上海沿海地区台风风暴潮灾害情景模拟及风险评估

摘要

自然灾害风险是当代国际社会、学术界普遍关注的热点问题。沿海城市是世界上人口、经济和社会发展的重要区域和集聚中心，也是自然灾害易发和频发区域。上海是中国内外开放，南北交流、东西联动的枢纽和经济龙头，而风暴潮灾害是该地区的群害之首，由此造成的社会经济损失极为严重。开展上海沿海地区风暴潮灾害的风险评估研究可为上海市制定风暴潮灾害风险管理范式、应急控制预案和可持续发展模式提供理论基础和科学依据。
　　 在国家自然科学基金重点项目“沿海城市自然灾害风险应急预案情景分析(40730526)”、国家自然科学基金项目“中国沿海城市自然灾害风险评估体系研究(40571006)”和上海市科技启明星计划项目“基于情景分析的上海市自然灾害风险评估与区划研究(090A1401800)”的资助下，本论文系统分析了上海风暴潮变化特征及其形成机理；利用ArcGIS平台，构建了风暴潮灾害静水模型；基于Mike21水动力模型，运用数值计算和空间地理分析相交互方法，构建了台风风暴潮动态情景模拟模型；从危险性、脆弱性和暴露性角度，评估了不同频率风暴潮灾害风险，建立了一套适于上海风暴潮灾害风险分析与研究的方法体系。
　　 本文得到以下8方面成果：
　　 1．构建了适应于上海沿海地区的城市风暴潮灾害风险评估系统。该系统分为风险辨识、风险分析和风险评估三部分，其中风险辨识包括风暴潮特征分析、历史潮灾分析和致灾因子分析；风险评估包括致灾因子危险性分析，承载体脆弱性分析和暴露性分析。
　　 2．采用了基于情景分析的模拟方法开展风暴潮灾害风险评估。该方法有别于传统的基于指标的风险建模，采用多种时空情景（时间尺度、空间尺度、频率一重现期）、自然情景（台风、风暴潮、地面沉降、海平面上升）、人为情景（社会经济、人口分布）进行历史潮灾再现和预设潮灾模拟。并基于ArcGIS和Mike21两种方法分别进行潮灾的静态模拟和动态模拟，风险表达更具真实性、直观性。
　　 3．上海城市台风风暴潮灾害是天文、气象、地形、海平面上升多重因子作用结果。并具有以下特征：年最高潮位持续较高、各月出现频率不均、风暴潮出现频次不断增加、风暴潮灾害严重。通过ArcGIS平台对上海滨海地区风暴潮灾害进行静态模拟，可知在堤坝受损情景下，无论发生百年一遇还是千年一遇潮灾发生时，研究区几乎全部受灾。而在有堤坝情景下，即使考虑地面沉降因素影响，千年一遇和百年一遇风暴潮在很长一段时期内对上海滨海三区都不会造成严重影响。
　　 4．在堤坝受损情景下百年一遇潮灾最大淹没面积为1041.45km2，占整个滨海三区总面积的58.30％，位于浦东大部，南汇南部和奉贤东部。最深淹没深度为1.50m，位于奉贤区东南沿海地区与南汇区相邻的滩涂上。相对的千年一遇潮灾最大淹没面积为1384.97km2，占整个滨海三区总面积的72.99％，几乎覆盖了浦东、南汇全部地区，仅在奉贤西北部地区没有淹没。最深淹没深度为2.70m，位于顾路镇和龚路镇沿海地区。
　　 5．对两种时间情景下各土地利用类型暴露性进行评估。无论百年一遇还是千年一遇潮灾，居住区用地和农业用地的的淹没范围变化较大，其中千年一遇居住区淹没面积是百年一遇的3.75倍，农业用地淹没面积是百年一遇的1.44倍，其他土地利用类型是百年一遇的1～1.3倍。
　　 6．根据上海市历史灾情现有资料确定损失率与淹没水深间函数关系，提出各类财产不同水深等级的潮灾损失率。各土地利用类型淹没水深叠加上对应的脆弱度，得到整个研究区域内不同土地利用的潮灾损失率。其中，堤坝受损情景下百年一遇潮灾损失率主要集中在10％～20％之间，最大潮灾损失率为50％，即为淹没水深1.0m～1.5m下农业用地的损失率；对应千年一遇潮灾损失率主要集中在10％-20％和20％～30％之间，最大潮灾损失率为100％，即为淹没水深>2.0m下农业用地的损失率。
　　 7．堤坝受损情景下百年一遇潮灾发生时，上海市滨海三区（浦东、南汇、奉贤）潮灾淹没损失值为505.8685亿元；对应千年一遇潮灾淹没损失值为801.9613亿元。不同重现期情景下各土地利用类型潮灾淹没损失值大小顺序为：工业仓储用地损失>公共设施用地损失>交通用地损失>农业用地损失>绿化用地损失>居住用地损失>水域用地损失。
　　 8．以浦东国际机场为研究对象，堤坝受损情景下百年一遇潮灾的最大淹没面积为11.96km2，占整个浦东机场总面积的29.90％，最深淹没深度为0.59m。相对应的千年一遇潮灾的最大淹没面积为28.21km2，占整个滨海三区总面积的70.51％，最深淹没深度为0.62m。二者淹没水深大多集中在0m～0.5m范围内，分别占淹没面积的98.50％和94.94％。参照2009年上海浦东机场利润收入，进行潮灾损失评估得：发生百年一遇潮灾时，损失5023万元，停航造成的滞留旅客为9.9万人次，货邮87.65万吨；发生千年一遇潮灾时，损失12014万元。停航造成的滞留旅客为11.88万人次，货邮105.18万吨。