李希彬，李杰，王魯寧，李軼斐，張秋豐，牛福新，葉風(fēng)娟

(1.國(guó)家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，天津300457；2.天津市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心，天津300457)

1 引言

警戒潮位是防護(hù)區(qū)沿岸可能出現(xiàn)險(xiǎn)情或潮災(zāi)，需進(jìn)入戒備或救災(zāi)狀態(tài)的潮位既定值[1]。它的高低與當(dāng)?shù)胤莱惫こ叹o密相關(guān),警戒潮位的設(shè)定是做好風(fēng)暴潮災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、警報(bào)的基礎(chǔ)工作，能夠?yàn)楦骷?jí)政府開(kāi)展防災(zāi)減災(zāi)工作提供決策支持和科學(xué)依據(jù)。

天津市原警戒潮位值為490 cm（塘沽驗(yàn)潮基準(zhǔn)面，與1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱85 高程）相差267 cm，換算成85高程為223 cm），自1998年對(duì)外公布以來(lái)，一直使用至2013年8月，已有十余年。發(fā)布初期在防災(zāi)減災(zāi)、城建規(guī)劃和防潮設(shè)施建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，取得了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。然而近幾年來(lái)隨著濱海新區(qū)海洋開(kāi)發(fā)、沿海功能區(qū)的高速建設(shè)，天津市原來(lái)的岸段和類別已有所改變，而且天津沿海地區(qū)的地面沉降問(wèn)題不容忽視，原警戒潮位已很難適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求。因此，有必要根據(jù)天津沿海最新的防潮能力和風(fēng)暴潮特征、地區(qū)發(fā)展定位和產(chǎn)業(yè)布局，科學(xué)合理地重新確定警戒潮位值，這對(duì)于提升天津市沿海的海洋災(zāi)害預(yù)警報(bào)水平，提高濱海新區(qū)的防潮決策技術(shù)支持能力，積極應(yīng)對(duì)海洋災(zāi)害可能帶來(lái)的損失具有十分重要的意義。

天津市沿海警戒潮位核定工作依據(jù)《警戒潮位核定規(guī)范》（GB/T 17839—2011），將警戒潮位分為藍(lán)色警戒潮位、黃色警戒潮位、橙色警戒潮位、紅色警戒潮位4 個(gè)等級(jí)[1]?？梢耘c海洋災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案更好的對(duì)應(yīng)，較以往僅設(shè)立一個(gè)警戒潮位核定值更加科學(xué)合理。

2 確定核定岸段

天津近岸海域位于半封閉的渤海灣底部，海岸線南起歧口，向北經(jīng)塘沽、蟶頭沽、大神堂至澗河口，全長(zhǎng)153.669 km，基本為南北走向，從南到北的潮汐特征變化不大，主要為粉砂淤泥質(zhì)海岸，經(jīng)濟(jì)特征也具有一體性，因此，從自然海域、水文條件、經(jīng)濟(jì)狀況、歷史沿革等因子來(lái)考慮，將整個(gè)濱海新區(qū)沿海作為核定岸段，選用位于天津中部的塘沽海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站的潮位資料，進(jìn)行警戒潮位核定工作，具有較好的代表性。

3 資料搜集

資料的搜集、整理、需搜集資料的具體內(nèi)容和質(zhì)量控制在規(guī)范中有詳細(xì)要求。需搜集的資料中，自然因子中的潮位、風(fēng)暴潮、波浪、潮災(zāi)資料和核定岸段沿海的防潮能力資料是整個(gè)警戒潮位核定工作的基礎(chǔ)，是重中之重。其中的潮位、風(fēng)暴潮資料用來(lái)統(tǒng)計(jì)計(jì)算潮汐特征值、理論最高潮位、不同重現(xiàn)期高潮位等；波浪資料用來(lái)進(jìn)行不同重現(xiàn)期特征值、波浪爬高推算等；防潮能力的強(qiáng)弱、設(shè)計(jì)等級(jí)和構(gòu)筑結(jié)構(gòu)等將影響警戒潮位值的高低。

另外，警戒潮位核定工作中，還需要搜集基礎(chǔ)地理、現(xiàn)用警戒潮位和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等資料。

天津市沿海的警戒潮位核定采用塘沽海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站1965—2011年的潮位數(shù)據(jù)。該資料準(zhǔn)確性較高，數(shù)據(jù)完整度良好，資料時(shí)間序列長(zhǎng)，可以較好的進(jìn)行天津近海的潮汐特征分析和未來(lái)潮位預(yù)測(cè)。波浪資料采用塘沽海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站1973—1985年間的觀測(cè)數(shù)據(jù)，資料的觀測(cè)要素基本齊全，缺測(cè)次數(shù)相對(duì)較少，質(zhì)量較好。潮災(zāi)資料結(jié)合潮位資料、氣象資料和部分文獻(xiàn)資料，主要記錄了1965年來(lái)的天津沿海的主要潮災(zāi)情況。天津市沿海全部被防潮設(shè)施包圍，海岸防護(hù)工程資料主要采用沿海各單位和功能區(qū)的調(diào)研資料，結(jié)合海堤現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)充調(diào)查資料，覆蓋了天津沿海的全部海岸防護(hù)工程設(shè)施。

4 資料分析

本部分主要對(duì)采集到的警戒潮位核定資料進(jìn)行分析處理，主要包括：潮位數(shù)據(jù)分析、特征值的計(jì)算分析；波浪參數(shù)的分析和計(jì)算；歷史潮災(zāi)統(tǒng)計(jì)及成災(zāi)規(guī)律等分析總結(jié)、海岸防護(hù)工程的資料的統(tǒng)計(jì)分析和防御能力評(píng)估等。通過(guò)資料分析環(huán)節(jié)，可以較好的掌握核定岸段的潮汐、波浪、潮災(zāi)特征，并掌握沿海的防潮能力。

4.1 潮位資料分析

在天津市沿海警戒潮位核定工作中，針對(duì)潮位資料，主要進(jìn)行了海平面高度、最高潮位、潮差、天津沿海的潮汐性質(zhì)和潮汐特征值、理論最高潮位、不同重現(xiàn)期高潮位、增水重現(xiàn)期、潮位極值等的統(tǒng)計(jì)和分析。

（1）根據(jù)統(tǒng)計(jì)，近20年來(lái)最高潮位超過(guò)233 cm（85高程，以下同）的共有17次，其中2000年以后的年份中共有11次，2008年之后每年都有超過(guò)233 cm的高潮位出現(xiàn)[2]；

（2）對(duì)潮位資料中的月最高潮位、平均潮位及年最高潮位出現(xiàn)月份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)1991—2011年間，8—11月，天津沿海的最高潮位和平均潮位最高；

（3）對(duì)潮差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)天津沿海歷史最大潮差442 cm，總平均潮差為347 cm；

（4）通過(guò)調(diào)和分析，得潮汐特征值是0.58，為不規(guī)則半日潮[3]；

（5）漲潮歷時(shí)和落潮歷時(shí)不等，落潮歷時(shí)大于漲潮時(shí)約50 min；

（6）通過(guò)調(diào)和分析預(yù)報(bào)方法，預(yù)測(cè)天津沿海未來(lái)20年理論最高潮位為191 cm，出現(xiàn)在2032年?？紤]到海平面上升因素，理論最高潮位將有可能出現(xiàn)更高值；

（7）天津沿海最高潮位出現(xiàn)在1992年9月1日，最高潮位值為326 cm，主要是由天文大潮和1992年第16號(hào)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴共同作用引起[4]；

（8）利用龔貝爾方法進(jìn)行了天津沿海不同重現(xiàn)期高潮位的計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。

4.2 波浪資料分析

波浪資料主要分析了多年各向平均風(fēng)速、分布頻率；每月風(fēng)浪、涌浪出現(xiàn)頻率；有效波高、最大波高、平均周期、最大周期等波浪特征值；各向浪的基本特征（波高、周期）以及波級(jí)頻率分布、波浪爬高等。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，天津沿海最大波高為3.5 m，出現(xiàn)在1979年4月份，1 m 以上的最大波高主要分布在NE、ENE、E向[5]。

4.3 潮災(zāi)資料分析

潮災(zāi)資料分析主要針對(duì)潮災(zāi)發(fā)生次數(shù)、最高潮位極值、年、月發(fā)生規(guī)律、潮災(zāi)成因規(guī)律、特點(diǎn)及易災(zāi)岸段等進(jìn)行了分析。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，天津沿海4月和10月發(fā)生風(fēng)暴潮最為頻繁，各為5 次，2011年發(fā)生風(fēng)暴潮次數(shù)最多，為5 次[6]，歷次風(fēng)暴潮中，有11%是由于臺(tái)風(fēng)北上或由臺(tái)風(fēng)減弱的熱帶風(fēng)暴所引起，89%是由于溫帶氣旋或冷空氣南下所引起[7]。

表1 不同重現(xiàn)期計(jì)算結(jié)果

4.4 防潮能力評(píng)估

防潮能力的強(qiáng)弱將影響警戒潮位核定值的高低，所以沿岸防潮能力統(tǒng)計(jì)是警戒潮位核定工作中非常重要的環(huán)節(jié)，也是整個(gè)警戒潮位核定工作中涉及單位和部門最多、工作量最大的環(huán)節(jié)。在進(jìn)行防潮能力統(tǒng)計(jì)時(shí)，一定要通過(guò)調(diào)研、搜集資料和實(shí)地補(bǔ)充調(diào)查等方法，將核定岸段的防潮能力全部掌握，避免部分岸段的統(tǒng)計(jì)遺漏。

天津市沿海警戒潮位核定工作中，主要對(duì)堤防管理部門、沿海各功能區(qū)及其所管轄的防潮設(shè)施進(jìn)行了資料搜集，詳細(xì)核實(shí)其防潮能力，并對(duì)重點(diǎn)海堤進(jìn)行核準(zhǔn)調(diào)查，包括海堤高程、堤前水深、海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、護(hù)面類型、歷史潮災(zāi)等，并對(duì)海堤進(jìn)行影像拍攝。通過(guò)對(duì)調(diào)研和調(diào)查數(shù)據(jù)資料進(jìn)行梳理、分析，繪制了天津市沿海防潮能力現(xiàn)狀的分布圖，全面掌握了天津市沿海的防潮能力分布狀況。除天津港北疆港區(qū)部分區(qū)域碼頭的高程較低外，天津市沿海其他區(qū)域的防潮設(shè)施高程均在283 cm以上。

5 警戒潮位核定

本節(jié)主要依據(jù)《警戒潮位核定規(guī)范》的要求，以數(shù)據(jù)資料分析結(jié)果為依據(jù)，確定了天津市沿海的四色警戒潮位值。

（1）藍(lán)色警戒潮位核定的公式為：

式中，Hb為藍(lán)色警戒潮位，Hs為2—5年重現(xiàn)期高潮位，Δhb為修正值。

濱海新區(qū)沿海堤防的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)多數(shù)處于0—50年之間，因此，Hs采用的是2年一遇的潮位值，即224 cm。

藍(lán)色警戒潮位修正值（Δhb=h1+h2+h3）的核定主要考慮防潮設(shè)施受浪程度（h1）、堤壩頂高與Hs的差值（h2）和核定岸段的重要程度（h3）三項(xiàng)要素。式中，根據(jù)推算結(jié)果，天津沿海堤防設(shè)施2年一遇的波浪爬高基本在0—1.5 m 之間，取h1=ˉ10%×0.5=ˉ0.05 m=ˉ5 cm；根據(jù)天津市防潮設(shè)施的堤壩頂高和筑堤結(jié)構(gòu)，取h2=5 cm；根據(jù)濱海新區(qū)的面積和人口比例，取h3=ˉ11 cm。

因此，推算得到藍(lán)色警戒潮位值為：Hb=224+（ˉ5+5ˉ11）=213 cm。

天津沿海各單位和部門采用塘沽驗(yàn)潮基準(zhǔn)面（與85 高程相差267 cm），在此基準(zhǔn)面下，藍(lán)色警戒潮位值為480 cm。

（2）紅色警戒潮位核定的公式為：

式中，Hr為紅色警戒潮位，Hd為核定岸段所有防潮海堤的實(shí)際防潮標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)重現(xiàn)期極值潮位的最小值，Δhr為修正值。

天津沿海防潮設(shè)施高程為223—642 cm 不等，絕大部分區(qū)域防潮設(shè)施高程在283 cm以上，能夠滿足20年一遇重現(xiàn)期潮位的防潮需求，因此，將Hd取值為20年一遇的潮位值，即288 cm。

紅色警戒潮位修正值（Δhr=h1+h2+h3）的取值和藍(lán)色警戒潮位修正值相同，因此，根據(jù)規(guī)范，紅色警戒潮位值為：Hr=288+（ˉ5+5ˉ11）=277 cm。在實(shí)際的防潮減災(zāi)工作中，若風(fēng)暴潮警報(bào)發(fā)布太過(guò)頻繁，沿海企事業(yè)單位較易產(chǎn)生麻痹大意的思想，且頻繁的啟動(dòng)防災(zāi)系統(tǒng)，進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)布置，易造成人力物力的浪費(fèi)。因此，綜合考慮警戒潮位值的科學(xué)性和可行性，將Hr取值為283 cm，即天津市沿海紅色警戒潮位值為283 cm（塘沽驗(yàn)潮基準(zhǔn)面下550 cm）。

（3）黃色警戒潮位（Hy）由紅色和藍(lán)色警戒潮位值計(jì)算得到（Hy=Hb+(HrˉHb)/3），即：Hy=236 cm。

四色警戒潮位的設(shè)定增加了記憶的難度，為保證警戒潮位值的可行性，將黃色警戒潮位取值為238 cm（塘沽驗(yàn)潮基準(zhǔn)面下505 cm）。

（3）橙色警戒潮位（Ho）由紅色和藍(lán)色警戒潮位值計(jì)算得到（Ho=Hb+2(HrˉHb)/3），即：Ho=260 cm。

同樣，綜合考慮警戒潮位值的科學(xué)性和可行性，將橙色警戒潮位取值為263cm（塘沽驗(yàn)潮基準(zhǔn)面下530 cm）。

最終，核定出1985國(guó)家高程基準(zhǔn)下天津市沿海的四色警戒潮位值如表2所示。

表2 天津市沿海警戒潮位值（單位：cm）

表3 天津市沿海新舊警戒潮位值對(duì)比（單位：cm）

6 校驗(yàn)

在核定工作結(jié)束后，需對(duì)新核定的四色警戒潮位值進(jìn)行校驗(yàn)，參照現(xiàn)用警戒潮位值和《天津市風(fēng)暴潮、海浪、海冰和海嘯災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案》[8]，分別提取特別重大海洋災(zāi)害（紅色）、重大海洋災(zāi)害（橙色）、較大海洋災(zāi)害（黃色）、一般海洋災(zāi)害（藍(lán)色）響應(yīng)潮位標(biāo)準(zhǔn)，與新核定的四色警戒潮位值進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。

新核定的天津市沿海的紅色警戒潮位值（283 cm）略低于20年一遇高潮位，較之前的紅色災(zāi)害響應(yīng)潮位標(biāo)準(zhǔn)（303 cm）有所降低，這也與天津沿海的海堤防御能力基本一致，凸顯了天津?yàn)I海新區(qū)沿海的社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值的不斷增加對(duì)海洋防災(zāi)減災(zāi)的迫切需求；1997年8月20日的強(qiáng)風(fēng)暴潮，最高潮位達(dá)292 cm，造成了1.4 億元的嚴(yán)重?fù)p失，按原響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)僅為橙色響應(yīng)，而根據(jù)新核定的警戒潮位值標(biāo)準(zhǔn)判斷為紅色，就其造成的損失而言，紅色響應(yīng)更合理，新核定的紅色警戒潮位值更加科學(xué)。潮位值低于213 cm（480 cm）時(shí)，天津沿海并未造成過(guò)較大損失，藍(lán)色警戒潮位值（213 cm）較之前的藍(lán)色災(zāi)害響應(yīng)潮位標(biāo)準(zhǔn)（193 cm）有所提高，這也跟濱海新區(qū)目前良好的防潮現(xiàn)狀相適應(yīng)，更加合理，避免了由于預(yù)警報(bào)發(fā)布過(guò)于頻繁使沿海相關(guān)單位產(chǎn)生麻痹大意的思想，根據(jù)潮位資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，歷史上共出現(xiàn)2次超過(guò)283 cm、6次達(dá)到或超過(guò)263 cm的高潮位，近20年來(lái)，共出現(xiàn)11次達(dá)到或超過(guò)238 cm，35 次達(dá)到或超過(guò)213 cm 的高潮位，新核定的紅色、橙色、黃色和藍(lán)色警戒潮位值也基本與天津沿海風(fēng)暴潮潮災(zāi)出現(xiàn)的頻率一致，因此，新核定的天津市沿海四色警戒潮位核定值較現(xiàn)用警戒潮位核定值更加科學(xué)合理。

7 結(jié)論

本文依據(jù)《警戒潮位核定規(guī)范》，對(duì)天津市沿海的水文資料、基礎(chǔ)地理、沿海防護(hù)設(shè)施、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、歷史潮災(zāi)等資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算，最終核定出天津市沿海的紅、橙、黃、藍(lán)四色警戒潮位值分別為283 cm、263 cm、238 cm和213 cm。

新核定的四色警戒潮位值已于2013年8月8日由天津市人民政府頒布實(shí)施。

[1]全國(guó)海洋標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 17839-2011 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《警戒潮位核定規(guī)范》[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012-01-01.

[2]曾繼平,姜?dú)g歡,李希彬.天津沿海風(fēng)暴潮災(zāi)害近20年統(tǒng)計(jì)及其成因分析[J].中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2012,42(S1):187-191.

[3]李希彬,張秋豐,姚志剛,等.天津近海潮汐特征分析[J].海洋預(yù)報(bào),2011,28(2):41-48.

[4]吳少華,王喜年,宋珊,等.天津沿海風(fēng)暴潮災(zāi)害概述及統(tǒng)計(jì)分析[J].海洋預(yù)報(bào),2002,19(1):29-35.

[5]鄒濤,劉秀梅,葉風(fēng)娟.天津沿岸海浪特征及分析[J].海洋預(yù)報(bào),2002,19(4):11-16.

[6]許富祥.天津沿海三次特大風(fēng)暴潮災(zāi)成因分析及預(yù)防對(duì)策[J].海洋預(yù)報(bào),2002,19(1):36-42.

[7]葉鳳娟,戴雪亮,鄒濤.單站資料在風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].海洋預(yù)報(bào),2001,18(4):38-42.

[8]國(guó)家海洋局.GB/T 19721.1-2005 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《海洋預(yù)報(bào)和警報(bào)發(fā)布—第1部分:風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)與警報(bào)發(fā)布》[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005-11-01.