海平面上升对城市水安全影响研究及展望论文
摘要：全球气候变暖致海平面不断上升,日渐成为多种海洋灾害的诱因,对沿海城市或
地区水安全构成潜在威胁和风险。对海平面上升及其对沿海城市水安全的危害进行了概述,对国内外海平面上升及其影响的研究成果和进展进行了综述;结合沿海地区水安全面临地
面沉降的人为灾害与海平面上升的自然灾害的双重影响,提出了未来加强和加快两者叠加
影响研究的若干展望,为类似地区或城市水务行业技术或管理人员提供参考。
关键词：沿海城市; 海平面上升; 地面沉降; 城市水安全;
全球气候变暖引发全球海平面不断上升,已成为国际社会公认的不争事实[1-4]。不少
学者研究发现[5-9],自20世纪60年代以来,从上海近海、东海、西北太平洋到全球海洋,
海平面加速上升十分明显;在未来50~100年间,这种趋势还将继续存在,且中国沿海的海平
面变化也将受其直接影响。应对海平面上升的成效关系到沿海地区经济社会的可持续发展
和沿海城市的公共安全与稳定。沿海城市既是全球人类活动最活跃、人口密度最大、经济
社会发展速度最快的地区,又是海岸侵蚀、风暴潮、洪涝及海水入侵等自然灾害易发常发
之地。海平面上升无疑会加剧这些地区灾害发生的风险、频率和程度,即使海平面仅有数
十厘米的上升量值,其增大的灾害损失都将十分惊人。如若再叠加因人类开发建设活动引
起的区域地面沉降影响,将进一步增大沿海城市居民和自然生态环境所面临的灾害程度与
风险。本文主要介绍海平面上升对城市水安全影响的研究进展,并结合沿海地区地面沉降
的人为灾害,对未来沿海城市开展两种灾害的叠加影响及其应对研究提出了若干展望。
1 海平面上升及其对沿海城市水安全的危害
近一个世纪以来,全球气候变暖趋势较为明显。全球气候变暖而引起的海水增温膨胀、陆源冰川和极地冰盖融化等是导致全球海平面上升的主要原因,这一结论已由联合国政府
间气候变化专门委员会IPCC《气候变化200第四次评估报告》AR4所证实[10-11]。据美
国NBC新闻报道专家们日前的警告,在过去的20年里,海平面的上升速度远远超过联合国
科学机构的预测,此结论源自卫星数据显示海平面在1993~2021
年间平均每年上升3.2 mm,比IPCC预测的每年2 mm的升幅高出60%;且无论未来10年里全球气温升高多少,预计海平面上升都不会在2100年之前停止[12]。
海平面上升由绝对海平面上升和相对海平面上升构成。其中绝对海平面上升即理论海
平面上升,是指海洋表面与地心之间的距离的变化,通常指全球性的海平面绝对上升量,理
论上由全球气候变暖造成的海水膨胀、极地冰盖和陆源冰川冰帽等融化引起。相对海平面
上升是指某一地区的实际海平面变化,在数值上为全球海平面上升加上当地陆地升降值即
当地当期地壳升降量和局部地面沉降量之和。其中,绝对海平面上升是不可逆的过程,而相
对海平面上升的过程是可以控制和减缓的。相对海平面上升对当地的生活生产有直接影响,同时也对区域的长期规划建设有重要的参考,因而,研究当地的相对海平面变化尤其对沿海
沉降地区更具现实意义。
海平面上升造成的直接后果包括:沿海低洼地带淹没、湿地变迁、沿海防护工程功能降低、城市洪涝风险和海水倒灌威胁加大。此外,海平面上升作为一种缓发性海洋灾害,具有长时间尺度的累积效应,包括加速海岸侵蚀、加重风暴潮灾害、加剧盐水入侵、加重洪涝灾害、加重土壤盐渍化和咸潮等海洋灾害的致灾程度,淹没滨海低地,破坏生态环境,给沿海地区的经济社会发展带来严重影响。
2 国内外关于海平面上升及其影响研究的动态
2.1 国外研究进展
1985年,世界科学联合理事会ICSU世界气象组织WMO和联合国环境保护署UNEP在奥地利菲拉赫Villach召集专门会议讨论了CO2等温室气体增加、全球变暖致使海平面上升和其他一系列严重的环境变化。1988年,IPCC在WMO和UNEP联合下建立,其主要职责是评估有关气候变化问题的科学信息以及评价气候变化的环境和社会经济后果,并制定现实的应对策略[10]。自成立起,IPCC撰写了一系列评估报告如1990年、1995年、2001年和2021年评估报告、特别报告、技术文件、方法报告,这些报告已经成为标准参考著作而被决策者、科学家、其他专家和学生广泛引用。IPCC第4次评估报告指出,至21世纪末,全球平均地表气温可能升高1.1℃~℃,全球平均海平面上升幅度预估范围为18~59
cm[11]。
2.2 国内研究进展
我国也于20世纪80年代同期重视海平面变化及其影响,重点研究了几十年至百年短尺度的现代海平面上升问题。1993年,中科院地学部组织一批院士和专家对珠江三角洲、长江三角洲、黄河三角洲及天津地区进行了考察,发现许多与海平面变化有关的问题亟待研究,遂建议各考察地区自行设立专项开展海平面上升及其影响和对策研究。随后,上海、广东、天津等地相继响应,陆续开展了本地区海平面研究,对我国在该领域的研究起到很大的促进作用。
2.2.1 中国海平面公报[13]
国家海洋局自2000年以来,每年发布全国四大海区及沿海省直辖市的海平面变化状况及其发展态势公报,对全国及沿海地方省直辖市海洋管理部门及有关单位应对海平面上升影响及其相关措施与对策具有重要指导意义。近30年来,中国沿海的海平面呈波动且明显上升趋势,年际变化规律为:2001~2021年中国沿海的平均海平面总体处于历史高位,比1991~2000年的平均海平面高25
mm,比1981~1990年的平均海平面高55 mm。1980~2021年中国沿海海平面上升速率为2.9 mm/a;中国沿海海平面变化存在区域差异,渤海西南部和长江口沿海海平面上升幅度较大,1980~2021年上升幅度超过150 mm,远高于全国沿海海平面平均上升幅度的100 mm。
2.2.2沿海省直辖市研究动态
1珠江三角洲地区。20世纪90年代中后期,广东省开展了《广东海平面变化及其影响与对策》研究[14],相关成果包括:11955~1994年间广东相对海平面上升速率为2.0~2.5 mm/a;2合理推算了2030年相对海平面上升幅度,珠江口为30 cm,粤东为15 cm,韩江口为20
cm等;3评估了海平面上升对加剧风暴潮灾害、抬高珠江河口水位、削弱江海堤围
防御能力、扩大盐水入侵范围以及对滩涂资源利用和珠江三角洲综合整治等的影响;4讨论了沿海工程设计参数应有的变更;5提出了海平面灾害综合评估与防御减灾对策,包括提高堤围非抗御能力、提高沿海工程的设计潮位和设计波高、增加电排装机容量、兴建珠江三角洲的大型控制性工程等。
2长江三角洲地区。国家海洋信息中心曾于20世纪90 年代末期开展了海平面上升对长江三角洲地区的影响评价研究。孙清等[15]根据IPCC1990年评价报告拟定的方案,取至2025年、2060年和2080年海平面分别上升30 cm、65 cm、100
cm等情况对长江三角洲地区进行了沿海脆弱性评价研究,提出长江三角洲地区岸段是我国海岸侵蚀最为严重的岸段,研究区侵蚀岸段在各研究期大约分别增到425 km、450 km、480 km,潮滩和湿地损失分别为34 km、74 km、113 km;长江口的潮水上溯使盐水入侵,造成水质恶化;海平面上升将导致风暴潮灾害加剧,如海平面上升65
cm,原来100年一遇的极值高潮位变为10年一遇。后来,中科院南京地理与湖泊研
究所、中科院地理科学与资源研究所等单位也曾研究过海平面上升对长江三角洲、苏北平原海岸侵蚀的可能影响及江苏沿海低地的灾害效应研究,取得诸多成果,对该区域应对海平面上升的影响具有重要指导作用[16]。1994
年,上海“海平面上升研究课题组”开展了地区海平面变化趋势的研究和预测,以及海平面上升分别对防汛、水资源和水环境、海岸侵蚀、航道和港口等的`影响和对策研究等,并完成了《海平面上升对上海影响及对策研究总报告》[17]。报告对上海地区吴淞、
高桥、黄浦公园、金山嘴等8个主要站点海平面变化现状及未来趋势进行了研究分析,得
出1961~1990年上海地区海平面上升速率为2.0
mm/a,并预测了未来3 个20 年期即分别至2021 年、2030 年、2050 年上海地区海平面上升速率为2.0 mm/a、2.5 mm/a、5.0 mm/a;在考虑到期间上海地区地面沉降因素后,继而预测2021 年、2030 年、2050 年上海地区海平面RSL相对于1990 年分别上升15~25 cm、30~40 cm、45~55
cm。这些研究成果已成为目前上海市重大工程建设、城市规划与建设应对海平面上升影响的重要依据。不过,该轮研究主要基于IPCC当时推荐的相对海平面变化值,后来经
实测数据验证发现即2021~2021 年华东师范大学组织的长江口海平面上升影响及其应对研究项目,该海平面上升预测值过于悲观,且得到IPCC官员近期的认可,如该报告预测高桥潮位站至1990~2021年相对海平面上升24
cm,但是根据1990~2021年高桥站实测海平面上升5.2 cm,远远低于原预测值。根据海平面变化新形势,2021 年上海市启动新时期“长江口海平面上升对上海城市安全影响及其应对关键技术研究”项目,其主要成果或结论包括:①校正研究预测至2030年上海地区
海平面上升值为10~16
cm此为相对海平面。②在海岸侵蚀方面,海平面上升将导致长江河口航道拦门沙滩