氣候變化視角下的我國沿海地區防潮設計標準研究*
——以福州濱海新城為例

張孝奎，馮立超，崔曉莉

(北京清華同衡規劃設計研究院有限公司，北京 100086)

近年來，隨著各種極端災害性天氣的頻繁出現，全球氣候變化正引起越來越多人的注意。為促進世界各國更積極應對全球氣候變化，習近平主席代表我國政府提出我國將致力于實現“2030年前碳排放達峰、2060年前實現碳中和”的戰略目標[1]，為我國未來40 a左右的氣候變化應對指明了方向。

全球氣候變化的一個非常重要影響是導致全球海平面上升和海洋災害強度和頻率的升高，這將給沿海地區安全帶來嚴重的負面影響[2]。因此，為確保沿海地區人員和財產安全，發達國家在沿海地區建設海堤時正越來越多將全球氣候變化納入考慮范疇[3]。而我國的海堤建設目前對此還缺少足夠重視，給我國沿海地區未來發展帶來安全隱患。本文以福州濱海新城為例，分析了全球氣候變化對海堤防潮標準的影響，希望對其它沿海地區防潮堤設計有所參考。

1 研究區概況

為抓住“一帶一路”發展戰略機遇，貫徹落實“東進南下”發展構想，福州市在閩江口區域規劃建設濱海新城[4]。共涉及5個鄉鎮(街道)55個村莊部分區域，總面積188 km2(圖1)。

圖1 福州濱海新城區位圖

濱海新城位于長樂區東部濱海平原，南北端較窄，腹部寬闊，海拔高度都在10 m以下，由古海灣發育而成。平原內側地勢平坦，外側有部分海灘上細沙經風力吹揚內移堆積而成的沙丘和波狀丘地(圖2)。

根據規劃，濱海新城定位為福州中心城區的副中心，福州新區核心區的重要組成部分，區域的科研中心、金融中心和交通樞紐。未來將形成“五個組團”的空間布局：北部以長樂國際機場為核心的空港城組團；南部以松下港和國際郵輪母港為核心的海港城組團；中部為核心區，由CBD及濱海文化休閑組團、大數據產業科技創新組團、火車福州東站及高端制造業組團構成(圖3)。規劃總人口130萬人。

2 歷史洪潮災害與海堤建設

2.1 歷史洪潮災害分析

臺風是濱海新城面臨的主要自然災害之一。臺風常發季節是年內的大潮期，經常導致內江(河)水位和外海(江)潮位相互頂托，泄洪不暢，造成嚴重洪澇災害。據記載，濱海新城所在區域歷史上曾多次遭受風暴潮侵襲，造成嚴重人員傷亡和經濟損失。如2008年9月中旬，受13號臺風“森拉克”影響，外文武海堤外護坡損壞約300 m2。10月，15號超強臺風“薔薇”影響期間恰逢天文大潮期，外文武海堤再次遭受局部損毀。據不完全統計，從1961年到現在，在臺風大潮作用下，濱海新城周圍海堤曾先后破壞達7次(表1)[5]。

圖2 福州濱海新城地形地貌圖圖3 福州濱海新城未來規劃圖

表1 濱海新城部分歷史潮災統計

2.2 海堤建設現狀

根據長樂防潮防臺岸線劃分[5]，濱海新城岸線為梅花鎮-松下鎮之間的海岸線，以南澳山為界，分為梅花鎮三沙灣-南北澳段和南澳山-松下牛頭灣段，長19.5 km和46.2 km(圖4)。各段海堤建設現狀如表2所示。

表2 濱海新城現狀海堤概況

圖4 濱海新城核心區防洪工程現狀和規劃圖

2.3 海堤建設規劃

根據規劃[6]，濱海新城防潮標準為100 a一遇高潮位，設計波浪和設計風速重現期與設計潮位重現期相同(表3)。各段海堤防潮標準為：①三沙灣-南北澳段：堤路結合段，按《JTG B01-2014公路工程技術標準》，1級公路路基防潮標準采用100 a一遇高潮位。②南澳山-外文武段：100 a一遇防潮標準。③下沙-松下碼頭段：規劃新建海堤按100 a一遇標準設防(圖4)。

表3 東海特征潮位表

3 氣候變化對海堤設計標準影響分析

3.1 福建省沿海海平面變化情況

根據《2019年中國海平面公報》[2]，近年來，我國沿海海平面變化總體呈波動上升趨勢(圖5)。1980—2019年，我國沿海海平面上升速率為3.4 mm/a。從10 a平均來看，1980—1989年平均海平面處于近40 a最低位；2010—2019年平均海平面處于近40 a最高位，比1980—1989年平均海平面高約100 mm。2019年，我國沿海海平面較常年高72 mm，比2018年高24mm，為1980年以來第3高。

圖5 我國沿海海平面近年來變化趨勢

福建省附近海域屬于我國東海海域范圍。據統計，從1980—2019 年，東海沿海海平面上升速率為3.3 mm/a。預計未來30 a，東海沿海海平面將上升45～170 mm。

對近年來福建省沿海海域海平面進行統計，結果顯示，從2003—2019年，福建省沿海海平面升高了約80 mm，上升速率約4.59 mm/a，高于東海沿海海平面整體平均上升速率。從總體趨勢看，未來福建沿海海平面還將繼續上升(圖6)。

圖6 2003—2019年來福建省沿海海平面高度變化

3.2 我國防潮堤設防標準確定方法

根據我國《GB/T 51015-2014海堤工程設計規范》第8.3.1條規定[7]，我國海堤堤頂高程應根據設計高潮(水)位、波浪爬高及安全加高值計算：

Zp=hp+RF+A。

(1)

式中：Zp為設計頻率的堤頂高程；hp為設計頻率的高潮(水)位；RF為按設計波浪計算的累積頻率為F的波浪爬高值(海堤按不允許越浪設計時取F=2%，按允許部分越浪設計時取F=13%)；A為安全加高值。

其中，設計頻率的高潮(水)位hp采用頻率分析的方法確定。潮(水)位資料系列不宜少于20 a，并應調查歷史上曾經出現的最高、最低潮(水)位值。當缺乏長期連續潮(水)位資料，但有不少于連續5 a的最高潮(水)位資料時，設計高潮(水)位可采用極值同步差比法與附近有不少于連續20 a資料的長期潮(水)位站資料進行同步相關分析，所需的設計高潮(水)位應按下式計算：

(2)

式中：hPY、hPX為待求站與長期站的設計高潮(水)位；ANY、ANX為待求站與長期站的平均海平面高程；RY，RX為待求站與長期站的同期各年年最高潮(水)位的平均值與平均海平面的差值。

3.3 國外海堤設計標準對海平面上升的考慮

發達國家較早認識到海平面上升危害，在一些沿海城市規劃中，率先提出了韌性城市理念來應對海平面上升的不利影響。如澳大利亞悉尼市認為海平面上升是該市未來面臨的重大挑戰之一，政府間氣候變化專門委員會分析了不同溫室氣體排放情景下的未來海平面上升及其影響情景，提出要建設一個韌性城市[8]。新南威爾士州政府編制了一份海岸管理手冊草案，以支持海岸社區解決一系列海岸問題，包括氣候變化和海平面上升以及海岸資產的恢復能力。

美國紐約市在“桑迪”颶風的災后恢復重建規劃中，也將氣候變化導致的海平面升高作為重要因素加以考慮[3]。2013年1月，紐約市召開紐約氣候變化專門委員會(NPCC)會議對氣候變化影響進行預測，為重建規劃和韌性化計劃提供基礎。NPCC預測，在本世紀中葉，海平面將上升超過2.5 ft，特別是當極地冰蓋融化速度超過以前預測時。這個規模的海平面上升將威脅紐約低海拔區域的社區安全，使他們更容易受潮汐洪水的影響，在Battery遭受現狀百年一遇規模洪水的概率增加5倍。紐約的強降雨也將增加(可能性超過90%)(表4)。

表4 NPCC 2013氣候變化預測

結合NPCC預測的海平面升高預測高值，紐約市還跟NPCC一起制定了紐約市未來洪水風險區劃圖(圖7)，指導紐約重建和韌性化努力(表5)。

表5 海平面升高的潛在影響

圖7 紐約市洪水風險分析圖

根據分析結果，紐約市將通過建設防水墻和沙丘等措施持續提高沿海地勢較低區域的海岸線標高。并對海平面高度持續進行監測，并及時提高薄弱地區的海岸線標高。

3.4 對策建議

根據《GB/T 51015-2014海堤工程設計規范》要求[7]，我國在確定海堤設計堤頂高程的重要參數設計頻率的高潮(水)位hp的計算應依據海堤所在位置(或臨近位置)的不宜少于20 a的潮(水)位資料系列進行統計分析。這個統計分析會將一定時期內海平面變化考慮進去。

如福州濱海新城所在的福建海域，在確定最近17 a(2003—2019年)海平面變化值時所依據的常年平均海平面經過了三次變化[9]：1975—1986年常年平均海平面、1975—1993年常年平均海平面和1993—2011年常年平均海平面。其中，1975—1993年常年平均海平面比1975—1986年常年平均海平面高14 mm，1993—2011年常年平均海平面比1975—1993年常年平均海平面高46 mm(表6)。也就是說，目前所依據的常年平均海平面比1975—1986年常年平均海平面高了60 mm。因此，假如在2021進行濱海新城海堤設計，是可以在一定程度上反映近46 a來福建海域海平面變化影響的。

表6 近年來福建沿海海平面變化值

但是，這種考慮沒有考慮未來海平面的變化影響。海堤屬于重要基礎設施，一旦建設，它的影響將保持幾十甚至上百年，未來海平面變化影響是不能忽略的。如根據《2019 年中國海平面公報》[2]，預計未來30 a，福建沿海海平面將上升40～170 mm，是東海100 a一遇高潮位和200 a一遇高潮位高差的17.4%～73.9%[5]。假如到2050年，福建沿海海平面再上升150 mm，則現在按照100 a一遇設計海堤，屆時將沒法應付2013年出現的最高潮位；現在按照200 a一遇設計海堤，屆時海堤的防潮能力將只略高于現在100 a一遇防潮標準。

因此，濱海新城在進行海堤標準建設時，應充分評估未來氣候變化導致海平面變化的風險，合理確定海堤防潮標準，筑牢濱海新城防潮安全的第一道防線。

同時，為更好應對海平面上升所造成的影響，福州濱海新城還應綜合考慮海平面上升對海岸帶災害的加劇作用，加強海平面監測和調查，全面提升預警和綜合風險評估水平。充分發揮沿海生態系統的天然防護作用，倡導基于生態理念的海平面上升適應方案，增加海岸帶的韌性恢復力，形成抵御和緩解海平面上升和極端海洋天氣氣候事件影響的天然屏障。

4 結語

在全球氣候變化的大背景下，海平面上升已成為一個全球性的問題，給沿海城市安全帶來嚴峻挑戰。國外沿海城市在進行海堤設計時，會以氣候變化為背景進行未來一段時間海平面上升風險進行評估，然后據此確定海堤設計標準。而國內目前的海堤設計還對這個問題重視不夠。濱海新城是福州市未來重要發展區，為保證其安全，在進行海堤設計時，應充分考慮氣候變化所導致的海平面上升風險，合理確定防潮標準，提高海岸防潮能力。