吳瑋，劉秋興，于福江，傅賜福，董劍希

（1.浙江省海洋監(jiān)測預報中心，浙江杭州310007；2.國家海洋環(huán)境預報中心，北京 100081）

臺州沿海地區(qū)臺風風暴潮淹沒風險分析

吳瑋1，劉秋興2，于福江2，傅賜福2，董劍希2

（1.浙江省海洋監(jiān)測預報中心，浙江杭州310007；2.國家海洋環(huán)境預報中心，北京 100081）

臺州市是我國遭受臺風風暴潮災害最為嚴重的地區(qū)之一，對臺州地區(qū)進行風暴潮淹沒風險分析對于該區(qū)域的海洋防災減災工作有著十分重要的意義。找出對整個評估區(qū)域各控制點均能產(chǎn)生較大增水的臺風路徑作為淹沒風險分析的基礎路徑，同時為保守起見，保證每次臺風過程的最大增水均疊加在當?shù)靥煳母叱鄙?，根?jù)臺風強度不同分為6個等級對應風暴潮的不同強度，評估分析六個不同等級的臺風風暴潮疊加到臺州當?shù)靥煳母叱彼a(chǎn)生的風暴潮災害。評估中還充分考慮了實際一維海堤等對評估結(jié)果的影響，評估結(jié)果更加合理。從分析的結(jié)果來看，由于臺州市區(qū)高程普遍偏低，一旦出現(xiàn)海水漫堤的情況，將會在評估區(qū)域內(nèi)造成大面積的淹沒，受災程度視淹沒深度和范圍不同而不同。

臺風風暴潮；天文潮；淹沒風險

1 引言

風暴潮災害是當今世界上最嚴重的海洋災害之一，一次嚴重的風暴潮災害在科技高度發(fā)達的今天仍然會造成成千上萬甚至數(shù)萬人的死亡。我國位于西北太平洋沿岸，是風暴潮災害的多發(fā)區(qū)，而地處我國東南沿海的浙江省更是風暴潮災害的重災區(qū)[1]。

近年來，隨著風暴潮預報技術(shù)的不斷提高，政府和沿岸居民對風暴潮防災減災意識的不斷加強，風暴潮災害對我國造成的人員傷亡已經(jīng)大大降低，但風暴潮給沿岸居民生產(chǎn)生活造成的嚴重潛在威脅仍然不容忽視。國際上新發(fā)展起來的風暴潮災害風險評估技術(shù)是通過科學合理的風暴潮淹沒風險分析，區(qū)別出不同地區(qū)的淹沒風險等級，進而更加科學合理地規(guī)劃沿海地區(qū)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展及人口布局，尤其是將對風暴潮敏感的目標物置于安全性較高的區(qū)域，也可以有效的減少災害損失。目前美國和日本等一些發(fā)達國家已經(jīng)開展了風暴潮災害風險評估方面的工作[2,8]。

臺州市是我國浙江沿海遭受風暴潮災害最為嚴重的地區(qū)之一，統(tǒng)計表明：建國以來在臺州海門站出現(xiàn)了超警戒潮位80 cm（達到紅色預警級別）的風暴潮過程共5次，分別為8923號臺風風暴潮、9417號臺風風暴潮、9711號臺風風暴潮、0414號臺風風暴潮、0515號臺風風暴潮。每次嚴重的風暴潮過程均給臺州帶來了人員傷亡和重大的經(jīng)濟損失，特別是著名的9711號臺風影響期間，海門站于1997年8月18日21時30分出現(xiàn)了750 cm的高潮位，超過當?shù)鼐涑蔽贿_190 cm，是建國以來海門站出現(xiàn)的最高潮位記錄。臺州市作為重災區(qū)，椒江兩岸一片汪洋，全市有190個鄉(xiāng)的4800個行政村受災，受災人口470多萬，損失極其慘重。因此開展風暴潮淹沒風險分析工作對于臺州未來的城市布局和防災減災工作有著十分重要的意義。

2 基礎資料收集和分析

包括歷史風暴潮災害情況統(tǒng)計、水深、地形、海堤及潮位等數(shù)據(jù)在內(nèi)的基礎數(shù)據(jù)的準確性對于臺州沿海的風暴潮淹沒風險分析有著十分重要的作用。

2.1 水深、高程、岸線數(shù)據(jù)

水深數(shù)據(jù)采用國家海洋環(huán)境預報中心業(yè)務化預報所用的分辨率為2'的水深數(shù)據(jù)插值到網(wǎng)格節(jié)點；臺州近海部分水深數(shù)據(jù)采用實際調(diào)查所得，基本能反映臺州沿海最新的水深變化情況；臺州地區(qū)的岸線數(shù)據(jù)為“908”調(diào)查的最新成果；陸地高程數(shù)據(jù)采用浙江省測繪局提供的臺州地區(qū)1:10000的高程數(shù)據(jù)，實際應用中選用反距離加權(quán)插值法插值到網(wǎng)格節(jié)點，能夠較為真實的反映地形信息（見圖1）；本文中采用的海門站平均海平面位于當?shù)貐卿粱嬷?23 cm。

圖1 臺州地區(qū)最新的水深及地形分布情況

為了色彩對比明顯，整個評估區(qū)域內(nèi)的水深地形及海堤等數(shù)據(jù)的分布情況，高程大于8 m處高程設為8 m。可以清楚地看到臺州地區(qū)河流、山地、平原的分布情況。

2.3 海堤數(shù)據(jù)

海堤分布及高程信息對于風暴潮淹沒風險分析的影響較大，特別是在不考慮海浪作用時，陸地部分是否淹沒直接取決于周圍的海堤的防護情況，只有當海水高過海堤高程時才會發(fā)生海水淹沒情況。浙江全省海堤修筑標準較高[3]，臺州目前建成海堤總長45.457 km，分布在南北兩岸，城區(qū)地段建設標準為百年一遇，其余為50年一遇標準。高標準海塘的建成，極大地提高了臺州沿海防潮能力，成為椒江兩岸乃至整個臺州的防洪、防潮屏障。總體來看，由于臺州兩岸海堤修建標準較高，基本都達到了海堤堤頂高程普遍在8.4 m（吳淞基面）以上。海堤比較堅固，并且建有較好的擋浪墻（見圖2）。

圖2 臺州沿岸海堤及控制點分布情況

2.4 背景天文潮的情況

臺州地處浙江南部，天文潮波進入淺海后，由于水深、地形不斷變化，再加之徑流作用，淺水分潮具有由東向西、從江口到江頂逐漸增大的趨勢。海門站的潮汐性質(zhì)屬于非正規(guī)半日淺水潮，此海域潮差較大[5-6]?？v觀5次嚴重的風暴潮過程，它們均發(fā)生在當年的8或9月份，此時浙江沿海天文高潮普遍較高，而風暴潮災害的發(fā)生及嚴重程度在很大程度上需要較高天文潮的配合。由于影響浙江臺州沿岸的臺風都集中于每年6—10月，為了保守起見，同時考慮長周期天文潮的影響，本文選取了臺州海門站2001—2019年19年間以上五個月月最高潮位的平均值為背景潮汐的最高天文潮潮位值，通過對潮汐計算模塊中調(diào)和常數(shù)的調(diào)整，保證了潮汐曲線中峰值達到540.5 cm（基于吳淞基面），即潮汐曲線的峰值為317.5 cm（基于平均海平面）值，將其作為保守計算的潮汐邊界條件。為方便起見，本文均以平均海平面作為計算基面[4]。

3 風暴潮淹沒風險分析

3.1 風暴潮模式介紹

本文采用的是當今國際上先進的ADCIRC模型（A(PARALLEL）ADVANCED CIRCULATION MODEL FOR OCEANIC,COASTAL AND ESTUARINE WATERS），該模型基于有限元方法，采用三角網(wǎng)格技術(shù)，可以應用于海洋、河口海岸區(qū)域的水動力計算，實現(xiàn)了對水深地形的精細刻畫。模型采用廣義波動連續(xù)性方程（GWCE）與動量方程結(jié)合基于伽遼金有限元方法求解方程，提高了計算的精確性和穩(wěn)定性。同時該模式也是目前為數(shù)不多的可以有效處理一維海堤的風暴潮模式。此模式在美國風暴潮風險評估工作中得到了廣泛的應用[9-10]，王培濤等[7]對該模式在中國沿海的應用做了驗證工作，效果良好。

在球坐標系下海水的連續(xù)方程為：

風暴潮漫灘模式對臺州陸地的網(wǎng)格分辨率為70—80 m，在椒江水域的分辨為100 m左右，椒江水域外分辨率依次降低。計算區(qū)域的高分辨率非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格包括了604787個三角形單元，308186個節(jié)點。其中80%以上的節(jié)點分布在潮水可能淹沒的陸域部分。網(wǎng)格分辨率由外及內(nèi)依次提高，模式計算范圍較大，這樣既消除了邊界對計算結(jié)果的影響，同時又大大縮短了計算時間。模式運行在神威3000大型計算機上，采用32核并行計算。

3.2 最危險臺風路徑的選取

歷史上影響臺州沿海的臺風路徑主要包括由南往北的如9216號臺風；路徑由東往西的如8923號臺風；近海轉(zhuǎn)向的如7910號臺風。從對沿岸地區(qū)的實際影響來看，臺州歷史上五次大的災害性風暴潮過程均為由東向西類型。為了找出對臺州沿海地區(qū)影響最大的臺風路徑，本文在臺州沿岸布置了4個控制點，見圖2，選取的這些點基本上能

圖3 派生出的臺風路徑

反應出臺州沿岸的風暴潮的變化情況。臺風路徑以臺州歷史上引起最大增水的0414號臺風路徑為基礎路徑，以7.5 km為間隔派生出31條臺風路徑（見圖3）。在31條路徑中篩選出可能對臺州地區(qū)引起較大增水的9條路徑，由表1可以大致看出每次不同的臺風路徑在臺州沿海各布點造成的水位變化情況。

表1 相同強度、不同路徑臺風對各站點增水表（單位/cm）

通過各條不同臺風路徑風暴潮模擬的情況來看，我們對最有可能在臺州地區(qū)引起較大增水的9條臺風路徑進行了篩選，得到了位于基礎路徑左方1倍最大風速半徑距離處路徑為對沿岸各站點均能產(chǎn)生很大增水的臺風路徑，結(jié)合實際預報經(jīng)驗，我們有理由相信此臺風路徑為影響臺州沿岸的最危險的臺風路徑，并將此路徑在不同臺風強度下產(chǎn)生的淹沒風險作為我們對該區(qū)域淹沒風險分析的標準。

3.3 臺風強度分級

在風暴潮災害風險分析中，我們根據(jù)臺州地區(qū)的實際情況并且結(jié)合最新制定的風暴潮風險評估導則的規(guī)定，把臺風等級分為5類，同時增加了強熱帶風暴一級（見表2）。

表2 不同等級臺風強度分級

表3 不同等級臺風影響下臺州附近控制點最高潮位分布（單位/cm）

圖4 臺風影響下海門站的計算潮位 圖5 臺風影響下椒江內(nèi)點的計算潮位

圖6 臺風影響下椒江口南岸點的計算潮位 圖7 臺風影響下椒江口北岸點的計算潮位

圖8 985 hPa臺風登陸時最不利淹沒情況 圖9 965 hPa臺風登陸時最不利淹沒情況

圖10 945 hPa臺風登陸時最不利淹沒情況圖11 935 hPa臺風登陸時最不利淹沒情況

圖12 925 hPa臺風登陸時最不利淹沒情況圖13 915 hPa臺風登陸時最不利淹沒情況

3.4 不同強度臺風在沿岸各點引起的增水值

臺州歷史上5次嚴重的風暴潮災害中8923號臺風風暴潮、0414號臺風風暴潮、9711號臺風風暴潮、0515號臺風風暴潮四次非常嚴重的風暴潮災害最高水位均發(fā)生在當?shù)氐奶煳母叱彪A段。因此確定了最有利的臺風路徑后，根據(jù)不同的臺風強度標準，為保守起見，我們以海門站為例，將各不同等級的臺風引起的最大風暴增水疊加到該站的天文高潮上，得出該等級臺風對臺州地區(qū)造成的最大可能淹沒風險。圖4—7為沿岸各站不同等級臺風與當?shù)靥煳母叱悲B加時的過程曲線，以下高程均以當?shù)仄骄Ｆ矫鏋榛鶞省?/p>

3.5 不同強度臺風的淹沒范圍及淹沒水深

從不同等級臺風登陸臺州沿海計算的淹沒情況圖來看（見圖8—13），在現(xiàn)有海堤及防護條件下，當臺風以中心氣壓為985 hPa的強度登陸臺州時，除岸灘處會有些許淹沒及灘涂養(yǎng)殖損失外，無明顯的風暴潮災害發(fā)生；當臺風以中心氣壓為965 hPa的臺風登陸臺州地區(qū)恰遇當?shù)靥煳母叱睍r，在沿岸沒有潰堤的條件下，如果臺風移動速度較快，加上彎頂?shù)狞S礁等地海堤較為薄弱，會在彎頂處產(chǎn)生一定的漫堤現(xiàn)象，但淹沒水深普遍不深，大的淹沒范圍在很大程度上是因為水在風的強迫下在陸上的自由流動造成的；當臺風以945 hPa的強度登陸恰遇當?shù)靥煳母叱睍r，會出現(xiàn)一定的潮水漫堤現(xiàn)象，但漫堤持續(xù)時間較短，一般在1 h左右，椒江北岸黃樵、前所、章安及椒江南岸大部分平原地帶等地淹沒水深一般在1 m以下，此種強度臺風登陸時通常會對局部脆弱海堤造成威脅，產(chǎn)生局部越浪甚至潰堤，但總體來看，由于臺州市區(qū)海堤防御標準較高，潮水不會在市區(qū)處產(chǎn)生漫堤現(xiàn)象。圖中市區(qū)處出現(xiàn)淹水主要是由于周圍水體的自由流動造成的，當臺風以935 hPa及以上的強度登陸恰遇當?shù)靥煳母叱睍r，如此的臺風強度海水足可以大面積漫過海堤，由于堤內(nèi)高程除山包外基本不超過5 m，地勢低洼區(qū)域容易出現(xiàn)海水漫堤現(xiàn)象，而且此時產(chǎn)生漫堤將會持續(xù)1 h以上，往往造成大面積的淹沒現(xiàn)象，此時產(chǎn)生的海浪對椒江兩岸的海堤也會產(chǎn)生較大的威脅，因此臺風以此強度甚至更強登陸，并且最大增水趕在天文高潮時，將會產(chǎn)生大面積的漫堤和越浪現(xiàn)象，臺州市區(qū)進水，水深較深，受災嚴重。

4 結(jié)論

本文選用目前國際上先進的風暴潮漫灘模式對臺州區(qū)域進行風暴潮災害的淹沒風險分析，模式中充分考慮了一維海堤等情況，精細地刻畫了評估區(qū)域水陸地形的變化，同時對不同等級臺風影響下的臺州淹沒區(qū)域給出了細致的劃分。潮水淹沒范圍均出于保守計算考慮，最有利路徑的最大臺風增水疊加到當?shù)靥煳母叱蔽簧?，實際上相同強度臺風登陸時造成的危害均小于或等于文中所示的淹沒范圍和水深。對臺州區(qū)域進行細致的淹沒風險分析，對于該區(qū)域的防潮減災和產(chǎn)業(yè)布局有著重要的指導意義。

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Inundation risk assessment of typhoon storm surge along Taizhou coastal areas

WU Wei1，LIU Qiu-xing2，YU Fu-jiang2，F(xiàn)U Ci-fu2，DONG Jian-xi2
(1.Marine Monitoring and Forecasting Center Of Zhejiang，Hangzhou 310007 China；2.National Marine Environment Forecasting Center，Beijing 100081 China)

Taizhou city is one of the areas that are most vulnerable to typhoon storm surge in China.Inundation risk analysis is important to Taizhou’s marine disaster prevention and mitigation.A typhoon track is selected as a reference,which could cause the maximum storm surge over the entire region.For the sake of safety,the maximum storm surge should be superimposed on the high astronomical tide.According to the intensity of typhoon,storm surge’s intensity is divided into six categories.Inundation risk should be evaluated through the different flooding areas caused by storm surge for various intensity.It should be more reasonable to take the effect of barrier into consideration.Inundation risk assessment indicate that Taizhou city will be largely flooded due to the low elevation of Taizhou City.Furthermore,the severity of disaster depends on the inundation depth and extent.

typhoon storm surge;astronomical tide;inundation risk assessment

P731

A

1003-0239（2012）02-0025-07

2011-01-06

海洋局公益性項目“浙江省沿海重點區(qū)域海洋災害風險評估與應急技術(shù)響應研究”（200705004）

吳瑋(1978-)，男，助理研究員，主要從事海洋災害的預報和研究工作。E-mail：wuwei@nmefc.gov.com