中国沿海台风风暴潮灾害风险评估研究

中国沿海台风风暴潮灾害风险评估研究
在全球变暖热海平面上升背景下,沿海地区台风风暴潮灾害风险已经成为国际社会和学术界普遍关注的热点问题和科学前沿。

通过系统梳理和借鉴前人研究成果,探讨了台风风暴潮灾害与风险的内涵和关系,提出了台风风暴潮灾害风险评估的理论模型与方法体系。

针对台风风暴潮灾害影响的多种时空尺度和区域特征,分别采用合适的评估方法开展了中国沿海地带的台风风暴潮灾害综合风险、典型沿海城市(上海)台风风暴潮灾害风险和沿海感潮河流(黄浦江)台风风暴潮灾害风险评估的实证研究。

主要研究工作和结论如下：(1)提出了台风风暴潮灾害风险评估的理论方法体系。

区分了广义和狭义台风风暴潮灾害,以及台风风暴潮灾害与风险的关系,认为未来台风风暴潮灾害风险的变化趋势还存在很大的不确定性。

在此基础上,构建了台风风暴潮灾害风险评估的框架,主要包括风险辨识、风险分析和风险评价3个步骤8个环节,详细说明了各个评估环节的详尽内容。

此外,重点分析了台风风暴潮灾害关联性以及灾害损失类型。

最后,提出了相对风险和绝对灾害风险评估方法,详尽阐述了这两类方法优缺点、适用范围和评估流程。

(2)深入辨识中国沿海地带台风风暴潮灾害风险,具有孕灾环境繁复、历史灾情危机、致灾机理多样等特征。

采用相对风险度量方法从致灾因子危险性和承灾体脆弱性两个方面优选了14个代表性指标因子,构建了指标体系来评估中国沿海地带(不包括台湾和远海岛)广义的台风风暴潮灾害综合风险。

利用层次分析法获取了各指标的权重,并构建综合风险评估模型。

评估结果显示：中国沿海地带总体处于风险序列的中间部分,没有出现极高和极低风险等级区域。

30.99%的沿海地带属于低风险等级,主要分布于沿海海拔较高的山地丘陵地区和海南、广西沿海；绝大部分(62.71%)沿海地带处于中等风险；虽然仅6.30%的沿海地带处于高风险等级,但是主要分布于人口最为粘稠、经济最发达、地势最低平的三角洲河口的天津、上海和广州市沿岸。

(3)选取上海市作为典型研究区开展沿海城市台风风暴潮灾害风险评估。

通过风险辨识发现该区域面临的主要风险是沿海海塘溃堤所导致的潮灾和极端潮位引发的淹没。

因此,分别选取两个溃堤点构建了6种重现期溃堤淹没情景,还从海平面绝对上升、构造沉降和压实沉降三个方面预测了未来上海地区相对海平面上升值,并与最大天文潮高和极端台风风暴增水预测值相结合提出了未来可能极端潮位。

采用FloodMAP数值模型的二维水动力模型和GIS的种子蔓延算法分别模拟溃堤和极端潮位淹没情景。

基于实地调查数据和参考已有研究成果,构建了七种用地的直接经济损失方程,并依据相关标准给各类用地赋值。

间接经济损失则参考前人研究,利用与直接损失的比例系数关系来确定。

研究结果显示：溃堤情境下,淹没区域极小(仅1 km2左右),损失亦较少,属于低风险等级；极端潮位情景下,上海市几乎全被淹没,且淹没深度极高(大部分超过5m),经济总损失达2035.65亿元,对上海具有毁灭性影响,属于不可接受风险。

(4)以黄浦江为例开展了沿海感潮河流台风风暴潮灾害风险评估。

利用FloodMAP数值模型的一维和二维水动力模型相结合对9711号台风风暴潮开展情景模拟和验证,模拟结果与实际情况较为吻合,得到适合该区域的模型参数。

基于61年黄浦江主要水文站历年最高潮位数据,利用P-Ⅲ频率分析计算了各站潮位的重现期,并与前人统计结果对比发现,各重现期潮位均显赫升高,外滩“千年一遇”防汛墙目前仅能防御“二百年一遇”潮位。

运用FloodMAP模型分别模拟5种重现期和极端潮位时灾害情景。

通过各街道乡镇人口统计数据来评估人口脆弱性。

研究结果显示：各重现期台风风暴潮主要对沿江1-2公里区域内造成较为危机的影响,50年一遇风暴潮属于高风险,其余均为中等风险；极端潮位时,淹没半径超过4公里,淹没面积达到
374.19km2,最大淹没深度6.84m,经济总损失达894亿元,可能造成灾难性影响,属于不可接受风险。

我国沿海地区作为世界上台风风暴潮灾害影响最为危机的区域之一,急需建立一套科学实用的风险评估范式。

尽管本文对台风风暴潮灾害风险评估的理论、方法和案例开展了较为系统的研究,但是由于所涉及的变量因素烦琐,现有的研究手段还存在诸多瓶颈,因此,未来应在多灾种情景模拟与综合风险评估、巨灾风险评估与应对、多时空尺度风险评估及尺度转换等领域进一步深化研究,从而为沿海地区减灾降险和管理决策提供依据。