海平面上升对中国沿海主要脆弱区潜在影响的研究

海平面上升对中国沿海主要脆弱区潜在影响的研究

杜碧兰　田素珍　沈文周　桂志强

(国家海洋局海洋发展战略研究所)

蒋景瞳　王东华

(国家测绘局国家基础地理信息中心)


摘要

　　本文探讨了海平面上升对中国海岸带三大主要脆弱区——珠江三角洲、长江三角洲及苏北沿岸、黄河三角洲及渤莱湾沿岸地区——社会经济发展的潜在影响。

　　IS技术及全国1：1000000地形数据库和数字高程模型(DEM)，在ARC／IN—FO软件支持下，计算了沿海三大脆弱区在有、无防潮设施情况下，从平均大潮高潮位、历史最高潮位和百年一遇高潮位起算，相对海平面上升30、65和100cm时，海水可能淹没的范围并编制了海水淹没范围的专题图件。 对不同情况下各区淹没范围内可能造成的潜在经济损失和受灾人口进行了分析和评价。在适应对策选择中选择了防护对策并计算了三大脆弱区在现有防潮设施情况下，为了对付上述海平面上升威胁，所需加高加固海堤的费用，及其占各区域国民生产总值( GNP)的百分比，最后给出了防护对策选择的费用效益分析。

关键词

海平面上升　数字高程模型　历史最高潮位　百年一遇高潮位　海水淹没专题图　费用效益分析

前 言

　　最近对21世纪全球海平面上升作出的最佳估计是2050年将上升20cm，不确定范围为7－39cm：2100年全球海平面将上升49cm，不确定范围为20－86cm。 中国沿岸海平面上升的最佳估计是2030年将上升6－14cm，2050年上升12－23cm，2100年上升47－65cm[1]。

　　上升威胁着中国沿海地区的滨海平原和河口三角洲，由于这些地区的地面高程较低，成为沿海的脆弱区。我们基于全国11000000地形数据库和全国数字高程模型（DEM），计算出的中国沿海地区地面高程小于和等于5m的脆弱区面积为14.39×104km2，约占沿海 ll个省、市、自治区面积（未含台湾省及港澳地区）的 l1.3％，全国陆地国土面积的1.5％。

　　选择了中国沿海地区的三个大的主要脆弱区，即珠江三角洲地区（21°45′－23°30′N，l12°20′－ l14°30′E）、长江三角洲及江苏和浙北沿岸地区（28°30′－35°20′N， l18°00′＝123°00′E）、黄河三角洲及渤海湾和莱州湾地区（36°30′－40°30′N， l16°00′－120°30′E）。这三个主要脆弱区的面，面积约占全国沿海脆弱区面积的70％，将承受着海平面上升的严重威胁。

　　在海平面上升的研究中， IPCC为了在全球范围内，对不同沿海国家或地区进行海平面上升情景的比较，于1991年公布了“沿海地区海平面上升脆弱性评价七步骤”[1]，要求各国的海平面上升个例研究中，必须考虑上升30cm和100cm的极端情况。本研究选择了三种海平面上升情景：未来海平面上升30、65和100cm。为了估算未来海平面上升不同情景可能出现的淹没区，我们从黄海平均海平面起算，选取了研究区沿海验潮站的平均大潮高潮位、历史最高潮位、百年一遇高潮位三种范畴，作为基础背景起算潮位，并在此值上叠加不同海平面上升值，用于淹没潮位计算。平均大潮高潮位表征沿海某站区的大潮高潮位的平均状况，出现频率较高。历史最高潮位是表征某站区由于风暴潮等影响而出现的历史极端最高潮位。百年一遇高潮位是根据年最高潮位序列用重现期极值计算方法求得。后者建议作为未来沿海重点城市和重点开发区所考虑的防潮标准。

1 海平面上升可能淹没范围计算

1.1 基础信息的获取

　　对中国沿海三大主要脆弱区，即珠江三角洲、长江三角洲及江苏和浙北沿岸、黄河三角洲及渤海湾和莱州湾沿岸，进行详细的验潮站基础潮位、地形数据、地理要素、堤顶高程等数据的选取。其中大比例尺地形数据的获取是问题的关键，因为它决定着计算海平面上升影响范围的精确程度。为达到美国、荷兰和日本等国在地形数据采集方面的现有技术水平，我们采用 GIS技术，在全国1:1000000地形数据库和全国数字高程模型（DEM）的基础上，计算得出了上述三大脆弱区10m以低地区的地形高程分布，其精度达0.01m。各脆弱区堤顶高程数据取自沿海地区1:50000地形图，并与有关水利部门核实后才纳入基础数据。在上述三个主要脆弱区中，选择了黄河三角洲及渤海湾和莱州湾地区验潮站的基础潮位和堤顶高程展示于表1。


表1 黄河三角洲及渤海湾和莱州湾验潮站基础潮位和堤顶高程(黄海基面)

序

号
站 名
站 位
无防潮设施
有防潮设施

纬 度
经 度
平均大
潮高潮
位(cm)
历史最
高潮位（cm）
历史最
高潮位（cm）
百年一
遇高潮
位(cm)
堤顶
高程
(cm)

1
秦皇岛
39°54′N
119°36′E
52
166
166
175
200

2
塘沽
38°59′N
119°45′E
144
332
332
331
300

3
羊角沟
37°16′N
118°52′E
109
366
366
410
300

4
夏营
37°03′N
119°28′E
77
340
340
366
280

5
龙口
37°39′N
120°19′E
74
249
249
230
250



　　由表可看出，黄河三角洲及渤海湾和莱州湾地区的堤顶高程现有标准偏低，有些地区低于历史最高潮位，因此很难对付未来海平面上升的威胁。

1.2 淹没区的计算方法和步骤

　　由于目前国内外学者在估计未来海平面上升影响的淹没范围中，往往不考虑沿海现有海堤设防情况。针对这一不足，我们在淹没区计算中考虑了各脆弱区现有设防情况，为了便于比较，分别对三个重点脆弱区域进行了无防潮设施和有防潮设施情况的海水淹没区计算。

1.2.1 计算潮伎值与堤顶高程的比较

　　首先计算每个重点脆弱区各验潮站从黄海平均海平面起算的平均大潮高潮位、历史最高潮位、百年一遇高潮位。然后从现有大比例尺1:50000沿海地形图上摘取有关岸段的海堤高程值，经核实更新后，得到各验潮站附近岸段现有海堤高程值。对无防潮设施情况的计算，只选择了平均大潮高潮位和历史最高潮位。对有防潮设施情况，则选择了历史最高潮位（为了便于比较和自中一遇高潮位）。在上述三种不同基础潮位的基础上，分别叠加海平面上升30、65和100cm三种情况。对有防潮设施情况，必须对所得新的叠加潮位与堤顶高程进行比较，若潮位值大于堤顶高时，则海水淹没，否则具有防护能力。

1.2.2 地形数据处理及投影转换

　　为能在三个主要脆弱区内10m以低地带得到等高距为 lm的地形高程分布，在全国1:1000000地形数据库和1:1000000数字高程模型（DEM）基础上，通过内插加密和资料补充，形成沿海地带 DEM数据，其象元分辨率，对珠江三角洲地区为200m×200m，其余两个脆弱区为200m×300m，高程精度为0.01m。最后将地形等高线、境界（海岸线、省界、县界）、河流、铁路、公路、居民地、验潮站等地理要素信息，由等角圆锥投影坐标系转换到墨卡托投影坐标系。

1.2.3 验潮站控制区的确定

　　每个脆弱区域内均选有一定数量观测序列较长的验潮站。即珠江三角洲选人8个：广州、黄埔、横门、赤湾、灯笼山、黄金、三灶、泗盛围；长江三角洲及苏北沿岸选人14个验潮站：连云港、燕尾、吕四、吴淞、高桥、中浚、金山嘴、乍浦、滋浦、长徐、镇海、定海、海门、健跳；黄河三用洲及渤海湾和莱州湾沿岸选人5个验潮站：秦皇岛、塘沽、羊角沟、夏营、龙口。每个验潮站控制区的确定取于下列因素：

验潮站的潮汐性质 D=(HK1十 HO1)／( HM2十 Hs2)；

验潮站所处的流域和水系；

验潮站之间地形和等高线分布特点。

　　综合上述因素考虑后，按所选验潮站位置，将研究区域划分成若干控制区，同时将地形等值线分布也切割成相应的控制区。

1.2.4 淹没区计算及编辑处理

　　对无防潮设施和有防潮设施情况，进行考虑。前一种情况，需对每个脆弱区的每个验潮站，远择不同基础潮位加海平面上升值，并与控制区的高程值相叠加，即可进行淹没范围的计算。后一种情况，需再与当地高程进行比较后，才能进行淹没区计算。最后将每一脆弱区内的问一潮位高度范围围相加，并转换为多边形矢量数据，便得出某一海平面上升高度下的海水淹没范围。对相邻两个验潮站因潮位不同而产生的不衔接现象，应用 ARC／INFO的编辑功能，进行平滑处理。最后将不同海平面上升情景计算出的淹没范围，与行政边界（省、县、市、区）进行叠加分析，即可得出母个县、市或区的海水淹没面积。与县、市相应总面积相比，即可得出淹没区的百分比（亦称淹没系数）。

1.3 海水可能淹没范围