蔡榕碩，許煒宏，2

（1. 自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005；2. 中國電建集團(tuán)福建省電力勘測設(shè)計院有限公司，福建 福州 350003）

近幾十年來，在全球氣候變暖背景下，中國沿海地區(qū)海平面持續(xù)上升，強臺風(fēng)增加，海平面上升疊加臺風(fēng)-風(fēng)暴潮引起的海岸洪水災(zāi)害增強趨頻，沿海地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展面臨日益嚴(yán)重的影響［1］。聯(lián)合國防災(zāi)減災(zāi)署［2］發(fā)布的《回顧過去20 年災(zāi)害對人類的影響（2000—2019）》（Human cost of disasters：An overview of the last 20 years 2000-2019）報告指出，近20年中，洪澇災(zāi)害發(fā)生次數(shù)從之前20年1 389次增加到3 254次，影響了全球16億人，居各類災(zāi)害之首。中國年均發(fā)生20次洪災(zāi)，受災(zāi)人口約占全球的55%，可見洪水災(zāi)害是影響中國最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一［3］。其中，沿海極值水位引發(fā)的海岸洪水災(zāi)害因其造成的破壞之大，帶來的損失之巨，近年來得到許多關(guān)注和重視。1975—2016年，全球80.2%因洪水死亡的人口出現(xiàn)在距海岸線100 km 的地區(qū)內(nèi)［3］。據(jù)統(tǒng)計，1949—2009 年，中國沿海省份共發(fā)生了220余次較為嚴(yán)重的臺風(fēng)和風(fēng)暴潮災(zāi)害［4］。其中，海平面上升、臺風(fēng)和風(fēng)暴潮疊加產(chǎn)生的海岸洪水經(jīng)常造成沿岸地區(qū)嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。

在全球氣候變化背景下，海平面上升疊加臺風(fēng)-風(fēng)暴潮造成的海岸洪水災(zāi)害具有高度的不確定性和復(fù)雜性，并使得沿海地區(qū)自然與社會環(huán)境產(chǎn)生一系列的連鎖反應(yīng)，沿海地區(qū)尤其是濱海城市海岸地區(qū)的開發(fā)利用又加劇了海岸洪水等致災(zāi)事件的危害性，造成的經(jīng)濟(jì)損失也在持續(xù)增加［1-5］。Hallegatte 等［6］的研究表明，濱海城市因海岸洪水災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失和經(jīng)濟(jì)損失占生產(chǎn)總值的比例大小排名，到2050 年，在全球最脆弱的前20 個城市中，有5個是中國的濱海城市：廣州市、湛江市、深圳市、天津市和廈門市。隨著全球氣候變化的加劇與濱海城市經(jīng)濟(jì)活動的增加，預(yù)計濱海城市未來將面臨更嚴(yán)峻的海岸洪水災(zāi)害風(fēng)險［7-9］。其中，政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第二工作組（WGII）發(fā)布的第六次評估報告（AR6）指出，相對于工業(yè)化前（1850—1900 年），近期（2021—2040 年）全球升溫幅度將達(dá)到1.5 ℃，低洼沿海地區(qū)的氣候風(fēng)險將加?。?］。鑒于氣候變化背景下中國濱海城市海岸洪水危害性的變化，對于海岸洪水災(zāi)害造成的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險的研究也愈顯重要。

1 濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險定義與評估方法概述

海岸洪水是指沿岸地區(qū)的水量劇增或水位急漲，并超過該地區(qū)容水場所承載能力的水文現(xiàn)象。目前海岸洪水（Coastal Flood）的類型界定，主要分為廣義和狹義兩種［10-12］。廣義上的海岸洪水，是根據(jù)發(fā)生地屬性界定的，指的是發(fā)生在沿海地區(qū)的洪水事件，包括但不僅限于海平面上升、天文大潮和風(fēng)暴潮引起的洪水，還包括有河流徑流、極端降水和排澇不暢等綜合作用導(dǎo)致的沿海城市內(nèi)澇（Waterlogging）、河道型洪水（Riverine Flood）等。而狹義的海岸洪水，主要關(guān)注緩發(fā)性的海平面上升和突發(fā)性的臺風(fēng)-風(fēng)暴潮增水疊加上天文大潮等引起的極值水位事件及其導(dǎo)致的洪水暴發(fā)。這類洪水發(fā)生時常伴隨沿岸海水異常的漲幅。在IPCC 發(fā)布的系列氣候變化評估報告中，采用了狹義的海岸洪水定義［7，11-12］，主要基于當(dāng)前（1986—2005年）極值水位的重現(xiàn)期疊加海平面上升的結(jié)果，分析海岸洪水發(fā)生的頻率和強度［7，10-12］。目前大多數(shù)研究提及海岸洪水時，也是指狹義的海岸洪水，其最主要特征是水源主要來自海洋。它是由于海洋系統(tǒng)的不穩(wěn)定，如熱帶氣旋-風(fēng)暴潮等發(fā)生時，引起的洪水［13-14］。該研究采用狹義海岸洪水的定義開展相關(guān)的災(zāi)害風(fēng)險分析。

根據(jù)IPCC WGII 評估報告的氣候變化綜合風(fēng)險理論［7，9］，濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險取決于致災(zāi)因子（海岸洪水）的危險（害）性與承災(zāi)體（社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，以下簡稱社會經(jīng)濟(jì)）的暴露度和脆弱性的相互作用，即海岸洪水對社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可能造成的不利影響和后果［14-15］。其中：暴露度是指特定致災(zāi)事件（海岸洪水）發(fā)生時其不利影響的范圍和社會經(jīng)濟(jì)在空間上的交集。脆弱性是指社會經(jīng)濟(jì)易受不利影響的傾向或習(xí)性，包括對海岸洪水危害的敏感性或易感性以及適應(yīng)的能力，即社會經(jīng)濟(jì)受到自然致災(zāi)事件沖擊時的易損程度，由一系列影響社會經(jīng)濟(jì)對自然致災(zāi)因子沖擊敏感的自然、社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境因素及相互作用過程所決定。

在海岸洪水災(zāi)害的影響評估中，有關(guān)海岸洪水淹沒的影響研究主要有3 種方法：一是基于GIS 技術(shù)的高程-面積法［16-18］，二是基于水動力演化的數(shù)值模型［19］，三是基于自然環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的指數(shù)法［20］。在全球尺度或國家層面上，開展氣候變化下海岸洪水災(zāi)害對沿海地區(qū)的影響評估更多采用基于GIS 技術(shù)的高程-面積評估方法，這種方法難以估算海岸持續(xù)洪水的影響，受災(zāi)范圍估算偏大，易高估風(fēng)險；而數(shù)值模型法有較高的時空模擬精度，但對承災(zāi)體基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要求很高，包括高分辨率的地形高程和災(zāi)情基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等；指數(shù)法對資料精度要求較低，可較直觀地判斷災(zāi)害風(fēng)險，但評估結(jié)果分辨率較低，風(fēng)險范圍準(zhǔn)確度也相對較低。這些方法涵蓋了多學(xué)科知識，在一定程度上考慮了自然環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境的動態(tài)反饋，可為決策者和利益相關(guān)者提供有效的信息。中國海岸洪水災(zāi)害影響的分析多關(guān)注當(dāng)前的自然與社會狀態(tài)，有關(guān)未來海平面上升疊加臺風(fēng)-風(fēng)暴潮引起的海岸洪水對中國濱海城市社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)造成的損失風(fēng)險研究仍較少。例如，到21 世紀(jì)中葉乃至21 世紀(jì)末，中國濱海城市社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)將可能面臨什么樣的海岸洪水災(zāi)害風(fēng)險？需要采取何種應(yīng)對措施？這些問題的解決與中國濱海城市社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展緊密相關(guān)。為此，基于IPCC WGII評估報告的氣候變化綜合風(fēng)險理論［7，9］，構(gòu)建中國濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險概念框架，見圖1，并形成如下評估方法：首先建立濱海城市社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險評估指標(biāo)體系及方法，其中，基于社會脆弱性指數(shù)法［20］，結(jié)合數(shù)值模型損失函數(shù)方法，建立量化的社會經(jīng)濟(jì)物理脆弱性曲線，構(gòu)造一種相對較簡便且無需復(fù)雜災(zāi)情數(shù)據(jù)，又有較高精度范圍的社會經(jīng)濟(jì)損失算法；再評估海岸洪水超出濱海城市社會環(huán)境承載能力時，可能造成的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險，從而分析并提出濱海城市應(yīng)對海岸洪水災(zāi)害的對策措施。

圖1 中國濱海城市海岸洪水危害的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險概念框架

2 數(shù)據(jù)方法

2.1 研究對象概況

在中國擁有海岸線的濱海城市（包括直轄市和地級市，因數(shù)據(jù)獲得性，該研究未含港澳臺地區(qū)）中，選擇9 個濱海城市作為研究對象，選擇依據(jù)：一是區(qū)域以上中心城市，且有一定的經(jīng)濟(jì)和人口規(guī)模，如常住人口在500 萬人以上，并從北到南大致均勻分布于我國除港澳臺以外的海岸帶地區(qū)；二是我國較為重要的港口航運城市，港口的貨物吞吐量位居全國前列。所選擇的濱海城市為：大連市、天津市、青島市、上海市、寧波市、廈門市、廣州市、湛江市和?？谑?。

2.2 數(shù)據(jù)資料

2.2.1 自然環(huán)境數(shù)據(jù)

采用以下自然環(huán)境數(shù)據(jù)。

（1）數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)。美國太空總署（NA?SA）和國防部國家測繪局（NIMA）聯(lián)合完成的航天飛機(jī)雷達(dá)地形測繪使命（SRTM）數(shù)字高程數(shù)據(jù)集，涵蓋（60°N—60°S）的陸地區(qū)域，公開數(shù)據(jù)的分辨率為90 m，來自網(wǎng)站https：//srtm.csi.cgiar.org/。

（2）未來海岸極值水位預(yù)估數(shù)據(jù)。表1是基于氣候模式數(shù)據(jù)、中國沿海驗潮站觀測資料/中國海平面公報/文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，計算獲得的溫室氣體低、中等和很高排放（濃度）情景下（以典型濃度途徑RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5為代表，簡稱RCPs）未來（2030、2050 和2100 年）中國濱海城市海岸極值水位重現(xiàn)期等預(yù)估數(shù)據(jù)［21］。

表1 不同氣候情景下（RCPs）中國濱海城市百年一遇極值水位預(yù)估值（相對于1954—1999年） /cm

2.2.2 社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)

采用以下社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)資料。

（1）人口普查數(shù)據(jù)。國家統(tǒng)計局2011 年發(fā)布的第六次全國人口普查數(shù)據(jù)中分鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道的人口數(shù)量、性別比例、年齡結(jié)構(gòu)、就業(yè)比例和居民受教育程度等分類詳細(xì)數(shù)據(jù)，來自網(wǎng)站http：//www.stats.gov.cn/ztjc/zdtjgz/zgrkpc/dl?crkpc/。

（2）歷史社會經(jīng)濟(jì)（GDP）數(shù)據(jù)。來自國家統(tǒng)計局（https：//data. stats. gov. cn/easyquery. htm？cn=C01）發(fā)布的2010年度全國各地級市生產(chǎn)總值（GDP）。

（3）醫(yī)院分布及數(shù)量。截取自Arcgis Online China（http：//www. arcgisonline. cn/arcgis/home/item. html？id=2b77a5bd88f943a3b08bc22f81f65ee7）發(fā)布的2019 年全國范圍內(nèi)綜合醫(yī)院的興趣點（POI）數(shù)據(jù)。

（4）濱海城市堤壩資料。參照部分文獻(xiàn)中對當(dāng)前中國部分沿海城市堤壩高度情況的調(diào)研統(tǒng)計結(jié)果［22-24］，以及中國水利部主編的《防洪規(guī)范》GB50201—94 中規(guī)定的城市防護(hù)區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)［25］。

（5）未來社會經(jīng)濟(jì)（GDP）模擬數(shù)據(jù)。采用三種共享社會經(jīng)濟(jì)路徑（SSP1，可持續(xù)路徑；SSP2，中間路徑；SSP5，化石燃料為主發(fā)展路徑，簡稱SSPs）2010—2100年中國沿海地區(qū)社會模擬數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)時間步長為10年，空間分辨率為0.5 km×0.5 km［26-27］。

2.3 研究方法

研究中的致災(zāi)因子危害性以三種RCPs情景下海岸極值水位的強度和頻率來衡量，承災(zāi)體以三種SSPs 下的人口和GDP為代表，這與ScenarioMIP的溫室氣體低、中等和很高排放新情景（SSP1-2.6，SSP2-4.5，SSP5-8.5，簡稱SSPx-y）可基本相對應(yīng)［28-29］。據(jù)此，評估相當(dāng)于三種SSPx-y情景下未來中國濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險（以下簡稱損失風(fēng)險）。具體而言，當(dāng)未來海岸洪水超出濱海城市社會環(huán)境承載能力時，可能造成的社會經(jīng)濟(jì)損失是該研究關(guān)注的災(zāi)害風(fēng)險?；诖耍Y(jié)合前人的研究成果［10，30-35］，以及對自然環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)因子的分析，選取并構(gòu)建了損失風(fēng)險評價指標(biāo)體系，見表2。

表2所示，致災(zāi)因子為海平面上升、臺風(fēng)-風(fēng)暴潮等引起的海岸洪水；暴露度主要考慮易受海岸洪水影響且位于濱海城市低洼地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)因素；脆弱性主要考慮人口結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)條件、醫(yī)療水平、城鎮(zhèn)化水平和海堤防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等。前兩者構(gòu)成了脆弱性中的敏感性，后三者為其適應(yīng)性，考慮濱海城市社會環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的敏感性和適應(yīng)性兩者的綜合［36-37］；影響與風(fēng)險指在三種SSPx-y 情景下未來海岸洪水災(zāi)害可能造成的濱海城市社會經(jīng)濟(jì)損失。

2.3.1 暴露度評估方法

（1）GIS 技術(shù)。利用ArcGIS 空間分析工具提取濱海城市的低洼地區(qū)，作為海岸洪水的最大可能淹沒范圍，并計算各個低洼地區(qū)與最近海岸線的距離。

（2）暴露度評估方法。鑒于沿海低洼地區(qū)的地勢特點和海岸洪水的致災(zāi)特性［29］，在濱海城市低洼地空間分布的基礎(chǔ)上，利用低洼地與海岸線的距離作為空間權(quán)重進(jìn)行空間分析，劃定出濱海城市海岸洪水災(zāi)害的影響范圍，并利用單位空間內(nèi)人口數(shù)量和地區(qū)人均GDP 構(gòu)建濱海城市社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)［6，14］，建立表征濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)暴露度評估方法［38］。

A，社會經(jīng)濟(jì)資產(chǎn)（元）；G，人均國內(nèi)生產(chǎn)總值（元）；P，人口數(shù)量（人）；E，社會經(jīng)濟(jì)暴露度；d，空間權(quán)重系數(shù)；H，海拔（m）。

2.3.2 脆弱性評估方法

脆弱性主要用于衡量承災(zāi)體在一定致災(zāi)事件下的損失程度，可由社會脆弱性和物理脆弱性來表達(dá)。除了采用社會脆弱性等級劃分人口、經(jīng)濟(jì)、教育和醫(yī)療等程度之外，還需應(yīng)用物理脆弱性曲線定量衡量在致災(zāi)因子不同致災(zāi)強度下承災(zāi)體的損失率變化。其中，致災(zāi)因子不同強度和承災(zāi)體損失率之間的定量關(guān)系是構(gòu)建脆弱性曲線的核心，也是評估承災(zāi)體災(zāi)害損失的關(guān)鍵。社會經(jīng)濟(jì)損失率主要指濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)損失占其社會經(jīng)濟(jì)總和的百分比。

根據(jù)上述脆弱性的定義及評估方法，首先利用人口和經(jīng)濟(jì)等方面的11 個指標(biāo)，構(gòu)建社會脆弱性綜合指數(shù)（SoVI 指數(shù)）［31］，以此評估濱海城市社會脆弱性的空間分布特征，并依據(jù)不同的社會脆弱性水平，劃分5 種濱海城市社會脆弱性等級區(qū)域；其次，基于不同海岸洪水災(zāi)害的危害性程度，如不同致災(zāi)強度和頻率與這5種脆弱性等級區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)損失率之間的定量關(guān)系，構(gòu)建濱海城市海岸洪水災(zāi)害的不同社會脆弱性等級區(qū)域的物理脆弱性（損失函數(shù)）曲線，進(jìn)而評估濱海城市的損失風(fēng)險。

（1）濱海城市社會脆弱性評估方法。國內(nèi)外經(jīng)常采用社會脆弱性評價指標(biāo)（SoVI 指數(shù)），開展濱海城市社會脆弱性等級空間分布特征的研究［31］?；跒I海城市的損失風(fēng)險評估框架（圖1），結(jié)合前人有關(guān)城市社會脆弱性評估的研究成果和海岸洪水致災(zāi)特征以及濱海城市的社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境特征［10，30-35］，篩選出11 個社會脆弱性評價指標(biāo)因子，見表2。利用主成分分析法，將11個因子進(jìn)行降維，獲得4 個主成分，其方差貢獻(xiàn)率分別是38.2%、18.9%、15.7%、9.0%，合計方差貢獻(xiàn)率達(dá)到81.8%。根據(jù)主成分的主要驅(qū)動因子，按方差貢獻(xiàn)率由大到小依次為：人口因素、經(jīng)濟(jì)條件、醫(yī)療水平、城鎮(zhèn)化水平，利用加法模型［31］構(gòu)成社會脆弱性指數(shù)SoVI指數(shù)的主成分表達(dá)式，通過對SoVI指數(shù)的4個主成分的分析，評估濱海城市的社會脆弱性等級分布特征。指數(shù)的主成分表達(dá)式如下：

表2 中國濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險評價指標(biāo)體系

其中：S，SoVI 指數(shù)；f1，第一主成分（人口因素）；f2，第二主成分（經(jīng)濟(jì)條件）；f3，第三主成分（醫(yī)療水平）；f4，第四主成分（城鎮(zhèn)化水平）。

（2）社會經(jīng)濟(jì)物理脆弱性（損失函數(shù)）曲線構(gòu)建方法。前人通過對社會經(jīng)濟(jì)承災(zāi)體（如建筑物、農(nóng)作物和財產(chǎn)價值等）的損失占其經(jīng)濟(jì)總價值百分比的分析以及重置成本等方法，估算了致災(zāi)因子不同致災(zāi)強度下承災(zāi)體的經(jīng)濟(jì)損失程度，形成致災(zāi)因子-承災(zāi)體的（物理）脆弱性曲線［39-42］，為致災(zāi)因子不同致災(zāi)強度下?lián)p失風(fēng)險評估提供基礎(chǔ)。因此，為了構(gòu)建海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)物理脆弱性（損失函數(shù)）曲線，需要分析海岸洪水不同致災(zāi)強度與濱海城市社會經(jīng)濟(jì)損失率的定量關(guān)系。然而，采用這種方法，雖可獲得更為精確的計算結(jié)果，但其計算過程及其對承災(zāi)體類型等數(shù)據(jù)的要求，不但較高且相對復(fù)雜，因而不易實現(xiàn)。為了克服這些困難，簡化社會經(jīng)濟(jì)類型的復(fù)雜性，基于前人研究結(jié)果［43-44］和DIVA（Dynamic Interac?tive Vulnerability Assessment，DIVA）模型中的損失函數(shù)分析方法［14］，根據(jù)不同地區(qū)的社會脆弱性指數(shù)高低，引入5種社會脆弱性等級，表征不同的社會經(jīng)濟(jì)區(qū)域類型，并構(gòu)建對應(yīng)的損失函數(shù)曲線，用來評估在海岸洪水不同致災(zāi)強度下不同脆弱性區(qū)域的社會經(jīng)濟(jì)損失，見圖2。

在圖2 中，紅色線、橙色線、黃色線、淡綠色線和深綠色線分別表示社會脆弱性很高、高、中、低和很低區(qū)域的損失曲線。其中，橫軸表示影響濱海城市的海岸洪水深度x，縱軸表示5 種區(qū)域的社會經(jīng)濟(jì)資產(chǎn)的損失比例R。根據(jù)DIVA 模型中對海岸堤防防御海岸洪水能力的估算方法［13］，假設(shè)當(dāng)前的堤防高度保持不變，未來隨著海平面的上升，海岸洪水災(zāi)害產(chǎn)生的損失風(fēng)險將隨之上升。研究表明［43］，濱海城市海岸洪水淹沒深度與社會經(jīng)濟(jì)資產(chǎn)損失比例有以下主要特征：一是不同類型的區(qū)域，其社會經(jīng)濟(jì)損失比例通常介于0～1之間；二是隨著洪水深度的增加，社會經(jīng)濟(jì)損失比例呈遞增趨勢；三是脆弱性越高的區(qū)域，社會經(jīng)濟(jì)損失比例越大。圖2 顯示：在濱海城市中社會脆弱性等級相同（如綠線）的區(qū)域，如果海岸洪水的致災(zāi)強度越大，即洪水淹沒深度越深（如1～3 m），則社會經(jīng)濟(jì)的損失比例將越高（從25%升至45%）；而如果海岸洪水的致災(zāi)強度相同，則社會脆弱性等級越高的區(qū)域（綠線升至紅線），社會經(jīng)濟(jì)損失比例也將越高。社會經(jīng)濟(jì)損失函數(shù)具體如下式所示。

圖2 中國濱海城市5種不同脆弱性等級區(qū)域的社會經(jīng)濟(jì)損失函數(shù)曲線

2.3.3 損失風(fēng)險評估方法

（1）社會經(jīng)濟(jì)損失評估模型。為了使得評估結(jié)果更為直觀，并有較高的可視化程度，基于DIVA、CIAM（Coas?tal Impact and Adaptation Model，CIAM）等模型中的高程-面積法，簡化淹沒過程，即發(fā)生海岸洪水后，海水越堤后可充分淹沒受影響的低洼地并造成濱海城市的社會經(jīng)濟(jì)損失［14，39］。據(jù)此，通過濱海城市百年一遇極值水位、當(dāng)前海岸堤防工程的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和各地區(qū)的地面高程，計算各地區(qū)的淹沒水深，結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)暴露度的分析結(jié)果，利用損失函數(shù)，預(yù)估濱海城市社會經(jīng)濟(jì)的可能損失。具體計算式如下所示。

其中：L，海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)損失（元）；XESL，極值水位（m）；Xdike，堤壩高度（m）；x，洪水淹沒深度（m）；S，SoVI 指數(shù)；V(x，S)，脆弱性（損失）函數(shù)；E，社會經(jīng)濟(jì)暴露度。

（2）評估指標(biāo)等級劃分方法。通過比較標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值的距平（樣本-均值）與標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系，將暴露度、脆弱性和損失風(fēng)險的等級劃分為五級，方法如下：①當(dāng)樣本-均值>1.5 標(biāo)準(zhǔn)差時，劃分為很高等級；②當(dāng)1.5 標(biāo)準(zhǔn)差≥樣本-均值>0.5 標(biāo)準(zhǔn)差時，劃分為高等級；③當(dāng)0.5 標(biāo)準(zhǔn)差≥樣本-均值>-0.5 標(biāo)準(zhǔn)差時，劃分為中等級；④當(dāng)-0.5標(biāo)準(zhǔn)差≥樣本-均值>-1.5 標(biāo)準(zhǔn)差時，劃分為低等級；⑤當(dāng)樣本-均值≤-1.5標(biāo)準(zhǔn)差時，劃分為很低等級。

3 濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險評估

基于2.2 和2.3 節(jié)的數(shù)據(jù)和方法，首先評估了中國濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)暴露度、脆弱性，以及社會經(jīng)濟(jì)年平均損失占當(dāng)年全市GDP 的比例，進(jìn)而分析了不同SSPx-y情景下，到2030、2050和2100年，中國濱海城市的損失風(fēng)險的變化及其空間分布。

3.1 社會經(jīng)濟(jì)損失預(yù)估

表3 為中國濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)年平均損失占當(dāng)年全市GDP 的比例，相當(dāng)于濱海城市每年社會經(jīng)濟(jì)中需要用來應(yīng)對海岸洪水災(zāi)害損失的份額［6］。

表3 顯 示了不同SSPx-y 情景下，到2030、2050 和2100 年，中國濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)年平均損失占當(dāng)年全市GDP 的比重（簡稱損失比）。其中：在SSP1-2.6 情景下，到2030 年，青島市、廈門市、湛江市、?？谑泻蛯幉ㄊ杏袚p失風(fēng)險，損失比約為2.1%～3.0%；到2050、2100年，廣州市、上海市、天津市和青島市的損失比將高于其他城市，為12.2%～21.4%。在SSP2-4.5 情景下，到2030年，與SSP1-2.6情景相似，青島市、廈門市、湛江市、?？谑泻蛯幉ㄊ械膿p失比相近，約為2.1%～3.1%；到2050、2100年，廣州市、上海市、天津市和青島市的損失比高于其他城市，約為13.0%～25.0%，廣州市、上海市的損失比分別在2050、2100 年處于最高。在SSP5-8.5情景下，到2030 年，青島市、廈門市、湛江市、?？谑泻蛯幉ㄊ械膿p失比基本不變，約為2.1%～3.3%；到2050、2100 年，上海市、廣州市、天津市和青島市的損失比約為13.4%～30.6%；與SSP2-4.5 情景類似，在2050、2100 年，廣州市、上海市的損失比分別為最高。

綜上所述，在三種SSPx-y 情景下，到2030 年，中國濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)損失較小，損失比約為0.7%～3.0%。到2050年，損失比變化約為0.4%～21.0%，損失風(fēng)險城市增多，且損失比大于12%的城市達(dá)4 個，其中，在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，廣州市的損失風(fēng)險最高，上海市次之，天津第三。到2100 年，隨著損失比擴(kuò)大至4.3%～30.6%，上海市損失風(fēng)險升為最高，廣州市次之，天津再次。簡言之，在溫室氣體中等、很高排放新氣候情景下，到2050 年，廣州市的損失風(fēng)險最高，上海市次之，天津市第三；到2100年，上海市的損失風(fēng)險變?yōu)樽罡撸瑥V州市次之，天津市位居第三（表3）。

3.2 社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險評估

分析表明，在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050、2100 年，上海市、廣州市、天津市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)損失位于中國濱海城市的前三位，見表3。為此，基于2.3 節(jié)的損失風(fēng)險評估方法，分析了在SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下上海市、廣州市和天津市損失風(fēng)險的空間分布特征。圖3 顯示了在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050 和2100 年，上海市、廣州市、天津市的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險等級的空間分布情況。

表3 中國濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)年平均損失占當(dāng)年全市GDP的比例 /%

圖3 第一行顯示：在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050年，上海市主城區(qū)有低或中等級的風(fēng)險區(qū)，崇明三島的風(fēng)險等級為很低。到2100 年，上海市主城區(qū)一半以上特別是中部和北部有較大范圍的為中至高等級及以上的風(fēng)險區(qū)，崇明三島局部有高風(fēng)險區(qū)；SSP5-8.5 情景下，風(fēng)險程度明顯高于SSP2-4.5 情景，主城區(qū)近三分之二為高和很高等級的風(fēng)險區(qū)。圖3 第二行表明：在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050 年，廣州市南部區(qū)域有低或中等級風(fēng)險區(qū)；到2100年，廣州市南部出現(xiàn)了高或很高等級的風(fēng)險區(qū)，SSP5-8.5 情景的風(fēng)險程度略高于SSP2-4.5 情景。圖3 第三行顯示：在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050年，天津市風(fēng)險區(qū)主要出現(xiàn)在東南部區(qū)域，如河北區(qū)和南開區(qū)及濱海新區(qū)等，風(fēng)險等級較低；到2100 年，天津市風(fēng)險等級有所升高，原來低等級風(fēng)險區(qū)發(fā)展為中、高等級的風(fēng)險區(qū)，同樣，SSP5-8.5 情景的風(fēng)險程度略高于SSP2-4.5情景。

圖3 不同情景下未來上海市、廣州市和天津市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險等級的空間分布

4 濱海城市海岸洪水災(zāi)害的適應(yīng)性分析

由于中國濱海城市的自然環(huán)境條件不同，如地形地貌特征、沿海低海拔地區(qū)占城市總面積比例、海岸洪水等致災(zāi)因子危害性，以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的差異，因此，相應(yīng)的暴露度和脆弱性有明顯差異，并使得損失風(fēng)險有較大差別。評估顯示，SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，如果僅維持現(xiàn)有的防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)設(shè)施，未來特別是2050 年后，上海市、廣州市、天津市等濱海城市的損失風(fēng)險明顯升高。以上海市、廣州市、天津市為例，從致災(zāi)成因的角度出發(fā)，分析并提出相應(yīng)的適應(yīng)方案，可為濱海城市災(zāi)害風(fēng)險研究或防控管理提供參考。

4.1 海岸洪水災(zāi)害社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險歸因分析

SSP2-4.5、SSP5-8.5 情 景 下，相 對 于2000 年，到2050、2100年，上海市、廣州市、天津市等濱海大城市百年一遇極值水位重現(xiàn)期明顯縮短，未來海岸洪水的危害性顯著增強［6，11-12，21］。例如，上海市是相對海平面上升幅度最高的濱海城市之一，到2050、2100 年將分別升高約87 cm 和109 cm［20］，百年一遇的極值水位將分別變?yōu)? 年和1 年一遇［11-12，21］。其次，這三個濱海大城市低海拔地區(qū)的面積均較大，且有較高的人口密度和高GDP產(chǎn)業(yè)聚集，在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050、2100 年，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使其對海岸洪水災(zāi)害的物理暴露度顯著上升，見圖4。此外，由于三個大城市主城區(qū)的人口密度、性別和結(jié)構(gòu)，如老齡化等因素，也使得社會脆弱性要高于其他濱海城市。因此，在海岸洪水的致災(zāi)危害性增加、暴露度上升和脆弱性高于其他中小城市的情況下，海岸洪水致災(zāi)事件、暴露度和脆弱性三者的相互作用使得上海市、廣州市和天津市的社會經(jīng)濟(jì)年平均損失占當(dāng)年全市GDP的比例位居中國濱海城市的前列，見表3。

圖4 不同情景下未來上海市、廣州市和天津市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)暴露度等級的空間分布

4.2 濱海城市海岸洪水災(zāi)害的適應(yīng)性措施

4.2.1 加強海岸防護(hù)工程建設(shè)，降低致災(zāi)事件的危害性和城市暴露度

SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，到2050、2100 年，上海市、廣州市和天津市的沿海海平面有較高上升幅度［20］。這也是濱海城市致災(zāi)因子危害性增加和暴露度上升的主要原因，因此，首先需加強海岸防潮和防洪排澇等能力建設(shè)，以降低城市的致災(zāi)因子危害性和暴露度。針對上海市，如海岸防洪工程高度需提高至少90～110 cm，并需加強市區(qū)北部和中部地區(qū)等高風(fēng)險區(qū)的河堤、海塘等防洪工程的高度，依2.3.3 節(jié)的損失方法計算分析，預(yù)計可降低未來上海市約70%以上的社會經(jīng)濟(jì)損失。對于廣州市，需要提高中部市區(qū)及南部沿海地區(qū)海岸和河岸的高度，如平均增加至少75 cm。對于天津市，則需要加強濱海新區(qū)及周邊地區(qū)海岸防護(hù)建設(shè)，如海岸高度平均需增加87 cm。然而，僅通過加強海岸防護(hù)工程的建設(shè)是不夠的，還需要充分考慮采取具有發(fā)展氣候恢復(fù)力的城市解決框架（Climate Resilience Development，CRD）［9，45］，充分提升濱海大城市應(yīng)對氣候變化下海岸洪水災(zāi)害的能力。

4.2.2 加強城區(qū)低洼地適應(yīng)能力的建設(shè)，降低城市的脆弱性并避免災(zāi)害的發(fā)生

上海市地勢低平，平均海拔僅2 m 多，廣州市內(nèi)的珠江流域周邊地勢低洼，天津市濱海新區(qū)地勢低且沉降速率較高；與此同時，高度城鎮(zhèn)化產(chǎn)生了大面積的土地硬化，并可能造成城市防洪排澇能力的不足。因此，一方面，需要提高建筑標(biāo)準(zhǔn)和抬高建筑樓面高度［46］，加強并控制低洼處的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，維護(hù)城區(qū)排洪主干渠、地下水管網(wǎng)系統(tǒng)的運行能力；另一方面，需要加強境內(nèi)流域綜合管理，降低水土流失，嚴(yán)控地下水開采，防止海岸地面沉降，增加城市綠化，建造蓄洪綠地和防潮林，限制土地硬化，提升海岸帶和城市防洪排澇的能力及其應(yīng)對海岸洪水災(zāi)害的能力［47-48］，并建立和完善海岸洪水的預(yù)報預(yù)警和應(yīng)急體系。

4.2.3 合理規(guī)劃城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與布局，提高城區(qū)的氣候恢復(fù)力

科學(xué)規(guī)劃城市空間結(jié)構(gòu)與布局，劃定城市發(fā)展邊界，退讓沿海沿江高脆弱性地區(qū)，保護(hù)沿海濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康，規(guī)避濱海城市海岸洪水災(zāi)害風(fēng)險，提高應(yīng)對海平面上升和臺風(fēng)-風(fēng)暴潮的恢復(fù)力。因此，一方面，需加強沿海地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃與合理布局，推進(jìn)部分重要產(chǎn)業(yè)向離開沿岸地區(qū)發(fā)展，如向內(nèi)陸轉(zhuǎn)移，避免人口和高GDP產(chǎn)業(yè)過度集中于沿海低洼地，提高城市應(yīng)對海岸洪水和海岸抗侵蝕能力；另一方面，還需加強沿海重大工程建設(shè)的海平面上升、臺風(fēng)-風(fēng)暴潮等緩發(fā)性和突發(fā)性災(zāi)害風(fēng)險評估，采取發(fā)展氣候恢復(fù)力的解決框架［9］。

4.2.4 加強未來災(zāi)害風(fēng)險管理體系的建設(shè)，提升城市應(yīng)對海岸洪水災(zāi)害能力

鑒于濱海大城市的人口數(shù)量多且高度集中，如上海市集中在市區(qū)的中部和北部，這是造成社會脆弱性較高的主要原因之一。在降低社會脆弱性、增強社會適應(yīng)能力建設(shè)方面，可考慮采取不同主體貢獻(xiàn)的結(jié)合方式，如地方政府引領(lǐng)，開展試點示范，增強社區(qū)適應(yīng)，社會資本參與等方式［46］；在應(yīng)急處置和疏散救援工作上，需要有長足的考慮，如結(jié)合城區(qū)高層建筑多的特點，可以加強應(yīng)對海岸洪水時的“豎向疏散”能力［49-50］，可將部分商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施，如高層辦公樓、商業(yè)廣場等設(shè)施納入臨時緊急避難場所，并完善相應(yīng)的軟、硬件配套措施；提高民眾的防災(zāi)減災(zāi)意識，完善與海平面上升疊加臺風(fēng)-風(fēng)暴潮相關(guān)的早期預(yù)警、疏散、救援體系。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

基于IPCC 氣候變化綜合風(fēng)險理論，構(gòu)建了中國濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險評估框架，采用溫室氣體低、中等和很高排放新氣候情景下（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5）中國濱海城市自然環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的預(yù)估結(jié)果，評估了濱海城市海岸洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟(jì)暴露度及社會脆弱性，建立了濱海城市社會經(jīng)濟(jì)的損失函數(shù)曲線，預(yù)估了不同情景下，到2030、2050 和2100年，中國濱海城市的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險，分析并提出了濱海城市應(yīng)對海岸洪水災(zāi)害的適應(yīng)性措施。主要結(jié)論如下。

（1）不同SSPx-y 情景下，到2030 年，中國濱海城市的社會經(jīng)濟(jì)損失較?。坏?050 年，面臨損失風(fēng)險的城市增加、損失程度上升，其中，在SSP2-4.5、SSP5-8.5 情景下，廣州市的損失風(fēng)險最高，上海市次之，天津市第三；到2100 年，上海市損失風(fēng)險升為最高，廣州市次之，天津市再次。

（2）SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下，到2050年、2100年，上海市、廣州市和天津市的社會經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險位于中國濱海城市前列，主要歸因于海平面上升引起的海岸洪水危害性的顯著增強，高密度的人口和高GDP 產(chǎn)業(yè)聚集于低洼地區(qū)導(dǎo)致的高暴露度，以及主城區(qū)人口老齡化等社會脆弱性因素較高等因素的影響。

（3）濱海城市需加強應(yīng)對海岸洪水災(zāi)害能力的建設(shè)，包括加強海岸防護(hù)工程建設(shè)，降低海岸洪水致災(zāi)事件的危害性和城市暴露度；加強城區(qū)低洼地適應(yīng)能力的建設(shè)，降低城市的脆弱性并避免災(zāi)害的發(fā)生；合理規(guī)劃城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與布局，提高城區(qū)的氣候恢復(fù)力；加強災(zāi)害風(fēng)險管理能力的建設(shè)，提高城市應(yīng)對海岸洪水災(zāi)害的預(yù)警和應(yīng)急能力。

5.2 討論

該研究結(jié)果是基于若干簡化條件獲得的，因此，今后仍有許多內(nèi)容需要深入研究。包括以下幾點。

（1）應(yīng)用的濱海城市地形地貌數(shù)據(jù)的垂直精度、海岸堤壩和防洪排澇等相關(guān)資料有所不足，因此，濱海城市暴露度的評估還有待完善，并且暫未考慮城市排澇設(shè)施和水域連通性等問題。

（2）濱海城市社會脆弱性內(nèi)容主要反映當(dāng)前濱海城市的社會發(fā)展?fàn)顩r，并且獲得的未來社會經(jīng)濟(jì)模擬數(shù)據(jù)為人口和GDP，未能包括其他社會要素。此外，歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)的獲取較為困難，研究中僅考慮了五種不同脆弱性等級區(qū)域，并據(jù)此計算分析其社會經(jīng)濟(jì)的損失函數(shù)曲線，因此，有待今后進(jìn)一步深入開展。

（3）在未來海岸洪水致災(zāi)因子分析中，采用極值水位的變化主要考慮相對海平面上升的影響，對氣候變暖背景下未來強臺風(fēng)增加趨勢尚未予以充分考慮，并且在對未來濱海城市社會經(jīng)濟(jì)損失的估算中，采用相對簡化且假定當(dāng)前海岸防洪標(biāo)準(zhǔn)保持不變等條件［23-24］，這可能與具體海岸工程應(yīng)對洪水災(zāi)害的防洪要求仍有一定距離。