高 峰， 朱川林， 李 昊， 唐友剛， 黃杰斯， 張慈珩， 劉 針， 姜云鵬

(1. 交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，港口水工建筑技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456；2. 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072； 3. 海南金海灣投資開(kāi)發(fā)有限公司，海南 ?？?570000)

中國(guó)是世界上海洋災(zāi)害最嚴(yán)重、最頻發(fā)的少數(shù)國(guó)家之一，而四面環(huán)海的海南省又是最易受到海洋災(zāi)害影響的地區(qū)，對(duì)于地處海南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展前沿的最大城市——?？谑卸?，其瀕臨?？跒乘蛩媾R的海洋災(zāi)害形勢(shì)十分嚴(yán)峻，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮、極端大浪、海嘯、海平面持續(xù)上升、岸灘侵蝕加劇以及海岸生態(tài)環(huán)境變化加速等，均對(duì)沿海經(jīng)濟(jì)造成威脅相當(dāng)嚴(yán)重，已成為沿海開(kāi)發(fā)規(guī)劃實(shí)施和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的制約因素之一。項(xiàng)目用海災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析主要是對(duì)項(xiàng)目災(zāi)害性風(fēng)險(xiǎn)的種類(lèi)、項(xiàng)目用海對(duì)海洋功能的風(fēng)險(xiǎn)、項(xiàng)目用海對(duì)周邊利益相關(guān)者的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行論證和分析[1]，進(jìn)而提出避免災(zāi)害性風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的方案，或是災(zāi)害性風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后的應(yīng)急措施。因此，開(kāi)展沿海工程海洋災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析，是有效提高災(zāi)害防御能力、控制風(fēng)險(xiǎn)和減少災(zāi)害損失的關(guān)鍵技術(shù)方法之一，對(duì)該地區(qū)近海涉水工程的建設(shè)具有重要意義。

目前，一般風(fēng)險(xiǎn)分析的程序是：風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)處理和風(fēng)險(xiǎn)決策[2]。來(lái)自海洋水動(dòng)力的風(fēng)險(xiǎn)主要包括兩個(gè)方面：(1)一方面是用海項(xiàng)目自身引起的突發(fā)或緩發(fā)事件導(dǎo)致對(duì)海域動(dòng)力環(huán)境造成的危害，發(fā)生于施工期居多，如波浪增加、流速加快、懸浮物擴(kuò)散、船舶溢油等；(2)另一方面是由于自然災(zāi)害對(duì)海域使用項(xiàng)目造成的危害，發(fā)生于營(yíng)運(yùn)期居多，如遭受熱帶氣旋、風(fēng)暴潮、海嘯等海洋災(zāi)害對(duì)工程造成的損壞。海南省四面環(huán)海、瀕臨南海，地理位置特殊，?？跒澄挥诤Ｄ蠉u北部的海岸線上，分布于瓊北中部岬間海灣內(nèi)，隔瓊州海峽與大陸的雷州半島相望，背依?？谑屑俺芜~縣的馬村(老城)工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)。其所在海域的海洋水動(dòng)力災(zāi)害主要包括：風(fēng)暴潮、海浪、海嘯等。按照一般風(fēng)險(xiǎn)分析的程序，就近岸海洋動(dòng)力風(fēng)險(xiǎn)分析研究來(lái)說(shuō)，重點(diǎn)在于上述災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與估計(jì)，本文即通過(guò)實(shí)測(cè)資料分析結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算，確定上述各主要風(fēng)險(xiǎn)因子發(fā)生的強(qiáng)度大小和破壞情況。

1 評(píng)價(jià)內(nèi)容與結(jié)果分析

1.1 風(fēng)暴潮增水

登陸我國(guó)的臺(tái)風(fēng)和強(qiáng)溫帶天氣過(guò)程往往造成風(fēng)暴潮災(zāi)害，其成災(zāi)頻率高、致災(zāi)強(qiáng)度大，造成的人員和經(jīng)濟(jì)損失慘重。風(fēng)暴潮災(zāi)害主要是由異常的風(fēng)暴增水使潮位大幅升高而形成，致災(zāi)因子不僅包括風(fēng)暴潮，還包括天文大潮、近岸浪及其三者之間的耦合作用。影響海南島北部的熱帶氣旋較多[3]，是受風(fēng)暴潮影響較為嚴(yán)重的區(qū)域之一，海水堆積引發(fā)的潮災(zāi)是?？跒乘蛑饕Ｑ鬄?zāi)害之一。根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，?？谀昃l(fā)生風(fēng)暴潮約3次，而嚴(yán)重或特大風(fēng)暴潮約每2年1次[4]。海口灣每年6—12月均有可能發(fā)生風(fēng)暴潮，且集中發(fā)生在7—10月，尤以10月份最多。在對(duì)歷史風(fēng)暴潮資料進(jìn)行搜集整理的基礎(chǔ)上，本文研究基于現(xiàn)有的實(shí)測(cè)臺(tái)風(fēng)資料通過(guò)將Monte Carlo法[5](又稱(chēng)為隨機(jī)統(tǒng)計(jì)模型)與水動(dòng)力模型相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)可能出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮進(jìn)行數(shù)值模擬研究，從而推求出重現(xiàn)期為50、100以及500 a的極端高水位預(yù)測(cè)值。

1.1.1 計(jì)算方法 采用假定水體上下層均勻一致的垂向平均二維風(fēng)暴潮數(shù)值模型作為近海臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮的水動(dòng)力模型，且二維模型突出了風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)與計(jì)算的最重要變量—風(fēng)暴潮位，這也是預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮引起的極端高水位的核心變量。模型采用大小模型嵌套方式，其中大模型的北側(cè)和西側(cè)以大陸岸線為陸地邊界，南面以北緯15.0°為外海邊界，東面以東經(jīng)117.9°為外海邊界，模型范圍覆蓋了北部灣、瓊州海峽、瓊州海峽以東及南海部分海域，這種規(guī)模的大尺度計(jì)算網(wǎng)格可以很好地對(duì)一次臺(tái)風(fēng)影響過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，其網(wǎng)格尺寸約為1 km，共有420×808個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，339 360個(gè)單元。同時(shí)，小模型南北兩側(cè)以大陸岸線為陸地邊界，南北向跨度最大處約180.0 km，東西向從108.7°E～110.9°E，跨度約為229.2 km。計(jì)算范圍及網(wǎng)格劃分如圖1(a)～(b)所示。

((a)大模型; (b)小模型; (c)1409號(hào)臺(tái)風(fēng)模擬; (d)驗(yàn)證結(jié)果。(a)Large scale model; (b) Local nested model; (c)Typhoon 1409 simulation; (d)Verification results. )

圖1 模型網(wǎng)格嵌套分布與1409號(hào)臺(tái)風(fēng)模擬驗(yàn)證情況
Fig.1 Distribution of model nested grid and verification result of No.1409 typhoon’s simulation

氣壓分布模型采用Holland模型，環(huán)流風(fēng)速模型采用梯度風(fēng)速公式，移行風(fēng)速模型采用宮崎正衛(wèi)模型。由氣壓分布模型和風(fēng)速模型組合成臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的模擬方案，簡(jiǎn)稱(chēng)Holl模型[6]。典型的實(shí)測(cè)臺(tái)風(fēng)依據(jù)美國(guó)FEMA使用的臺(tái)風(fēng)歷史記錄數(shù)據(jù)處理方法—模擬圓法，提取在一定時(shí)期內(nèi)途徑以要模擬的城市為模擬點(diǎn)，以設(shè)定的距離為半徑的圓的所有臺(tái)風(fēng)，以這些臺(tái)風(fēng)的記錄作為研究對(duì)象[7-8]。在1949—2015年期間曾有151個(gè)臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)以?？跒碁橹行模?00 km為半徑的圓形研究區(qū)域，篩選登陸點(diǎn)中心最低氣壓在0～980 hPa范圍內(nèi)共計(jì)60個(gè)。在所有的60個(gè)實(shí)測(cè)臺(tái)風(fēng)中，2014年7月18日經(jīng)過(guò)的“威馬遜”臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度最大，故利用鐵山港海區(qū)英羅灣附近氣象觀測(cè)站實(shí)測(cè)資料對(duì)該場(chǎng)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行了風(fēng)場(chǎng)驗(yàn)證，“威馬遜”登陸后整個(gè)研究區(qū)域于2014年7月18日18:00的氣壓場(chǎng)與風(fēng)場(chǎng)模擬情況可分別見(jiàn)下圖1(c)所示，模擬與實(shí)測(cè)的最大風(fēng)速擬合良好圖1(d)。進(jìn)而采用Monte Carlo模型生成100年內(nèi)可能出現(xiàn)的模擬臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)。由于臺(tái)風(fēng)歷史資料采用的是1949—2015年間的60個(gè)典型臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)，則500年內(nèi)應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生的臺(tái)風(fēng)數(shù)為448個(gè)。對(duì)這些個(gè)可能出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)的參數(shù)進(jìn)行模擬，可得所需的模擬臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)。采用隨機(jī)模型(Monte Carlo)隨機(jī)模型和水動(dòng)力模型(Delft3D)相結(jié)合的方法得到水位過(guò)程線，并得出極值水位。首先采用Monte Carlo隨機(jī)模型，將篩選出的67年里60條臺(tái)風(fēng)的氣壓和路徑分別作為獨(dú)立的元素隨機(jī)組合得到448個(gè)重組臺(tái)風(fēng)。將重組臺(tái)風(fēng)要素帶入已驗(yàn)證的風(fēng)暴潮水動(dòng)力模型進(jìn)行計(jì)算，其中臺(tái)風(fēng)過(guò)程與天文潮位隨機(jī)組合，最后得到448個(gè)水位過(guò)程線，統(tǒng)計(jì)每條水位過(guò)程線中的最大水位值，用于后面的極端水位分析。

1.1.2 計(jì)算結(jié)果 通過(guò)以上過(guò)程，統(tǒng)計(jì)每條水位過(guò)程線中的最大水位值，部分較大水位過(guò)程線如圖2(a)所示。將統(tǒng)計(jì)出的448個(gè)最大水位值進(jìn)行降序排列，計(jì)算得秀英站處最大水位序列的最高值達(dá)3.75 m。極端水位的回歸周期TR可按水位的排序參照式：TR=500/M估計(jì)，其中，M=8是448個(gè)最高水位的從高到低的排序，TR為重現(xiàn)期。例如，當(dāng)M=1(對(duì)應(yīng)的是448個(gè)極端水位的最大值)時(shí)，這個(gè)水位的最大值對(duì)的重現(xiàn)期是TR1=500/1=500 a。相應(yīng)的極端水位所對(duì)應(yīng)的重現(xiàn)期可點(diǎn)繪成圖，且可由該圖確定出任一重現(xiàn)期所對(duì)應(yīng)的極端水位值。第五高水位3.02 m所對(duì)應(yīng)的是100年一遇的極端高水位值，重現(xiàn)期為500、100和50年所對(duì)應(yīng)的秀英站極端高水位預(yù)測(cè)值分別為3.75、3.02和2.68 m。

另外，通過(guò)采用重現(xiàn)期100年一遇氣壓P0=883 hPa，最大風(fēng)速半徑R為33 km，臺(tái)風(fēng)移速為35 km/h，采用假想路徑，對(duì)可能最大風(fēng)暴潮增水(PMSS-ProbableMaximum Storm Surge)[9]進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明最大增水達(dá)到4.42 m，其對(duì)應(yīng)增水過(guò)程見(jiàn)圖2(b)。

((a)水位過(guò)程線; (b)最大可能增水過(guò)程。(a)Stage hydrograph; (b)Maximum possible water increase process.)

圖2 各重現(xiàn)期秀英站臺(tái)風(fēng)暴潮水位過(guò)程線和最大可能風(fēng)暴增水過(guò)程圖
Fig.2 Storm surge water level process of different return period for Xiuying and the greatest possible storm surge elevation

1.2 極端大浪影響

海口灣屬臺(tái)風(fēng)作用活躍區(qū)域，受臺(tái)風(fēng)和大陸季風(fēng)作用明顯，但該水域及周邊缺乏長(zhǎng)期觀測(cè)站，現(xiàn)僅有玉苞角、白沙門(mén)兩個(gè)臨時(shí)站。影響該海域的臺(tái)風(fēng)主要來(lái)自南海自東或東南經(jīng)廣東、海南登陸或從海南島南部海域向偏西方向移動(dòng)的臺(tái)風(fēng)。海口灣水域全年涌浪較少、以風(fēng)浪為主，風(fēng)浪頻率為76%～85%，涌浪頻率占14%～23%，常浪向?yàn)镋NE，頻率為30.1%，次常浪向?yàn)镹E，頻率為22.9%。波浪出現(xiàn)最少的方向?yàn)镾～WSW。受季風(fēng)風(fēng)向影響，工程海域常浪向隨季節(jié)風(fēng)而變化，東北季風(fēng)期(11 月—次年3 月)，常浪向?yàn)镋NE，次常浪向?yàn)镹E，季風(fēng)轉(zhuǎn)換期(4—5 月，9—10 月)常浪向、次常浪向與東北季風(fēng)期一樣，但常浪向出現(xiàn)頻率略低于冬季，次常浪向出現(xiàn)頻率略高于冬季；西南季風(fēng)期(6—8 月)常浪向?yàn)镹E。目前已知最大波浪由1409 號(hào)威馬遜臺(tái)風(fēng)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生，該超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)在海口灣的東北側(cè)通過(guò)，極有利于西北向波浪的成長(zhǎng)和傳入海口灣，在?？跒吵霈F(xiàn)最大波浪，形成有效波高6.8 m，周期約7.8 s，該波高為偏西波向的異常特大值，在N-E-S方位的最大有效波高3.9 m，周期約6.3 s。

1.2.1 計(jì)算方法 該海域主要成風(fēng)原因有兩種，一為季風(fēng)、二為氣旋。因此，研究主要通過(guò)風(fēng)場(chǎng)模擬計(jì)算波浪場(chǎng)，風(fēng)場(chǎng)資料需綜合考慮季風(fēng)和臺(tái)風(fēng)兩種影響。具體研究思路如下：

(1)采用中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(www.data.cma.cn)公布的臺(tái)風(fēng)路徑，結(jié)合歐洲中長(zhǎng)期在南海海域的后報(bào)風(fēng)場(chǎng)資料，選取每年影響工程海區(qū)的臺(tái)風(fēng)及季風(fēng)過(guò)程，對(duì)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行分析。

(2)根據(jù)多年風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，采用SWAN模式建立大區(qū)域波浪計(jì)算模型，得到每年工程區(qū)附近外海深水區(qū)的年波浪極值，進(jìn)而采用Pearson-Ⅲ型曲線適線法推算不同重現(xiàn)期波要素。

(3)根據(jù)外海不同重現(xiàn)期波浪條件，在自然地形條件下即工程建設(shè)前，利用SWAN模式建立小區(qū)域波浪計(jì)算模型，推算工程區(qū)設(shè)計(jì)波浪條件。

1.2.2 主要結(jié)果與分析 根據(jù)工程海區(qū)最近30年(1986—2015年)臺(tái)風(fēng)和季風(fēng)資料，通過(guò)臺(tái)風(fēng)場(chǎng)模型和季風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析計(jì)算工程海區(qū)大風(fēng)過(guò)程，進(jìn)而采用大范圍風(fēng)浪模型計(jì)算工程海區(qū)風(fēng)浪場(chǎng)，從中選取主要計(jì)算浪向ENE、NE、NNE、N、NNW與NW向的波浪年極值，分析工程外海深水區(qū)不同重現(xiàn)期波浪。提取?？跒潮眰?cè)外海計(jì)算點(diǎn)(水深約-70 m)處的主要計(jì)算方向波浪重現(xiàn)期結(jié)果見(jiàn)下表1，其中前文所提到的60個(gè)典型臺(tái)風(fēng)中，分別選取1522號(hào)“啟德”臺(tái)風(fēng)與1117號(hào)“飛燕”臺(tái)風(fēng)過(guò)境瓊州海峽時(shí)波高分布圖(見(jiàn)圖3)，其中重現(xiàn)期100年有效波高為7.14 m，重現(xiàn)期50年有效波高為6.80 m。

表1 ?？跒巢煌噩F(xiàn)期有效波高結(jié)果Table 1 Results of different return period of significant wave height in Haikou-Bay /m

另外，依據(jù)上述波高結(jié)果，通過(guò)HUDSON公式對(duì)?？跒辰豆こ炭赡懿捎眯逼率阶o(hù)岸或者防波堤的護(hù)面塊體重量進(jìn)行了核算，如目前?？跒硟?nèi)各人工島如普遍采用30 t護(hù)面塊體時(shí)，其對(duì)應(yīng)破壞波高可達(dá)8.78 m，當(dāng)于重現(xiàn)期為1 400年波浪(年概率為0.071%)，若以設(shè)計(jì)年限100年考慮，這一等級(jí)的塊體穩(wěn)定性保障率可達(dá)93%。同時(shí)，根據(jù)爬高和越浪的計(jì)算分析，極端高水位條件下有效波高超過(guò)7.9 m就會(huì)出現(xiàn)危害堤頂鋪面結(jié)構(gòu)安全的越浪量，該波浪條件對(duì)應(yīng)的重現(xiàn)期約為400年，既年出現(xiàn)頻率為0.25%。

圖3 典型臺(tái)風(fēng)工程海域作用過(guò)程Fig.3 Functional process of typical typhoon in engineering sea area

隨著波浪由外海向近岸傳播，充分考慮了灣內(nèi)自然水深地形條件下波浪分布。采用SWAN模型對(duì)工程區(qū)的波浪分布情況進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算方向?yàn)镋NE、NE、NNE、N、NNW與NW向。包含100年一遇高水位、設(shè)計(jì)高水位與設(shè)計(jì)低水位。其中，ENE最大有效波高為6.7 m(見(jiàn)圖4(a))，NE向最大有效波高5.8 m(見(jiàn)圖4(b))，NNE向?yàn)?.5 m，N向?yàn)?.8 m，NNW向?yàn)?.4 m，NW向?yàn)?.9 m。對(duì)?？跒辰队绊戄^大的2個(gè)方向?yàn)镋NE與NE向，重現(xiàn)期100年一遇高水位時(shí)H13%波高分布見(jiàn)圖4所示。

圖4 100年一遇高水位重現(xiàn)期100年有效波高分布結(jié)果Fig.4 Distribution of significant wave height for 100 years return period by a high water of 100 years return period

2.3 海嘯波

依據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)提供的一份潛在海嘯地震斷裂帶風(fēng)險(xiǎn)圖[10]，我國(guó)南海海域附近有三大俯沖帶被認(rèn)為具有地震激發(fā)海嘯的潛在危險(xiǎn)，分別為馬尼拉俯沖帶、琉球群島俯沖帶和北蘇拉威西島俯沖帶。其中，馬尼拉俯沖帶(又稱(chēng)為馬尼拉海溝)對(duì)南海周?chē)膰?guó)家和地區(qū)會(huì)帶來(lái)很大的海嘯威脅，其位于亞歐大陸板塊和菲律賓海板塊交界處，南起菲律賓巴拉望島北端，沿菲律賓呂宋西部邊緣向北發(fā)展，北至臺(tái)灣島，總長(zhǎng)度約1 000 km[11]。USGS根據(jù)馬尼拉海溝的方位特征和斷層幾何學(xué)將其劃分為6個(gè)斷裂帶[12]，沿馬尼拉海溝分布如圖5(b)所示。

上述區(qū)域地震激發(fā)的海嘯波會(huì)使海南等我國(guó)南部海域暴露在海嘯波威脅之下，雖然歷史統(tǒng)計(jì)資料顯示幾次大的跨洋海嘯對(duì)我國(guó)東南沿海地區(qū)影響有限，但南海馬尼拉海溝地震帶形成的海嘯仍會(huì)對(duì)臺(tái)灣、海南、廣東和福建等沿海地區(qū)曾造成不同程度的影響，南海曾發(fā)生過(guò)約15次局地海嘯，造成了一定影響[13]。由于近幾年全球地質(zhì)運(yùn)動(dòng)較為活躍，特大地震海嘯發(fā)生頻率較高，馬尼拉海溝被認(rèn)為是最有可能引發(fā)海嘯的潛在地震源。基于上述分析，仍不可忽視海嘯波的潛在威脅。

2.3.1 計(jì)算方法 本文采用淺水波數(shù)值模型GeoClaw，基于有限體積法對(duì)非線性淺水方程進(jìn)行數(shù)值離散，考慮了海嘯波在近岸傳播的非線性作用，同時(shí)嵌入了自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)可追蹤海嘯波高判斷網(wǎng)格加密與否。通過(guò)對(duì)馬尼拉海溝斷層特征的分析，Lau等[14]根據(jù)歷史上曾經(jīng)在附近區(qū)域發(fā)生過(guò)的地震和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式，確定了7.0、8.0級(jí)地震時(shí)E1～E3板塊的數(shù)值模擬參數(shù)(見(jiàn)表2)，并基于Nguyen等[15]在USGS震源參數(shù)基礎(chǔ)上給出的震級(jí)為9.3級(jí)的震源參數(shù)，此時(shí)對(duì)應(yīng)各板塊震源參數(shù)見(jiàn)表3，從而依此計(jì)算相應(yīng)的傳播對(duì)海南島周邊海域的影響。

( (a)南海附近俯沖帶;(b)馬尼拉海溝不同板塊分布。(a)Subduction zone near the south China sea。(b)Distribution of different plates in the Manila trench.)

圖5 中國(guó)南海附近的俯沖帶與馬尼拉海溝不同板塊產(chǎn)生的海底變形及位置
Fig.5 Sea bottom deformation and location of subduction zone and different tectonic plates from the Manila trench nearby China South Sea

利用Okada彈性半空間錯(cuò)位理論模型，根據(jù)前文所述六塊斷裂帶參數(shù)生成相應(yīng)的海底變形可分析出海南島受E1、E2和E3板塊的影響較大。據(jù)此將對(duì)上述各板塊(震源深度15 km)分別發(fā)生7.0級(jí)和8.0級(jí)地震形成的海嘯進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)而估算對(duì)?？跒乘虻挠绊懬闆r，還考慮了整個(gè)斷裂帶(E1～E6)發(fā)生破裂形成的特大地震海嘯時(shí)的極端情況。計(jì)算范圍從99°E～130°E，1°S～33°N，包含了我國(guó)東南沿海至南海海域以及菲律賓、越南等國(guó)家。

表2 震級(jí)分別在7.8和8.0時(shí)馬尼拉海溝E1～E3斷裂帶震源模擬參數(shù)Table 2 Source modeling parameters of E1 ～ E3 fault zone in Mw=7.8 and 8.0 respectively in the Manila trench

表3 Mw=9.3時(shí)，馬尼拉海溝E1～E6斷裂帶基本參數(shù)Table 3 Source modeling parameters of E1 ～ E6 fault zone in Mw=9.3 in the Manila trench

表4 各計(jì)算工況下工程區(qū)海嘯波特征值 Table 4 Characteristic value of tsunami under the different calculation conditions

2.3.2 結(jié)果與分析 數(shù)值模擬結(jié)果如圖6所示，分別給出了馬尼拉海溝北部3個(gè)板塊(E1、E2、E3)分別發(fā)生里氏7.0、8.0級(jí)海底地震形成的海嘯波。各工況下工程區(qū)的海嘯波特征值如表4所示。從走時(shí)圖中可以看到，海嘯波大概經(jīng)歷4～5 h即可到達(dá)海口灣附近海域。對(duì)于單一板塊的一般震級(jí)地震，海嘯波到達(dá)?？诟浇ǚ夹∮? cm，波長(zhǎng)在50 km左右，周期1.6～2 h，海嘯持續(xù)時(shí)間(第一個(gè)大波的作用時(shí)間)約為0.7～1.1 h，海嘯波行進(jìn)速度為8.1 m/s。對(duì)于整個(gè)斷裂帶發(fā)生9.3級(jí)大地震引發(fā)的極端海嘯，海嘯波到達(dá)工程區(qū)附近海域時(shí)最大波幅為2.25 m，波長(zhǎng)115 km，周期3.4 h，海嘯持續(xù)時(shí)間1.3 h，海嘯波行進(jìn)速度為9.4 m/s，該情況將對(duì)?？跒硶?huì)產(chǎn)生影響，特別是岬灣形態(tài)的海口灣近岸，更易形成能量集中，應(yīng)予以關(guān)注。

圖6 各板塊分別在7.0和8.0級(jí)地震生成的海嘯波走勢(shì)圖Fig.6 The tsunami wave distribution of each plate in Mw=7.0 and 8.0 generated by earth quake

3 結(jié)論與分析

海洋水動(dòng)力風(fēng)險(xiǎn)是用海風(fēng)險(xiǎn)的重要組成部分，關(guān)鍵在于風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)估測(cè)。本文根據(jù)對(duì)?？跒乘蚩赡艹霈F(xiàn)的風(fēng)暴潮、極端波浪、海嘯等問(wèn)題的研究，對(duì)該海域水動(dòng)力風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了研究分析，得到風(fēng)暴潮不同重現(xiàn)期增水水位，并在確定外海重現(xiàn)期100 a有效波高為7.14 m，重現(xiàn)期50 a有效波高為6.8 m的基礎(chǔ)上，計(jì)算了?？跒辰恫煌ㄏ虻淖畲蟛ǜ?，對(duì)灣內(nèi)近岸斜坡式防護(hù)工程采用護(hù)面塊體的重量校核。針對(duì)潛在海嘯威脅最大的馬尼拉海溝，進(jìn)行了多種工況數(shù)值模擬，除9.3級(jí)大地震引發(fā)極端海嘯導(dǎo)致海嘯波達(dá)2.25 m之外，7、8級(jí)海嘯對(duì)于?？跒乘苡绊戄^小。這些計(jì)算結(jié)果反映?？跒逞匕对诓煌幌碌穆┣闆r，對(duì)?？跒逞匕吨匾墓こ添?xiàng)目以及防災(zāi)規(guī)劃的制定，具有參考意義。