天津市滨海新区主要自然灾害风险评估

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。天津市滨海新区是继深圳经济特区、浦东新区之后,又一带动区域发展的新的经济增长极。然而,特殊的自然地理条件和沿海人为活动的影响,使滨海新区成为我国沿海受自然灾害影响较大的地区之一。开展天津市滨海新区主要自然灾害风险评估研究将为该区制定综合自然灾害风险管理范式、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项目(40730526、40571006和70703010)的资助下,本文在运用经验模态分解(EMD)和Mann-Kendall等方法分析天津市滨海新区主要自然灾害变化特征及其形成机理的基础上,基于概率分析和情景模拟,运用编译的基于GIS的计算机程序和水文数学模型对天津市滨海新区地面沉降、暴雨内涝、风暴潮等自然灾害进行了风险评估,依此提出了天津市滨海新区自然灾害风险管理的对策和建议。本文取得的主要结论如下:
　　(1)天津市滨海新区主要自然灾害各自特征如下:累计地面沉降较大、地面沉降趋势减缓;海平面持续上升、月平均海平面汛期较高;降水总体趋于减少、年内分配不均、暴雨频次增多且强度增大;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。
　　(2)基于自然灾害系统理论构建了既反映累计地面沉降情况又考虑地面沉降主要致灾因子及其变化发展趋势的地面沉降相对风险评价指标体系,天津市滨海新区地面沉降相对风险评估结果表明:该区地面沉降高风险区和较高风险区主要位于汉沽区城区,塘沽区胡家园街、杭州道街、向阳街和新港街,津南区葛沽镇,以及大港区的中塘镇和小王庄镇。
　　(3)鉴于地面沉降演化的地质系统渐变性特征,从主要致灾因子考虑建立地面沉降数值模型。设计三种地下水开采方案,编译计算机程序预测地下水位动态变化过程中的地面沉降值,并计算不同方案下的地面沉降损失。至2020年,三种方案下天津市滨海新区最大累计沉降量分别达650mm、520mm和150mm;全区平均累计沉降量分别达268mm、177mm和95mm;地面沉降损失分别达122.21×10~8元、80.71×10~8元和43.32×10~8元。
　　(4)自行开发了基于GIS的洪水淹没区计算模块,利用模块中无源淹没程序计算和模拟了不同重现期暴雨内涝的淹没范围和淹没深度,根据不同淹没水深损失率计算出淹没损失。现状条件下,发生千年一遇、二百年一遇和五十年一遇暴雨时,天津市滨海地区分别有22.85％、20.06%和16.42%的土地不同程度受淹,淹没损失分别达28.16×10~8元、23.89×10~8元和18.46×10~8元。
　　(5)根据地面沉降和海平面上升预测结果设计了最不利、适中和最理想化三种情景,分别评估了2020年三种情景下不同重现期暴雨内涝风险。至2020年,发生千年一遇、二百年一遇和五十年一遇暴雨时,在最不利的情景一下:天津市滨海新区分别将有32.73%、29.34%和26.01%的土地不同程度受淹,受淹人口分别为225～338万、203～305万和176～264万,淹没损失分别达220.89×10~8元、181.39×10~8元和139.12×10~8元;在最理想的情景三下:该区分别将有29.06%、25.83%和22.58%的土地不同程度受淹,受淹人口分别为200～300万、179～268万、150～224万,淹没损失分别达174.48×10~8元、135.29×10~8元和111.53×10~8元。
　　(6)根据历史上典型风暴潮淹没情景,在现有防潮堤的情况下,运用圣维南和薄壁堰自由出流等公式推求不同频率风暴潮进潮量,利用开发的有源淹没程序计算不同频率风暴潮淹没范围。天津市滨海新区出现频率为5%、1%和0.5%的年最高潮位分别达4.54m、4.92m和5.08m(大沽零点基面);现状条件下,三种频率风暴潮可能淹没的土地面积分别达5.25km~2、58.38 km~2和118.50km~2;淹没损失分别达1.79×10~8元、3.93×10~8元和5.06×10~8元。
　　(7)根据天津市滨海新区主要自然灾害风险评估结果,确定天津市滨海新区自然灾害风险管理的对策:加强地面沉降防治管理、加强防洪减灾体系建设、加强泻湖——防潮堤等海挡工程体系建设以及加强“三廊三带三区”生态用地的布局和建设等。

目录

论文摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 国内外研究进展综述

1.2 选题背景与研究意义

1.3 研究目标与内容

1.4 研究方法、技术路线与创新点

2 研究区域概况

2.1 天津市滨海新区自然地理特征

2.2 天津市滨海新区社会经济状况

2.3 天津市滨海新区自然灾害概况

3 地面沉降灾害风险评估

3.1 地面沉降概况

3.2 地面沉降成因分析

3.3 地面沉降预测

3.4 天津市滨海新区地面沉降风险评估

4 暴雨内涝灾害风险评估

4.1 降水概况

4.2 暴雨内涝成因

4.3 不同频率暴雨强度计算及其空间插值

4.4 天津市滨海新区暴雨内涝风险评估

5 风暴潮灾害风险评估

5.1 风暴潮概况

5.2 风暴潮成因分析

5.3 风暴潮极值频率分析

5.4 天津市滨海新区风暴潮风险评估

6 天津市滨海新区自然灾害风险管理

6.1 自然灾害风险管理对策

6.2 自然灾害风险管理实施战略

7 结论和展望

7.1 主要结论

7.2 研究展望

附录

参考文献

后记