段麗瑤 解以揚 陳 靖 趙玉潔 任 雨

1）（天津市氣象臺，天津300074）2）（天津市氣象科學(xué)研究所，天津300074）

3）（天津市濱海新區(qū)氣象局，天津300070）4）（天津市氣候中心，天津300074）

基于城市內(nèi)澇仿真模型的天津風(fēng)暴潮災(zāi)害評估

段麗瑤1）＊解以揚2）陳 靖2）趙玉潔3）任 雨4）

1）（天津市氣象臺，天津300074）2）（天津市氣象科學(xué)研究所，天津300074）

3）（天津市濱海新區(qū)氣象局，天津300070）4）（天津市氣候中心，天津300074）

基于城市內(nèi)澇仿真模型，根據(jù)天津沿海地區(qū)的地形、地貌特征以及排水系統(tǒng)等對城市內(nèi)澇仿真模型進(jìn)行改進(jìn)，在沿海邊界和河口設(shè)置時變水位，使得模型拓展到既能模擬暴雨產(chǎn)生的內(nèi)澇，也能模擬由于風(fēng)暴潮侵襲造成的淹沒情景。該模型對天津沿海地區(qū)歷史上典型風(fēng)暴潮個例以及10年、20年、50年、100年一遇重現(xiàn)期風(fēng)暴潮產(chǎn)生的積水范圍和積水深度進(jìn)行了模擬，并對2012年8月3日臺風(fēng)達(dá)維（1210）造成的天津沿海風(fēng)暴潮進(jìn)行了業(yè)務(wù)試應(yīng)用。將歷史風(fēng)暴潮個例模擬結(jié)果以及2012年8月3日的評估結(jié)果與實際災(zāi)情進(jìn)行對比，結(jié)果顯示模型具有較好的模擬能力，可應(yīng)用于風(fēng)暴潮災(zāi)害的評估和預(yù)估業(yè)務(wù)中，為相關(guān)部門和行業(yè)提供決策參考。

天津沿海；風(fēng)暴潮；淹沒；評估

引 言

風(fēng)暴潮災(zāi)害是沿海地區(qū)普遍存在的一種自然災(zāi)害，受全球氣候變暖和海平面上升的影響，沿海城市風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險顯著增加［1］。近年來，我國因風(fēng)暴潮災(zāi)害而造成的損失呈逐年上升的趨勢，每年都在百億元左右［2－4］。天津是我國風(fēng)暴潮災(zāi)害的多發(fā)區(qū)和嚴(yán)重區(qū)，海岸線約153km，一級河道的防波堤近209km，天津市濱海新區(qū)是我國沿海海拔最低的區(qū)域，極易受到風(fēng)暴潮等災(zāi)害的侵害，風(fēng)暴潮災(zāi)害對天津沿海及港口等影響重大。9216號臺風(fēng)減弱北上引起的風(fēng)暴潮，造成天津近100km海堤漫水，40處決口，天津沿海地區(qū)直接經(jīng)濟損失近4億元［5］。1997年和2003年出現(xiàn)的風(fēng)暴潮也給天津沿海地區(qū)造成巨大損失。近年來天津沿海風(fēng)暴潮有增加趨勢，發(fā)生頻率由20世紀(jì)90年代的3～5年1次增加到現(xiàn)在的每年1～2次［6］。隨著天津市濱海新區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展，同樣強度的風(fēng)暴潮如今造成的損失將較以前倍增，研究天津沿海地區(qū)風(fēng)暴潮災(zāi)害的評估方法，對于防災(zāi)減災(zāi)意義重大。

風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估方法在歐美國家已相當(dāng)成熟，被運用到不同城市進(jìn)行實證研究，為制定合理的防災(zāi)預(yù)案提供依據(jù)，已取得了較好效果［7］。在我國，暴雨災(zāi)害的研究和風(fēng)險評估方法已經(jīng)很多［8－12］，但風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估還是一個嶄新的研究領(lǐng)域。目前國內(nèi)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估研究主要集中在對風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報、潮高估算和重現(xiàn)期研究，危險性評估，承災(zāi)體暴露性和脆弱性評估，災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃、災(zāi)情損失評估等［13－16］。肖啟華等［17］以反映風(fēng)暴潮災(zāi)害自然特征和社會屬性的4個評估指標(biāo)，建立了基于模糊決策的風(fēng)暴潮發(fā)生過程中城市災(zāi)害的快速評估模型，并以街道為最小評估單元，對福建省廈門市風(fēng)暴潮進(jìn)行模擬評估。張俊香等［18］采用基于信息擴散技術(shù)的風(fēng)險計算模型對廣東省沿海幾個驗潮站的臺風(fēng)風(fēng)暴潮最大增水值序列分別進(jìn)行了風(fēng)險計算，并將其結(jié)果與基于風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報模型的計算結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)兩種方法的計算結(jié)果均與實際風(fēng)險情況相吻合。

城市內(nèi)澇模型分為水文產(chǎn)流模型和水動力學(xué)模型，前者是描述降水經(jīng)過損失階段而產(chǎn)生徑流過程的數(shù)學(xué)模型，如常說的蓄滿產(chǎn)流（超蓄產(chǎn)流）模型等；后者采用水動力學(xué)方程模擬城市地表與河道的水流運動。國外常用的模型有SWMM模型、STORM模型、沃林福特模型，這些模型發(fā)展時間較長，都是在傳統(tǒng)水文學(xué)理論基礎(chǔ)上建立起來的。而國內(nèi)內(nèi)澇積水模型雖然發(fā)展時間較晚，但起點相對較高，大都是基于水動力學(xué)方程的模型［19－21］。由天津市氣象科學(xué)研究所和天津大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的城市內(nèi)澇仿真模型以城市地表和明渠河道水流運動為主要模擬對象，模擬城市暴雨產(chǎn)生的積水范圍和積水深度［22－23］，目前已在全國30多個省市進(jìn)行推廣并得到不斷完善。

本文基于城市內(nèi)澇仿真模型，對模型進(jìn)行改進(jìn)，在沿海邊界和河口設(shè)置時變水位，使得模型擴展到能夠評估風(fēng)暴潮高潮位產(chǎn)生的積水范圍和積水深度，為相關(guān)部門和行業(yè)提供決策參考。

1 城市內(nèi)澇仿真模型的拓展及改進(jìn)

城市內(nèi)澇仿真模型應(yīng)用有限體積法的思想，采用無結(jié)構(gòu)不規(guī)則網(wǎng)格設(shè)計計算區(qū)域，以城市地表和明渠河道水流運動為主要模擬對象，基本控制方程以平面二維非恒定流的基本方程為骨架。同時，針對小于離散網(wǎng)格尺度的排水渠涌或河道，在二維模型中結(jié)合了一維明渠非恒定流方程的算法。目前模型的應(yīng)用對象大多是內(nèi)陸城市，而沿海城市應(yīng)用內(nèi)澇模型則需考慮其地貌特點。

天津市濱海新區(qū)位于渤海西岸，地處海河要沖。模型需要考慮的不同于內(nèi)陸城市的特點主要有3個方面：地表水系發(fā)達(dá)，薊運河等6條大型河道分別從北部、西部匯入新區(qū)，再流入渤海；在153km的海岸線地區(qū)，因漲潮落潮而引起水陸邊界變化；退海濕地，坑塘、湖泊和干渠密布，水域面積大，地勢低平。

針對天津市濱海新區(qū)的上述特點，本文對模型的描述方法進(jìn)行改進(jìn)，使之適用于濱海新區(qū)，同時還將模型功能拓展到能應(yīng)用于風(fēng)暴潮評估中。

1.1 天津市濱海新區(qū)內(nèi)澇仿真模型建立

本文仍采用無結(jié)構(gòu)不規(guī)則網(wǎng)格設(shè)計天津市濱海新區(qū)內(nèi)澇仿真模型。區(qū)域內(nèi)較寬的河道，如薊運河、潮白河、永定新河、海河以及獨流減河概化為河道型網(wǎng)格；較小的河道及排水渠涌，如黑豬河、馬廠減河、大沽和北塘排污河等，處理成特殊型通道。坑塘、湖泊、鹽池按形狀概化為湖泊型網(wǎng)格；公園、成片綠地、建筑群、街區(qū)均概化為不同形狀的陸地型網(wǎng)格。此外，對社會資源相對集中、人口相對稠密地區(qū)，加密網(wǎng)格，盡可能包含街道、居民區(qū)信息。而對城市邊緣或不易發(fā)生積水的地區(qū)采用較稀疏網(wǎng)格。城市中連續(xù)型的阻水建筑物，如堤防、高于地面的干道、鐵路等，概化成連續(xù)堤，按實際走向布置在通道上，形成連續(xù)堤通道。

天津市濱海新區(qū)內(nèi)澇仿真模型共設(shè)計有網(wǎng)格7973個，通道17191條，節(jié)點9217個。圖1為天津市濱海新區(qū)的網(wǎng)格劃分圖，共分為河道型網(wǎng)格、湖泊型網(wǎng)格、陸地型網(wǎng)格和特殊通道。

圖1 天津市濱海新區(qū)網(wǎng)格劃分圖Fig.1 Mesh grids of Binhai New District in Tianjin

1.2 沿海地區(qū)潮汐特征的數(shù)學(xué)描述

內(nèi)陸城市的內(nèi)澇仿真模型大多采用單一的邊界條件，邊界通常設(shè)置在小型河溝或大型江河處，此時邊界水流方向單一，僅僅指向區(qū)域外?；蛘咴O(shè)置在高速公路、大型堤壩處，模型邊界無水流交換。而對天津市濱海新區(qū)而言，海岸帶地區(qū)潮起潮落，呈現(xiàn)了干濕變化，具有潮間帶的性質(zhì)，涉及動態(tài)邊界的處理。本文在沿海邊界設(shè)置了時變水位，水位即風(fēng)暴潮的潮位，當(dāng)潮位高于沿海的防潮堤時，潮水進(jìn)入城市，造成積水。通常潮位逐小時給出，時變水位數(shù)學(xué)表達(dá)式為

近年來，天津市濱海新區(qū)大規(guī)模填海造地，海岸線不斷向東擴張?？紤]到未來發(fā)展，按照規(guī)劃圖設(shè)置模型區(qū)域，在已建區(qū)域按照實況設(shè)置路面高程和堤高，在沿海尚未填海的區(qū)域設(shè)置了較低的高程。當(dāng)采用時變邊界后，隨著潮起潮落，這部分區(qū)域的干濕變化特征更為顯著。

通過以上方法，將城市內(nèi)澇仿真模型擴展到既能評估暴雨產(chǎn)生的內(nèi)澇，又能評估風(fēng)暴潮高潮位產(chǎn)生的積水范圍和積水深度。

1.3 河口及潮位特征的描述

天津市濱海新區(qū)河流眾多，薊運河、潮白新河、永定新河、海河、獨流減河和子牙新河分別從北部、西部匯入新區(qū)，為邊界河口。這些河口的水位反映著進(jìn)入濱海新區(qū)的客水的多寡。在盛夏季節(jié)，濱海新區(qū)上游出現(xiàn)暴雨，河口水位通常很高。當(dāng)遇到風(fēng)暴潮頂托時，天津市濱海新區(qū)內(nèi)的河道高水位運行，造成排水問題。同時，濱海新區(qū)東側(cè)臨海，有3個出?？?，其中海河設(shè)防潮閘長期關(guān)閉，而另兩個河口都會受到漲落潮影響。

以往的城市內(nèi)澇仿真模型的河口水位多采用常水位，主要是由于未能得到當(dāng)?shù)厮蛔兓畔?。近年來，天津市氣象部門與水務(wù)部門加強合作，目前可以從當(dāng)?shù)厮畡?wù)部門獲取實時水位信息。本文將薊運河、潮白新河、永定新河、海河、獨流減河和子牙新河6條河道的可變化的實時水位信息按式（1）的時變水位作為河口的邊界條件代入模型，并在沿海河口按照潮位變化設(shè)置了時變水位，作為邊界條件代入模型。

通過以上方法，城市內(nèi)澇仿真模型擴展到既能評估行洪河道的影響，又能夠評估風(fēng)暴潮對河道的影響。

1.4 天津市濱海新區(qū)排水系統(tǒng)的概化

天津市濱海新區(qū)地下排水管網(wǎng)主要集中在塘沽區(qū)、漢沽區(qū)、大港區(qū)以及開發(fā)區(qū)、保稅區(qū)等人口集中的區(qū)域，這部分區(qū)域?qū)儆诔鞘袇^(qū)域，在濱海新區(qū)占較小的比例?？紤]到排水管網(wǎng)主要分布在道路下面，因此模型以網(wǎng)格為單元，將網(wǎng)格單元分為含管網(wǎng)和不含管網(wǎng)兩種。對含管網(wǎng)的網(wǎng)格單元，按道路長度概化管網(wǎng)長度，按當(dāng)?shù)氐缆返燃壐呕芫W(wǎng)的管徑，并求取網(wǎng)格單元的平均管徑，以減少模型的計算難度。排水管網(wǎng)內(nèi)流量的計算參照文獻(xiàn)［23］計算。

在排水系統(tǒng)中，泵站和閘門都起著重要的排水作用。在不同城市泵閘等排水設(shè)施的設(shè)置因地制宜，具有當(dāng)?shù)靥厣?。天津市濱海新區(qū)共有泵站111座，其中分布在一級河道兩側(cè)的有36座，分布在二級河道兩側(cè)的有31座，臨海的有1座，閘門有150個，其中分布在一級河道兩側(cè)的有60個，分布在二級河道兩側(cè)的有12個，臨海的有9個。另外，用于路面排水的泵站有20個。

模型將泵站、閘門等排水設(shè)施概化在通道上，并按排水屬性進(jìn)行分類，如向一級河道排水的泵站設(shè)為屬性1，向一級河道排水的閘門設(shè)為屬性2，向二級河道排水的泵站設(shè)為屬性6，向二級河道排水的閘門設(shè)為屬性7，陸地泵屬性為11，可以分別調(diào)用不同的程序進(jìn)行排水處理。由于天津市濱海新區(qū)的河道沒有淹沒出流式的排水管道，因此泵站和閘門的排水方向均為單向（只向臨近河道排水），編程處理時只考慮開（1）或關(guān)（0）。當(dāng)泵站或閘門開啟時，其排水能力按單位時間內(nèi)的流量進(jìn)行概化。考慮到城市排水泵站通常都設(shè)有集水池，為了簡化，連接泵站的網(wǎng)格單元的管道容水量均人為設(shè)置，使其與泵站排水量相適應(yīng)。

2 風(fēng)暴潮模擬

2.1 典型風(fēng)暴潮個例模擬

選取1951年以來天津沿海地區(qū)最為嚴(yán)重的1992年9月1日以及最近10年最嚴(yán)重的2003年10月11日兩次風(fēng)暴潮個例進(jìn)行模擬。兩次風(fēng)暴潮中1992年9月1日出現(xiàn)了超過100年一遇的5.87m的最高潮位，當(dāng)天沒有出現(xiàn)降水。在此次風(fēng)暴潮模擬中，將降水量設(shè)置為零，僅僅模擬高潮位產(chǎn)生的積水情況，潮位變化為1992年9月1日實況（圖2）。2003年10月11日在出現(xiàn)風(fēng)暴潮的同時伴有降水，模型同時考慮風(fēng)暴潮增水和降水的共同影響，潮位變化為2003年10月11日實況（圖3）。本文所用時間均為北京時。

圖2 1992年9月1日潮位實況Fig.2 Hourly tidal change on 1September 1992

1992年9月1日模型模擬結(jié)果顯示（表1），此次風(fēng)暴潮積水范圍達(dá)282km2，最大積水深度達(dá)1.72m，其中天津沿海出現(xiàn)大范圍積水現(xiàn)象，模擬情況能基本反映出1992年大范圍的積水情況，但由于沒有當(dāng)時的最大水深災(zāi)情記錄，難以與實際情況進(jìn)行詳細(xì)對比。

圖3 2003年10月11日潮位實況Fig.3 Hourly tidal change on 11October 2003

2003年10月11日最高潮位達(dá)5.29m，塘沽氣象站24h降水量為77.1mm，由于當(dāng)時沒有自動氣象站，以塘沽氣象站降水量計算塘沽面雨量，對應(yīng)的漢沽、大港、津南、寧河等分別使用氣象觀測站的逐小時降水?dāng)?shù)據(jù)計算所在區(qū)域的面雨量。該日在高潮位和降水的共同作用下，天津沿海積水面積達(dá)65km2，最大積水深度為1.1m。歷史災(zāi)情顯示此次風(fēng)暴潮塘沽、大港、漢沽三區(qū)決口3處，部分地區(qū)發(fā)生淹泡，造成直接經(jīng)濟損失1.11億元。

為了進(jìn)一步驗證該模型的模擬效果，本文對1951年以來天津沿海地區(qū)出現(xiàn)的5.1m以上的11次高潮位（警戒潮位4.9m）進(jìn)行了模擬，分別計算了11次高潮位下所產(chǎn)生的積水深度和積水面積，并與歷史災(zāi)情資料進(jìn)行對比。模擬結(jié)果顯示，模型較好地模擬出1985年8月19日5.28m、1997年8月20日5.46m高潮位等較嚴(yán)重的風(fēng)暴潮災(zāi)害。但由于歷史災(zāi)情資料記錄不完整，部分風(fēng)暴潮個例無歷史災(zāi)情資料記錄，難以與模擬結(jié)果進(jìn)行對比。

表1 1992年和2003年兩次風(fēng)暴潮模擬結(jié)果Table 1 Simulation outputs for two storm surges in 1992and 2003

2.2 不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮模擬

采用工程理論上最為適用的耿貝爾分布的推算結(jié)果，得到天津沿海地區(qū)10年、20年、50年、100年一遇的重現(xiàn)期潮位分別為5.28m，5.43m，5.63m，5.77m。本文對重現(xiàn)期風(fēng)暴潮淹沒情景的模擬設(shè)計了3個試驗方案。方案1：只用潮位作為模型的邊界條件；方案2：用潮位和2012年7月25—26日的暴雨作為模型的邊界條件；方案3：用潮位和2003年10月11—12日的降水作為模型的邊界條件。其中，2012年7月25—26日的大暴雨為天津沿海地區(qū)近30年來出現(xiàn)的最強降水，2003年10月11—12日的降水為天津出現(xiàn)高潮位時伴隨的最大降水。

不同重現(xiàn)期潮位變化曲線選取歷史上出現(xiàn)過的與不同重現(xiàn)期潮位相同或者接近的風(fēng)暴潮個例的潮位逐小時變化曲線作為重現(xiàn)期潮位變化曲線，并將相似年份的潮位訂正到重現(xiàn)期相同的潮位。

僅考慮高潮位以及同時考慮了2012年7月25—26日的暴雨共同作用作為模型的邊界條件計算出的天津市濱海新區(qū)積水情況詳見表2。

表2 不同重現(xiàn)期風(fēng)暴潮潮位下的積水模擬結(jié)果Table 2 Simulation outputs for the submerged depth under different return－level storm surge

3 業(yè)務(wù)應(yīng)用

2012年8月3日，受臺風(fēng)達(dá)維（1210）的影響天津沿海地區(qū)出現(xiàn)了5.07m的高潮位。8月2日天津市氣象科學(xué)研究所自主開發(fā)的風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報模式預(yù)估最高潮位為5.6m，預(yù)報員結(jié)合多種預(yù)報產(chǎn)品，預(yù)計3日潮位為5.2m。模型以5.2m的潮位進(jìn)行預(yù)評估，潮位變化曲線使用數(shù)值預(yù)報模式的潮位變化結(jié)果，將高潮位降低為5.2m，其他地方采用插值方法進(jìn)行相應(yīng)的降低。預(yù)評估結(jié)果為風(fēng)暴潮將產(chǎn)生的積水范圍為33.2km2，最大積水深度為1.04m。

2012年8月3日16：20天津市濱海新區(qū)最高潮位達(dá)5.07m，超過4.9m的警戒水位。客運碼頭、北塘碼頭等海水漫上岸。海河閘水位達(dá)5.6m，出現(xiàn)海水倒灌。城市內(nèi)澇仿真模型以最高潮位5.07m以及24h潮位逐小時實況變化對此次高潮位過程進(jìn)行評估，評估結(jié)果積水范圍為25.4km2，最大積水深度為0.89m，與實地采集得到的積水范圍基本相符，但積水深度偏大。

4 結(jié)論和討論

1）本文對城市內(nèi)澇仿真模型進(jìn)行改進(jìn)，通過在沿海邊界和河口設(shè)置時變水位，加入時變水位的計算方法使改進(jìn)后的模型具有了模擬和評估風(fēng)暴潮積水范圍和積水深度的能力。

2）通過模擬天津沿海地區(qū)1951年以來11次5.1m以上高潮位產(chǎn)生的積水范圍和積水深度，并與收集到的災(zāi)情記錄和實際走訪進(jìn)行對比分析，顯示模型能一定程度地描述風(fēng)暴潮侵襲產(chǎn)生的淹沒情景。由于模型使用的是最新得到的地面高程數(shù)據(jù)，模擬結(jié)果可能與歷史風(fēng)暴潮災(zāi)害實況存在差異。

3）模型在2012年8月3日臺風(fēng)達(dá)維（1210）引起的天津沿海風(fēng)暴潮中進(jìn)行了試應(yīng)用，模擬結(jié)果與實際情況對比發(fā)現(xiàn)，模型積水范圍和積水地點擬合效果較好，但模擬的積水深度偏大，今后還需要對模型參數(shù)進(jìn)行更加細(xì)致的率訂。

通過對不同重現(xiàn)期下高潮位的情景模擬，可以在今后的業(yè)務(wù)和服務(wù)中，當(dāng)預(yù)報或出現(xiàn)多年一遇的風(fēng)暴潮時，使用模型結(jié)果直接進(jìn)行預(yù)估和評估；還可以提前計算不同潮位下的淹沒情景，當(dāng)預(yù)報或出現(xiàn)某個高度的潮位時，將提前計算的結(jié)果直接提供給政府和服務(wù)用戶，提高服務(wù)時效性。

［1］ 李闊，李國勝.風(fēng)暴潮風(fēng)險研究進(jìn)展.自然災(zāi)害學(xué)報，2011，20（6）：104－111.

［2］ 陸人驥.中國歷代災(zāi)害性海潮史料.北京：海洋出版社，1984：15－19.

［3］ 楊華庭，田素珍，葉琳，等.中國海洋災(zāi)害四十年資料匯編.北京：海洋出版社，1994：107.

［4］ 張俊香，李平日，黃光慶.新奧爾良颶風(fēng)災(zāi)難與華南沿海臺風(fēng)暴潮.熱帶地理，2006，26（3）：218－222.

［5］ 天津市地方志編修委員會辦公室，天津市氣象局.天津通志氣象志.天津：天津社會科學(xué)院出版社，2005：67－68.

［6］ 趙玉潔.天津濱海新區(qū)風(fēng)暴潮預(yù)報系統(tǒng)研究.蘭州：蘭州大學(xué)，2005：25－28.

［7］ 趙慶良，許世遠(yuǎn)，王軍，等.沿海城市風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估研究進(jìn)展.地理科學(xué)進(jìn)展，2007，26（5）：32－40.

［8］ 扈海波，軒春怡，諸立尚.北京地區(qū)城市暴雨積澇災(zāi)害風(fēng)險預(yù)評估.應(yīng)用氣象學(xué)報，2013，23（1）：99－108.

［9］ 鄭國，薛建軍，范廣洲，等.淮河上游暴雨事件評估模型.應(yīng)用氣象學(xué)報，2011，22（6）：753－759.

［10］ 任雨，李明財，郭軍，等.天津地區(qū)設(shè)計暴雨強度的推算與適用.應(yīng)用氣象學(xué)報，2013，23（3）：364－368.

［11］ 謝炯光，紀(jì)忠萍，谷德軍，等.廣東省6月長連續(xù)暴雨過程的氣候特征及成因.應(yīng)用氣象學(xué)報，2012，23（2）：174－183.

［12］ 易笑園，李澤椿，孫曉磊，等.渤海西岸暴雨中尺度對流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及成因.應(yīng)用氣象學(xué)報，2011，22（1）：23－34.

［13］ 樂肯堂.我國風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估方法的基本問題.海洋預(yù)報，1998，15（30）：39－44.

［14］ 王國棟，康建成，閆國東.沿海城市風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估研究述評.災(zāi)害學(xué)，2010，25（3）：114－118.

［15］ 李闊，李國勝.珠江三角洲地區(qū)風(fēng)暴潮重現(xiàn)期及增水與環(huán)境要素的關(guān)系.地理科學(xué)進(jìn)展，2010，29（4）：433－438.

［16］ 閆麗鳳，江文勝，周淑玲，等.0703溫帶氣旋特大風(fēng)暴潮數(shù)值模擬對比分析.應(yīng)用氣象學(xué)報，2008，19（5）：595－601.

［17］ 肖啟華，張建新，黃冬梅.城市風(fēng)暴潮災(zāi)害快速評估的模糊決策方法.災(zāi)害學(xué)，2011，26（2）：77－80.

［18］ 張俊香，黃崇福，劉旭攏.廣東沿海臺風(fēng)暴潮災(zāi)害的地理分布特征和風(fēng)險評估（1949—2005）.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報，2008，16（3）：393－402.

［19］ 李江明.基于SWMM模型的城市暴雨內(nèi)澇研究——以東莞市典型小區(qū)為例.廣州：中山大學(xué)，2009：2－3.

［20］ 耿艷芬.城市雨洪的水動力學(xué)耦合模型研究.大連：大連理工大學(xué)，2006：40－50.

［21］ 岑國平，沈晉，范榮生.城市暴雨徑流計算模型的建立和檢驗.西安理工大學(xué)學(xué)報，1996，12（3）：184－190.

［22］ 解以揚，李大鳴，李培彥，等.城市暴雨內(nèi)澇數(shù)學(xué)模型的研究與應(yīng)用.水科學(xué)進(jìn)展，2005，16（3）：384－390.

［23］ 解以揚，韓素芹，由立宏，等.天津市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險分析.氣象科學(xué)，2004，24（3）：342－349.

Tianjin Coastal Storm Surge Disaster Assessment Based on Urban Waterlogging Simulation Model

Duan Liyao1）Xie Yiyang2）Chen Jing2）Zhao Yujie3）Ren Yu4）

1）（Tianjin Municipal Meteorological Observatory，Tianjin300074）
2）（Tianjin Institute of Meteorological Science，Tianjin300074）
3）（Binhai New Area Meteorological Office of Tianjin，Tianjin300070）
4）（Tianjin Municipal Climate Center，Tianjin300074）

Most waterlogging models for inland city use a single boundary condition，the boundary is usually set in a small or large river，with a single flow direction towards outside the region，or set on a highway or a large dam without water exchange alternatively.However，for coastal areas，the ebb and flow lead to changes in wet and dry.Adapting to the intertidal nature，the model should involve dealing with dynamic boundary.

Based on urban waterlogging simulation model，the topography and geomorphology of Tianjin coastal areas，as well as the pipe network and drainage systems，are used to expand and improve Tianjin urban waterlogging simulation model.Dynamic water level is set at the coastal border，and the water level stands for the tidal level.When the tide level is higher than the coastal embankment，the tide floods into the city and causes waterlogging.Therefore，the model simulates not only rainfall waterlogging but also the submerging scenario due to storm surge invasion.The flooding scope and standing water depth are simulated using the redeveloped model for the historically typical storm tidal cases in the coastal areas of Tianjin.Referred with the collected records of disaster and actual survey，the developed model takes on skills to some extent in simulation of the submerged scenario due to storm surge invasion.Differences between the simulation and the historical records，however，are non－intentionally increased by using the latest ground elevation data.This approach is used in operational application for simulating the storm surge caused by Typhoon Damrey on 3August 2012.The simulated flooding scope and site are closed to the actual scene，but the simulated standing water depth is larger.Much more detailed calibration should be done in future.Furthermore，the submerging scenarios caused by storm surge in several return periods are simulated.These simulations can be directly used in projecting and assessing the submerging scenario if there is a storm surge predicted to be anN－year return－level or if it has occurred.These simulations can also be directly reported to the government and business clients for early warning.

Tianjin coastal areas；storm surge；flooding；assessment

段麗瑤，解以揚，陳靖，等.基于城市內(nèi)澇仿真模型的天津風(fēng)暴潮災(zāi)害評估.應(yīng)用氣象學(xué)報，2014，25（3）：354－359.

2013－04－11收到，2013－12－17收到再改稿。

中國氣象局關(guān)鍵技術(shù)集成與應(yīng)用（CAMGJ2012M05）

＊email：tjlyduan＠163.com