风暴潮灾害风险评估.docx
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1、江苏省沿海风暴潮灾害的风险评估华东地球化学勘查与海洋地质调查研究院二OO九年十月1前言1.l项目概况项目来源:江苏省发展与改革委员会项目名称:江苏省沿海风暴潮灾害的风险评估承担单位:江苏省地球化学勘查与海洋地质调查研究院起止时间:2022年11月2022年11月1.2研究目的和任务目的我国是世界上受风暴潮危害最严重的3个国家之一,江苏省拥有管辖海域4万km2,毗邻黄海与东海,也是我国风暴潮灾害时常发生的几个省份之一。江苏沿海的风暴潮灾害不仅给沿海地区的人民生命财产造成严重的损失,而且对渔业、交通、海洋工程、能源设施和海洋资源开辟也造成严重的影响。特别随着沿海经济的发展,沿海地带人口稠密,社会财
2、富密集,工矿企业和海上生产活动日益增多,灾害造成的损失总体上呈明显的上升趋势。为了有效防治风暴潮灾害,合理修筑防护工程,对江苏沿海地区进行风暴潮灾害风险评估是当前亟需解决的问题。(2)任务应用统计学和数学模型方法,计算了不同重现期的极值高水位、组合高水位、可能最大风暴潮,确定了江苏沿海漫滩风险估计值。通过采集历史风暴潮资料,对江苏沿海各地的地理环境、不同强度台风登陆的概率、社会经济发展状况、基础设施及防护措施建设情况、承受风暴潮灾害以及灾后恢复的能力等有关因素进行实地调研和分类评估,建立一个江苏沿海风暴潮风险评估的模型,并在此基础上研究制定江苏省沿海地区风暴潮灾害风险区划图,为防灾减灾1.3研
3、究意义风暴潮是指由强烈的大气扰动,如台风、温带气旋和热带气旋引起的海面异常升高现象,它是造成沿海潮灾的最常见原因。它引起的灾害对印度次大陆和中国的海岸最为严重,在其他地方也不罕见。西北太平洋是台风最易生成的海区,全球台风有1/3摆布是发生在这个海区,强度也是最大的;在西北太平洋的沿岸国家中,我国是受台风袭击最多的国家。每年登陆中国或者在中国近海经过的台风总在10个以上,所产生的风暴潮也在10次以上。中国是世界上受风暴潮危害最严重的3个国家之一,每年带来严重的经济损失与人员伤亡,威胁到沿海的区域可持续发展。从历史资料看,几乎每隔三四年就会发生一次特大的风暴潮灾。1922年8月2日,一次强台风风暴
4、潮袭击汕头地区,造成特大风暴潮灾害,有7万余人丧生,无数的人流离失所,这是20世纪以来,我国死亡人数最多的一次风暴潮灾害,当时台风强度超过12级,造成增水达3.5米。1956年8月2日,正值朔望大潮期间,在浙江杭州湾引起特大风暴潮,在乍浦站测得最大增水值达4.57米,创全球风暴潮的最大增水值记录。1990年4月5日发生在渤海的一次温带风暴潮,海水涌入内陆近30公里,为建国以来渤海沿岸最大的一次潮灾。影响江苏沿海的风暴潮主要是由台风引起的台风风暴潮。据海岸带调查资料,在近31年(19501981年),影响江苏的台风计99次,其中93次影响沿海地区。有重大影响的台风,南通市段浮现8次,盐城市段浮现
5、6次,连云港市段5次。由于台风是一个中心气压极低的涡旋系统,在台风中心区局部海面会被抬高数米之多。加之江苏浅海区的地形,往往会引起风暴潮,造成海面升高,海水入侵。据连云港、射阳河口、吕四等7个站的资料,19711981年中,造成1.5m以上增水的台风13次,增水2m以上的有6站次,l1.5m增水的有20次。表1-1江苏沿海地区近年来风暴潮发生造成的损失年份受灾人口104农作物受灾/万hm2海洋养殖受灾/hm?损毁船只/艘死亡失踪人数/人直接经济损失/亿元2000640.72235853356.12004186190.2120054.20.0338220241.6据2000年江苏省海洋统计年报的
6、统计,1998年江苏省海洋产业创造的总产值就已经为228,019,312万元。可见,沿海经济已成为江苏经济新的增长点。但是海洋环境条件复杂多变,时常会导致海洋灾害的频繁发生。这些海洋灾害不仅给沿海地区的人民生命财产造成严重的损失,(如表1-1),而且对渔业、交通、海洋工程、能源设施和海洋资源开辟也造成严重的影响。特别随着沿海经济的发展,沿海地带人口稠密,社会财富密集,工矿企业和海上生产活动日益增多,一次海洋灾害造成的损失总体上呈明显的上升趋势。在影响江苏沿海的海洋灾害中,以台风引起的台风风暴潮灾害为主,其发生次数之多、影响范围之广、造成损失之大已引起了各部门的重视。“开展全国自然灾害的风险分析
7、急需开展重要经济开辟区的自然灾害风险综合分析和城市重大自然灾害的风险分析”一中国21世纪议程:中国21世纪人口、环境与发展白皮书。1.4研究区概况1.4.1 位置及范围江苏海域位于31。37W一35。08,之间,大部属南黄海,长江口以东属于东海。江苏沿海地区,包括连云港、盐城和南通三市,陆域面积3.25万平方公里,大陆岸线北起苏鲁交壤的绣针河口、南抵长江口北支苏沪交壤点,总长953.9km(内含7.9km长江口北支水域)。图1-1研究区地理位置图1.4.2 地质地貌江苏沿海地区地质构造,大致以淮阴一响水口断裂为界,以北属华北地台区,以南属扬子准地台区。第三纪以来,北部主要表现为断块上升,并发育
8、了一系列东北一西南向断裂,南部自中生代以来主要表现为沉降过程,形成一系列隆起和盆地,上覆巨厚的沉积层。江苏沿海地区,除赣榆的石桥、秦山岛等地出露太古界地层,云台山的东西连岛等地出露元古界地层外,其他地区皆为第四纪和第三纪沉积物所覆盖。第三纪地层全部埋于地下,厚I(Mom不等,临洪河附近最厚达55m。第四纪地层覆于其上,以射阳、大丰、东台沿海为最厚,达300400m;而海州湾山区丘陵因遭风化剥蚀近乎缺失,仅在河谷或者山前有些分布,厚度无非50m。沿岸陆地分为六个地貌区:(1)海州湾北部剥蚀海积平原,位子兴庄河以北,地势西北高东南低;(2)海州湾淤泥质海积平原,即兴庄河以南,灌河以北,云台山周围的
9、海湾平原;(3)云台山变质岩山地;(4)废黄河三角洲平原;(5)江苏中部海积平原;(6)长江三角洲平原,位于北凌河与长江口之间。1.4.3 气候条件江苏沿海地区位处北亚热带与暖温带之间,兼受海洋性、大陆性气候双重影响,气候类型以灌溉总渠为界,渠南属北亚热带季风气候,渠北属暖温带季风气候。太阳总辐射,渠北为493.9503.3kJcm-2a-l,渠南为460.4493.9kJcm-2a-l,全年总辐射量的60%集中在5月中旬至9月中旬,利于盐业生产。年均气温北低南高,北1314C,渠南1415C,受海洋调节,气温年、日变化较内地小,冬半年偏暖,夏半年偏凉,春季回暖迟,秋季降温慢。沿海因受季风气候
10、影响,降水较多,暴雨频繁。年均降水量,渠北8501000mm,渠南1000-1080mmo降水年内、年际变化较大。夏季降水可达全年40%-60%,冬季仅5%10%;而多雨年(1965年203Omm)与少雨年(1978年507mm湘比,相差3倍摆布。1.4.4 海洋水文条件(1)潮汐状况江苏沿海半日潮波占绝对优势。在江苏北部沿海,除无潮点附近为不正规日潮外,其余多属不正规半日潮,小部份区域是正规半日潮。南部海区受东海传来的前进波影响,为正规半日潮。(2)潮流20m等深线以内的海域潮流性质属正规半日潮流,而近岸和辐射沙洲脊群中心区附近,浅海分潮最为显著。海域近岸区和辐射状沙脊群附近,潮流日不等现象
11、较明显。(3)海浪状况海区全年盛行偏北向浪,多为以风浪为主的混合浪。南部偏北向浪的频率为63%,主浪向为ENE,其频率为8%,强浪向为NW和N;北部偏北向浪频率为68%,主浪向ENE,其频率为14%,强浪向为NEo秋季是全年风浪盛行的季节,9月份海区北部平均最大波高为2.9m,南部为2.0m。2以往调查研究工作及其存在的问题2.1 以往调查研究工作2022年,江苏省水文水资源勘测局和河海大学共同承担了“江苏沿海风浪场、潮位和风暴潮研究”项目。该项目密切结合近年来风暴潮高发态势和防台的实际需要,在高精度天文潮、风暴潮预报模式研究的基础上,着重研究江苏沿海风浪场、潮位和风暴潮。并取得以下主要研究成
12、果:建立了沿海风浪场数学耦合模型、潮位预报模型和台风增水数学模型;江苏首次建立江苏沿海的天文潮预报系统;还有就是推算出江苏沿海的风浪要素,对海洋工程建设提供了科学依据。在风暴潮灾害研究方面,1997年,王骊萌等对最近2000年江苏沿海风暴潮灾害的特征进行了分析;2002年,陆丽云等对江苏沿海的风暴潮灾害及其谨防对策进行了探讨;于福江等对影响连云港的几次显著温带风暴潮过程进行了分析及数值摹拟。在风暴潮灾害的风险评估方面,2022年,赵庆良等对沿海城市风暴潮灾害风险评估研究进行了综合评述;2022年,于文金等对江苏盐城海岸带风暴潮灾害经济评估方法进行了研究;2.2 存在问题从上可以看出,对于江苏沿
13、海地区风暴潮灾害的研究工作起步比较晚,缺乏系统的、全面的调查和研究,而且主要偏重于研究风暴潮灾害特征以及防灾减灾措施和对策,而对于江苏沿海地区风暴潮灾害的风险评估工作,惟独盐城地区对风暴潮灾害进行经济评估,也缺乏系统的灾害风险评估工作。根据国外对风暴潮灾害的防灾减灾的成功经验来看,对沿海地区进行灾害的风险评估,进行灾害区划。3国内外风暴潮灾害风险评估研究现状风暴潮灾害风险评估是风暴潮灾害风险管理研究中非常重要的内容,是把灾害的危(Wei)险性与承灾体的脆弱性密切联系起来的重要桥梁。在国际多学科开展的灾害风险研究中,除了强调自然灾害系统内在机制、风险评估模型、GIS在自然灾害风险模型中的应用研究
14、外,越来越关注从社会经济和人文行为等角度对人类自身接受风险水平开展综合研究,重点逐渐转向重视人类经济社会相对应的安全建设研究,把风险分析与相对应风险管理体系形成相联系,高度重视人类社会经济和文化系统对各种灾害的脆弱性响应水平与风险适应能力研究。因此,在风暴潮灾害风险研究中,应从自然、社会、经济、文化和政策等多角度对沿海城市面临风暴潮灾害的影响进行综合灾害风险评估。3.1 国外风暴潮灾害风险评估综述3.1.1 风暴潮灾害风险的危(Wei)险性研究风暴潮灾害风险危(Wei)险性研究包括对风暴潮强度和频率的数值预报以及不同重现期风暴潮潮高位的研究。国外风暴潮数值预报研究始于20世纪70年代,经过30
15、多年的发展,已在实时预报中得到广泛应用。例如美国的SLoSH模型、英国的海模型、荷兰的DELFr3D模型、丹麦的MlKEl2模型、澳大利亚的GCOM2D/3D模型和加勒比海地区的TAOS模型等,他们都有各自的特点,合用于不同国家的气候特征和海岸水文地貌特征。其中以美国的SLoSH模型最为成熟,在国内外得到了广泛的应用。近几年,美国SLOSH模式的创建专家开始运用地理信息系统为模型输入水深资料和地面数字高程资料,确定风暴潮灾害风险区,并开展了沿海特定区域风暴潮灾害风险评估。由于全球气候变化导致台风频率和强度的增加以及海平面的升高,进而增加了台风风暴潮的危(Wei)险性。KLMCinneS等对海平
16、面上升和风暴潮对澳大利亚东北部沿海CairnS市的影响进行研究。运用GC0M2D模型来摹拟大陆架的海流和海平面上升情况,并计算了不同气候条件下的风暴潮重现期。J.Benavente等对西班牙西南加第斯湾沿岸地区由于长期海岸侵蚀造成海岸线后退导致沿海地区风暴潮洪水危(Wei)险性的增加进行研究。根据当地的灾害风险和灾害的气象学、地貌学和水动力学特征,通过计算风暴潮潮高、建立DEM模型和风暴潮洪水演进模型,对多源信息进行整合绘制了风暴潮洪水危(Wei)险图,并对风暴潮洪水危(Wei)险性进行定量化评估。最后根据海岸线后退情况预测了未来风暴潮洪水可能影响的区域,并绘制出风险区划图。3.1.2 风暴潮
17、灾害风险的暴露性和脆弱性研究风暴潮灾害风险不仅与风暴潮的强度和频率有关,而且与风暴潮承灾体的暴露性和脆弱性密切相关。国外学者分别从社会经济学角度对风暴潮灾害风险的脆弱性和暴露性进行研究,建立了基于不同场景的动力学风险评估模型和相关的评价指标体系;并且把研究区域的尺度从大都市群逐渐缩小到城市社区,以提高风暴潮灾害风险评估的准确度。LiSaR.Leinosky等对美国大西洋沿岸弗吉尼亚州东南部HamPtOnRoads的大都市群区域面临飓风风暴潮洪水和海平面上升的脆弱性进行了实证研究。运用SLOSH模型和DEM模型对弗吉尼亚州HamPtonRoads地区遭遇不同强度的飓风风暴潮洪水,在不同海平面高度
18、条件下的暴露性进行了分析。从社会经济学角度运用主成分分析方法进行社会脆弱性分析,并绘制了暴露性和脆弱性风险图。还根据未来不确定的人口增长和分布情况以及海平面上升情况,在设计不同的场景条件下对风暴潮灾害风险的脆弱性进行研究。Ken.Granger对澳大利亚CaimS市的风暴潮灾害风险进行了定量化研究。该文研究了城市社区对风暴潮灾害的暴露水平和脆弱性的度量方法;并在CaimS市进行了实证研究。根据不同概率条件下的风暴潮潮高、DEM模型和洪水淹没深度设计不同的风暴潮暴露场景,并对不同的建造物和城市基础设施的暴露性进行了评估。从社会、经济、文化和建造等角度建立了城市社区脆弱性评价指标体系和综合评价指数
19、。A.D.RaO等对印度洋孟加拉湾沿岸安得拉邦地区的风暴潮和台风灾害的脆弱性进行研究。他们运用了一系列详细的地图描绘了城市地区的自然脆弱性,特别是对全球变暖和不同风暴潮重现期条件下洪水淹没区和强台风脆弱区进行了研究。从社会学角度根据不同的社会经济学参数确定出脆弱性区域,并同时给出风暴潮洪水和台风灾害脆弱性区划图。3.1.3 风暴潮灾害风险区划及灾情损失评估风暴潮灾害风险区划,不仅要对风暴潮风险大小进行等级划分,而且还要划分不同等级风险的区域范围。美国的风暴潮灾害风险区划是把袭击大西洋和墨西哥湾沿岸的台风按强度分为五类,对研究区域采用SLoSH模式按台风强度分类计算,计算台风移速时用历史上袭击这
20、一地区台风移速的平均值,每类台风所有可能路径均进行SLOSH模式计算,依据模式计算结果绘出每类台风最大的风暴潮淹没陆地范围。也可按100年一遇台风计算风暴潮淹没陆地面积的大小。Willian等对美国风暴潮灾害风险区划及评估方法作了较详细阐述,并对风暴潮灾害造成的损失进行估计,但由于是以县为单位进行基本的社会经济资料统计,因此计算结果的实用性较低。其它相关研究还有Zerger等对澳大利亚CairnS市的风暴潮灾害风险进行评估,并就不确定因素对风暴潮灾害风险管理的影响进行比较研究。此外,Zerger还对基于GIS的风暴潮灾害风险决策模型的有效性进行检验。日本学者对居住在大都市中的贫民或者流浪者等城
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