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全球变暖、海平面上升以及人类开发强度加大,使海岸带地区面临的社会、经济与生态风险不断增大。渤海湾西岸是环渤海经济圈的重要组成部分,天津滨海新区逐渐成长为带动环渤海区域发展的增长极,人口与社会经济财富的高度聚集,使天津滨海地区面对海平面上升时存在更大的压力和风险;位于渤海湾西岸南部地区的山东省滨州市无棣县海岸带,分布着滩脊湿地生态系统,发育了作为古海岸标志的贝壳堤遗迹,在海平面上升与人类活动影响的共同作用下,滩脊湿地生态系统与贝壳堤遗迹都面临着退化甚至消失的风险。因此,开展海平面上升的区域风险评估与适应性管理研究将为该区域制定面对海平面上升的综合风险防范与管理体系、探讨可持续发展模式提供理论基础和科学依据。 以渤海湾西岸为研究区,运用地理学、水文地质学、水资源学、生态学、工程学等研究方法和手段对古海岸线变迁、海平面变化预估、海平面上升风险评价以及适应性管理进行研究: (1)通过贝壳堤物种组成分析确定研究区贝壳堤形成时的海岸与海洋环境;利用14C年龄校正方法对研究区已有贝壳堤样品和实地采集样品的14C测定年龄进行订正,并建立了贝壳堤年龄数据集;根据贝壳堤年龄与地理位置重建了不同地质历史时期贝壳堤的分布,反映出研究区古海岸线的变迁。 (2)利用塘沽验潮站的月均海平面数据,采用小波分析与功率谱分析方法提取绝对海平面变化的周期特征;通过逐步回归方法确定绝对海平面变化的趋势特征;采用自回归移动平均混合模型对残差序列进行拟合,最终建立具有较高预测精度的绝对海平面变化随机动态预测模型,并对研究区2020年至2050年的平均海平面进行预测。利用塘沽站极值水位观测资料,建立Gumbel和P-Ⅲ型极值概率分布模型,计算得到研究区不同重现期的风暴潮增水、最高潮位等极值水位。 (3)利用华北平原区大地精密水准点复测资料,对不同历史阶段研究区地面沉降进行空间分析;基于未来水资源供需平衡分析,结合当地地面沉降控制措施设置研究区未来不同时段地面沉降情景,预估地面沉降的变化趋势。 (4)对天津滨海地区24小时最大暴雨强度进行空间分析,进而利用SCS模型对暴雨产流进行计算;通过海平面上升对河道防潮闸排水能力的影响分析,得到研究区2020年各排水功能小区的排水深度,结合暴雨径流深,得到暴雨产生的地表积水深度;对研究区DEM进行填洼处理和城市建筑物高程修正;采用无源淹没计算方法对不同重现期暴雨造成的内涝淹没范围与水深进行模拟,结合不同土地利用类型资产评估,预估2020年研究区暴雨内涝灾害损失。 (5)根据绝对海平面上升与地面沉降预测结果对极值水位和现状防潮堤高程进行调整;计算天津滨海地区不同岸段在不同重现期风暴潮发生时的漫堤进水量;采用基于种子蔓延算法的有源淹没方法,利用Matlab编程模拟风暴潮漫堤进水后的淹没范围,结合研究区用地类型规划空间分布与不同地类社会经济资产分析,计算得到不同重现期风暴潮灾害造成的经济损失。 (6)通过以下三个案例分析对海平面上升风险的适应性管理进行定量化研究:①海岸防潮体系的建立与完善;②地下水开采与回灌空间优化;⑧滩脊湿地生态系统的保护与适应性管理。