng)險的區(qū)域（2．5≤P＜7．2），黃河口鎮(zhèn)和仙河鎮(zhèn)共兩個區(qū)域，黃河口鎮(zhèn)危險系數(shù)最高；風(fēng)險等級較高區(qū)（1．6≤P＜2．5），刁口鄉(xiāng)、六戶鎮(zhèn)、新戶鎮(zhèn)、永安鎮(zhèn)、勝利街道5個區(qū)域；風(fēng)險等級中等區(qū)（1．2≤P＜1．6），河口街道、永安鎮(zhèn)、黃河路街道和文匯街道、墾利街道、東城街道、勝坨鎮(zhèn)6個區(qū)域；風(fēng)險等級較低區(qū)（0．9≤P＜1．2），辛店街道、陳莊鎮(zhèn)、鹽窩鎮(zhèn)、牛莊鎮(zhèn)、勝園街道、興隆街道、義和鎮(zhèn)、董集鎮(zhèn)、利津街道和鳳凰城街道等10個區(qū)域；風(fēng)險等級低的區(qū)域（0．7＜P＜0．9），郝家鎮(zhèn)等5個區(qū)域。海平面上升65 cm的情況下［圖11（b）］，原為二級風(fēng)險區(qū)的刁口鄉(xiāng)上升為一級危險區(qū)，原為三級風(fēng)險區(qū)的河口街道上升為二級風(fēng)險區(qū)；原為四級風(fēng)險區(qū)的汀羅鎮(zhèn)、孤島鎮(zhèn)、六合街道、陳莊鎮(zhèn)上升為三級風(fēng)險區(qū)。黃河口鎮(zhèn)的風(fēng)險度從7．15上升到7．50。海平面上升100 cm的情況下［圖11（c）］，新戶鎮(zhèn)上升為一級危險區(qū)，六戶鎮(zhèn)上升為二級危險區(qū)，辛店街道和鹽窩鎮(zhèn)上升為三級危險區(qū)，只有明集鄉(xiāng)和史口鎮(zhèn)為五級危險區(qū)。黃河口鎮(zhèn)的海平面風(fēng)險度上升到8．0。

圖11 黃河三角洲海平面上升時的風(fēng)險評估圖（未考慮抗災(zāi)能力）

總之，隨著海平面上升，黃河三角洲各個評估單元的風(fēng)險度隨之增大，而且風(fēng)險度越高的評估單位風(fēng)險增大越大。

2.2 考慮抗災(zāi)能力下

海平面上升38cm的情況下，將黃河三角洲海平面上升風(fēng)險程度劃分為5個相對等級［圖12（a）］：海平面上升風(fēng)險等級高的區(qū)域（2．5≤P＜4．8），黃河口鎮(zhèn)和仙河鎮(zhèn)共兩個區(qū)域，區(qū)域不變，但風(fēng)險度降至4．8；風(fēng)險等級較高區(qū)（1．6≤P＜2．5），只有刁口鄉(xiāng)1個區(qū)域為風(fēng)險等級中級區(qū)；六戶鎮(zhèn)、新戶鎮(zhèn)、永安鎮(zhèn)3個區(qū)域變?yōu)轱L(fēng)險等級中等區(qū)；勝利街道降為風(fēng)險等級較低區(qū)；風(fēng)險等級中等區(qū)（1．2≤P＜1．6），包括六戶鎮(zhèn)、新戶鎮(zhèn)、永安鎮(zhèn)等3個區(qū)域；風(fēng)險等級較低區(qū)（0．9≤P＜1．2），墾利街道等11個區(qū)域。風(fēng)險等級低的區(qū)域（0．7＜P＜0．9），黃河路街道和文匯街道等6個區(qū)域的風(fēng)險等級降低至最低。

從海平面上升65 cm和100 cm與38 cm的情況類似情況下可以看出，相比考慮抗災(zāi)能力和不考慮抗災(zāi)能力后（圖11－12），各個評估單元的風(fēng)險等級明顯下降，這說明海岸防護(hù)對于海平面上升是非常必要而有效的。

圖12 黃河三角洲海平面上升時風(fēng)險評估圖（考慮抗災(zāi)能力）

3 結(jié)論和討論

基于GIS技術(shù)，利用SRTM衛(wèi)星DEM分辨率的數(shù)字高程數(shù)據(jù)和Landsat影像，圍繞海平面上升災(zāi)害的危險性、土地系統(tǒng)易損性、社會生態(tài)經(jīng)濟(jì)易損性、區(qū)域抗災(zāi)能力4個方面選取指標(biāo)，建立黃河三角洲海平面上升風(fēng)險評估模型。隨著海平面上升，黃河三角洲的各個評估單元風(fēng)險值和風(fēng)險度隨之增大，黃河口鎮(zhèn)和仙河鎮(zhèn)是最危險的區(qū)域。海平面上升從38 cm到100 cm黃河口鎮(zhèn)的風(fēng)險度從7．15上升到8．0。考慮抗災(zāi)能力后，黃河三角洲的海平面上升風(fēng)險值和風(fēng)險度降低。為有效應(yīng)對黃河三角洲海平面上升，建議沿海各地政府和相關(guān)部門特別是黃河口鎮(zhèn)和仙河鎮(zhèn)采取如下措施。

（1）將海平面上升影響作為重要指標(biāo)，納入黃河三角洲的市縣，特別是黃河口鎮(zhèn)和仙河鎮(zhèn)，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃。

（2）黃河三角洲風(fēng)險指數(shù)比較高，沿海堤防工程大多標(biāo)準(zhǔn)較低，應(yīng)對現(xiàn)有工程標(biāo)準(zhǔn)作適當(dāng)調(diào)整。建議工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中的重現(xiàn)期水位（50年和100年一遇）應(yīng)加上未來海平面上升和地面沉降的預(yù)測值。堤外岸灘下蝕威脅堤防安全，建議根據(jù)海平面上升評估成果對堤防加高加固。

（3）黃河三角洲地勢低洼，更需要加強(qiáng)防潮設(shè)施的基礎(chǔ)建設(shè)和綜合治理，防止海水入侵。

（4）建議加強(qiáng)黃河三角洲海平面變化及其影響因素的監(jiān)測。

（5）在黃河三角洲的濱海濕地、紅樹林等海洋保護(hù)區(qū)沿岸，建立海岸帶生態(tài)系統(tǒng)立體保護(hù)網(wǎng)，減緩因海平面上升而導(dǎo)致的海岸侵蝕。

［1］ PACHAURIR K，REISINGER．Core writing team，a contribution of working groups I，II and III to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change（Eds．）［J］．IPCC，Geneva，Switzerland，2007：104．

［2］ TITUS J G，PARK R A，LEATHERMAN S P，et al．Greenhouse effect and sea level rise：the cost of holdingback the sea［J］．Coastal Management，1991（9）：171－204．

［3］ NICHOLLS R J，TOL R S J．Impacts and responses to sea-level rise：a global analysis of the SRES scenarios over the twenty-first century［J］．Philosophical Transactions of the Royal Society，1996，364：1073－1095．

［4］ DANIEL．Adapting the national flood insurance program to relative sea level rise［J］．Coastal Management，1999，27：367－375．

［5］ GOMITZ V．Global coastal hazards from future sea level rise［J］．Palaeoclimatology，Palaeoecology（Global and Planetary Change Section），1991，3（4）：379－398．

［6］ 韓慕康，三村信男，細(xì)川恭史，等．渤海西岸平原海平面上升危害性評估［J］．地理學(xué)報，1994，49（2）：107－116．

［7］ 杜碧蘭．海平面上升對中國沿海主要脆弱區(qū)的影響及政策［M］．北京：海洋出版社，1997．

［8］ 吳濤．海平面上升及對上海潛在淹沒區(qū)域的風(fēng)險評估［D］．上海：上海師范大學(xué)，2007：1－55．

［9］ 張偉強(qiáng)，黃鎮(zhèn)國．廣東沿海地區(qū)海平面上升影響綜合評估［J］．自然災(zāi)害學(xué)報，1999，8（1）：78－87．

［10］ 崔紅艷．基于GIS的盤錦市潛在海平面上升風(fēng)險性分析，吉林師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2005，2：5－7．

［11］ 王芳．海平面上升適應(yīng)性戰(zhàn)略多目標(biāo)評價［J］．災(zāi)害學(xué)，1998，13（3）：89－92．

［12］ IPCC．Climate Change 2001：Impacts Adaptation＆Vulnerability［M］．Contribution of Working Group II to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change，Cambridge University Press．UK．2001．

國家海洋局公益性項目（201005018）．