天津滨海地区受风暴潮影响从20世纪90年代的3~5年1次,增加到现在的每年1~2次,是我国风暴潮灾害的多发区之一。位于天津滨海的滨海新区,集制造、能源、仓储、物流、居住和服务功能于一体,是我国综合性现代港口城市的典型代表。目前滨海新区对风暴潮的工程防御主要依赖防潮堤与防护林,并没有开展风暴潮避难所的规划建设。
如图1、图2所示,本文主要研究区域包括滨海新区核心区的东部港口地区、海河沿岸地区和西北部内陆地区,占地约415km2;以城市主干路及以上等级道路为边界,研究区域用地共划分292个街块单元;至2020年规划人口178万。在文化、教育科研和社会福利3类设施用地中,研究提取不小于1hm2 的185处用地作为风暴潮避难所备选用地。
本文采用ArcGIS10.2 核密度分析(Kernel Density),计算一定邻域范围内备选风暴潮避难所的规模加权密度,获得风暴潮避难所的数量与规模在研究区域内的总体分布情况。假设所有备选风暴潮避难所的建筑容积率相等,则以用地面积代替建筑规模。已有研究表明,2000m为应急响应条件下人的步行最大范围,当风暴潮避难所服务范围超过步行距离,其应急响应的效用会骤减。因此,以2000m作为风暴潮避难所的服务半径,并指定为核密度分析中的邻域范围。
核密度分析结果显示,备选风暴潮避难所的空间分布非常不均匀,作为公共和公益性资源,其规模和数量明显被地区间非均衡的发展建设条件左右(图3)。相比靠近海河和入海口的中心高密度地区,内陆北部生活聚集区中的文化、教育科研和社会福利等建设用地更为宽敞,所以备选风暴潮避难所的规模和分布数量都较大,但覆盖范围非常有限,其中较高值—很高值的区域仅占研究区域的2.4%。在天津港的离岸金融中心码头、海河入海口的国际航运中心和临港工业区的综合服务中心,因具备较强的服务职能,各有1处具有一定核密度的备选用地。靠近海河和入海口的中心地区虽然有较多避难所备选用地,但是因分布零散,用地局促,致使核密度较低;广大的港口、工业用地及城市边缘地区因公共服务配置较少甚至缺失,故核密度最低。
本文通过ArcGIS10.2热点分析(Hot Spot Analysis),分别对研究区域中风暴潮致灾危险性、人口暴露性、交通敏感性和服务敏感性的评价结果进行空间聚类分析,识别具有统计学显著性的高低值间的分布差异。
(1) 致灾危险性分布。高致灾危险性地区集中分布于港口且近海河入海口地区,覆盖面积占研究区域的29.0%;低危险区一处位于内陆远离海河的北部地区,另一处位于内陆沿河南部,总面积占研究区域的18.6%(图4)。
高危险和低危险分布差异的主要原因包括:①滨海新区属于海相沉积区,近海地势低,增加了风暴潮的可能浸水深度;②大规模填海造地将城市建设用地向海域延伸,使风暴潮的可能浸水范围变大;③海河和天津港的狭长码头都构成了风暴潮洪水走廊,会加大沿岸滨水损失;④港口地区存在大规模的火灾爆炸隐患;⑤天津港工业防护绿带和大型公园绿地规划建设不足,缺乏防火防潮功能。相比之下,内陆生活聚集区不存在以上问题,且海河南岸地势最高,基本无风暴潮浸水和滨水损失。
(2) 人口暴露性分布。研究区域的高暴露性表现出明显的单中心结构(图5)。高暴露性区域主要分布在海河沿岸与入海口,覆盖了于家堡中心商务区,另外天津港离岸金融中心码头也表现出高暴露性,总面积占研究区域的19.8%;城区边缘表现出低暴露性,涉及东南部临港工业区、北部先进制造业产业区和内陆生活聚集区3处,总面积占研究区域的24.1%。单中心结构形成的主要原因包括:
①海河因景观与运输优势成为城市发展轴线,经济要素向海河沿岸高度集中,吸引了大量居住、休闲和服务业从业人口;②明确的港城用地划分使港城交界处,尤其是入海口成为最具活力的地标性地区,占据通勤枢纽、综合服务和金融商务等多项发展优势,刺激了经济和人口的集中。
(3)人口活动敏感性分布。如图6所示,单中心结构也反映在道路等级和密度的分布上。高交通敏感性除天津港码头、先进制造业产业区和内陆生活聚集区的边缘地区,还覆盖了全部临港工业区,总面积占研究区域的49.3%;低交通敏感性地区靠近海河沿岸及入海口,总面积占研究区域的16.1%。
相较于靠近海河和河口的区域,中心地区的路网密布且等级完善,高速路和快速路等对外交通要道并未过境港口地区,并且临港工业区和城区边缘主干路覆盖密度较低,造成道路不成网的问题。
低服务敏感性分布呈带状,自东向西,从天津港离岸金融中心码头向于家堡中心商务区延伸,总面积占研究区域的14.9%;高服务敏感性地区主要分布在先进制造业产业区和城市边缘,覆盖面积占研究区域的10.3%( 图7)。
低服务敏感带也是港城综合发展带,两端聚集有行政管理、医疗卫生、商业、交通枢纽、邮政和消防等综合公共设施,中部的港口码头则发挥仓储物流和交通运输功能。相比之下,先进制造业产业区既无港口运输的区位优势,也无丰富的生活服务配套,服务敏感性最高。
(1) 低危险地区未被充分利用。风暴潮避难所分布的高核密度区有81.2% 的区域位于低致灾危险区,但仅占低危险区的10.6%,说明备选风暴潮避难所虽然基本上集中分布在低危险环境中,但是数量和规模非常有限,没有充分利用更大范围的低危险地区,可能导致低危险区无法充分收容从高危险区转移来的人口。
(2) 高暴露地区未被有效覆盖。风暴潮避难所分布的高核密度区有38.6% 的区域位于高人口暴露区,但仅占高暴露区的4.7%,说明备选风暴潮避难所无法高效覆盖高暴露地区,尤其可能导致海河入海口附近和海河南岸的紧急避难人口无法得到充分收容。
(3) 交通优势与服务优势缺乏。在交通方面,风暴潮避难所的高核密度区仅有24.7% 的区域位于低交通敏感区,可见集中分布的备选风暴潮避难所占据的交通优势并不充分。另外,集中分布的备选风暴潮避难所中还有10.0% 受到高交通敏感性影响,位于临港工业区服务中心的备选避难所也位于高交通敏感区内。在服务方面,风暴潮避难所的高核密度区位于低服务敏感区的面积为0,说明集中分布的备选风暴潮避难所几乎没有占据服务优势,仅有于家堡中心商务区和国际航运中心附近的一小部分备选避难所具有服务优势条件。以上都将严重阻碍以风暴潮避难所为节点的避难与救助活动的开展。
基于综合决策原则,通过各维度“损失型”灾害风险评价结果的空间叠加,识别出最适宜配置风暴潮避难所的街块单元仅1 个,位于海河南岸靠近城市中心;最不适宜配置风暴潮避难所的街块单元也仅有1个,位于临港工业区非码头的中部地区。其余290个街块单元都需要进一步论证风暴潮避难所分布的必要性和可行性,并提出针对多个风险维度的适应性改进方案。
如表5中低危险街块分布图所示,本文建议在低危险区加大配置长期风暴潮避难所。进一步而言,如表5 中必须重点改进街块分布图所示,在低危险且高交通敏感区(集中于海河以北生活聚集区的西部边缘),需要通过道路整备,增加对外交通道路过境或增加城市主干路路网密度及联通性;在低危险且高服务敏感区(位于生活聚集区与先进制造业产业区交界处、生活聚集区的西部边缘),考虑以避难所附带大型开敞空间作为防灾据点,或就近增设行政、医疗、商业及消防等专业救助设施。
如表6中高暴露街块分布图所示,在高暴露区必须确保配置临时风暴潮避难所。除此之外,如表6中必须重点改进街块分布图所示,在高暴露且高危险区(集中在海河入海口的国际航运中心及周边地区、天津港离岸金融中心码头),须升级建筑标准、抬高码头地面和建筑楼面,以及建造蓄洪绿地和防潮林;在高暴露且高交通敏感区(位于离岸金融中心码头),应增设港陆联系专用道,消除港城交通隔离;在高暴露且高服务敏感区(位于海河以北的生活聚集区和先进制造业产业区交界处),应就近增设防灾据点或专业救助设施。
上述针对具体街块的适应性问题的解决方案,都是在不改变现有城市总体空间结构的前提下进行的。然而,研究区域的空间结构本身存在对“损失型”灾害风险的不适应性,如表5显示低致灾危险区中高交通敏感性地区高达29.5%,而表6 显示高人口暴露区竟有30.9% 的地区受到高致灾危险的威胁。这些无疑都增加了现有备选避难所分布无法适应灾害风险的可能性。
因此,调整现有城市空间结构是改善风暴潮避难所分布适应性的最根本且需长期推动的策略。例如,将高暴露区向低危险区转移、低敏感区与低危险区重合等,这需要与前瞻性规划、低危险区的开发刺激政策及高危险区的建筑防灾鼓励政策等同步推进。具体的空间结构调整方案包括重新划定城市发展边界,退让滨海沿河高致灾危险区;维护与重建滨海沿河生态栖息地,禁止或限制土壤硬化;将大型基础设施、商业设施和住宅迁出高危险区;在低危险区中增加大规模、高容量、系统性和标准化建设;加大滨海和内陆、专业港口区和生活聚集区等高低危险区之间的高等级道路连接等。