王平，左麗明，孫立寧，席明碩，王培濤，趙亞娟

（1.河北省水文工程地質(zhì)勘查院，河北石家莊 050021；2.國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081）

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，全球地震海嘯活躍，海嘯災(zāi)害頻發(fā)。2004 年印度尼西亞蘇門答臘島海域9.1 級(jí)地震海嘯和2011年日本9.1級(jí)地震海嘯影響深遠(yuǎn)，全球沿海各國都開始重視海嘯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和防范工作。從20世紀(jì)90年代開始，美國、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家已開展區(qū)域性、多災(zāi)種的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并將其成果與減災(zāi)規(guī)劃、社會(huì)發(fā)展相結(jié)合，取得了顯著效果。

我國的海嘯災(zāi)害系統(tǒng)工作研究起步較晚，自20世紀(jì)70 年代起，先后開展了歷史海嘯災(zāi)害分布、中國高精度海嘯數(shù)值模式、全球海嘯傳播時(shí)間模式等相關(guān)研究工作。渤黃海海域歷史上曾多次發(fā)生7級(jí)以上的大地震，但僅有部分地震會(huì)引發(fā)海嘯，且該海域發(fā)生的海嘯強(qiáng)度相對(duì)偏弱，但由于該區(qū)域主要受局地海嘯影響，預(yù)警難度大，造成災(zāi)害的可能性仍不可低估。結(jié)合歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料，環(huán)渤海地區(qū)遭受海嘯災(zāi)害的影響較小，其中2011 年日本9.1 級(jí)地震海嘯[1-2]、2010 年智利8.8 級(jí)地震海嘯均未對(duì)該區(qū)域造成顯著的海嘯影響；大量數(shù)值模擬也表明，相較于局地海嘯源，越洋及區(qū)域海嘯對(duì)研究區(qū)域的影響均較小。

近年來，隨著全球變暖等原因?qū)е潞Ｆ矫娌粩嗌仙?，沿海地區(qū)面臨海嘯威脅的風(fēng)險(xiǎn)日益加大，也引起了當(dāng)?shù)卣途用竦膹V泛關(guān)注。位于我國沿海地區(qū)的河北省可能同樣存在遭遇海嘯災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，因此，前瞻性地開展此方面研究，對(duì)河北省海嘯災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并開展防災(zāi)減災(zāi)工作，具有重要的科研價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

本文在充分搜集渤海海域全球海洋通用水深數(shù)據(jù)2020（General Bathymetric Chart of the Oceans，GEBCO2020）、遙感影像、土地利用、岸線、承載體、歷史海嘯數(shù)據(jù)、歷史地震數(shù)據(jù)、河北省沿海海洋站觀測(cè)潮位等相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，采用了美國康奈爾大學(xué)研制的康奈爾多電網(wǎng)耦合海嘯模型（Cornell Multi-grid Coupled Tsunami Model，COMCOT）數(shù)值模式[3-4]對(duì)河北省開展海嘯災(zāi)害的數(shù)值計(jì)算和風(fēng)險(xiǎn)分析工作。

1 海嘯數(shù)值計(jì)算

本次基于COMCOT 數(shù)值模式及搜集的河北省以及渤黃海海域0.5 arcmin、15 arcsec分辨率的地形水深數(shù)據(jù)、渤海灣主要斷裂帶特征數(shù)據(jù)等資料，建立了河北省海嘯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)值模型，并結(jié)合歷史真實(shí)地震海嘯事件對(duì)模型精度進(jìn)行了驗(yàn)證。

1.1 渤海及北黃海地震分析

首先分析渤海、北黃海主要斷裂帶特征，并針對(duì)該海域的地震活動(dòng)性進(jìn)行研究，分析其地震特征。

1.1.1 渤海海域主要斷裂帶特征

渤海海域存在的主要斷裂帶有NNE 向郯廬斷裂帶、NW 向張家口-蓬萊斷裂帶、NEE—EW 向斷裂。主要特征如下：

①NNE向郯廬斷裂帶

郯廬斷裂帶渤海段是渤海海域中最重要的NNE 向斷裂帶[5-7]，也是渤海灣盆地的東側(cè)邊界。前人的研究表明郯廬斷裂帶并非一條完整連接的斷裂，而是由多條次級(jí)斷裂組成的復(fù)雜斷裂帶，并表現(xiàn)出明顯的分段性。郯廬斷裂帶渤海段在新生代表現(xiàn)為右旋走滑，同時(shí)還疊加了明顯的拉張裂陷作用，表現(xiàn)出明顯的垂向運(yùn)動(dòng)特征。

②NW向張家口-蓬萊斷裂帶

張家口-蓬萊斷裂帶的影響深度大，控制了海域內(nèi)次級(jí)構(gòu)造的凸起和凹陷，并在渤海中部切過郯廬斷裂帶，是由20 余條不連續(xù)的走向?yàn)?90°～310°的次級(jí)斷裂所組成的復(fù)雜斷裂帶[8-9]。該斷裂帶海域段顯示了走滑斷裂的一些特征，斷裂帶內(nèi)次級(jí)斷裂還具有左旋特征；陸域段則主要表現(xiàn)了強(qiáng)烈的垂向運(yùn)動(dòng)特征，主要次級(jí)斷裂都具有正斷性質(zhì)。

③NEE—EW向斷裂

該斷裂主要分布于凹陷或凸起上，呈現(xiàn)規(guī)模相對(duì)較小、數(shù)目多、密度大的特點(diǎn)。渤海地區(qū)新生代的NEE—EW 向斷裂屬于伸展系統(tǒng)，晚第四紀(jì)以來主要表現(xiàn)為張性斷裂，具有強(qiáng)烈的垂向運(yùn)動(dòng)特征。

1.1.2 北黃海海域主要斷裂帶特征

北黃海區(qū)域構(gòu)造走向?yàn)镹E、NEE 向，在此背景上發(fā)育了NW—NWW 的優(yōu)勢(shì)構(gòu)造走向。北黃海北緣斷裂帶分布于北黃海北緣，該斷裂帶控制了遼東半島南端海岸線的形態(tài)，是分割遼東半島與北黃海兩大構(gòu)造單元的地殼型深大斷裂帶。北黃海西緣斷裂帶分布于北黃海盆地西緣，屬于郯廬斷裂帶的次級(jí)斷裂，該斷裂帶的形成和活動(dòng)與郯廬斷裂帶密切相關(guān)。劉公島斷裂帶位于郯廬斷裂帶以東，是五蓮-青島-劉公島-海州斷裂帶在海域內(nèi)的部分，大致沿NE 向延伸，也是北黃海的南界。北黃海附近還存在著鴨綠江斷裂的部分，由多條相同方向（NE向）延伸、成生密切的斷裂組成，是遼寧東部規(guī)模較大的斷裂帶，也為著名的郯廬斷裂帶東側(cè)一條多期活動(dòng)的重要分支斷裂帶。

1.1.3 渤海及北黃海海域地震活動(dòng)性

歷史上，渤海和北黃海海域內(nèi)發(fā)生過多次強(qiáng)震，其中渤海地區(qū)發(fā)生過3次震級(jí)超過7級(jí)和多次超過6級(jí)的地震[10-12]，震中主要集中在在張家口-蓬萊斷裂帶和郯廬斷裂帶，北黃海海域歷史上發(fā)生過1 次震級(jí)超過7級(jí)和數(shù)次6級(jí)左右的地震，地震活動(dòng)主要受張家口-蓬萊斷裂帶和鴨綠江斷裂控制（見表1）。

表1 渤海與北黃海地區(qū)6級(jí)以上地震目錄Tab.1 Earthquakes with M≥6 in the Bohai Sea and the northern Yellow Sea

結(jié)合周邊陸地地震，我們發(fā)現(xiàn)渤海和北黃海周邊地區(qū)存在4 個(gè)地震密集區(qū)，分別為1976 年唐山大地震區(qū)、1975 年海城大地震區(qū)、1969 年渤海大地震區(qū)以及山東半島煙臺(tái)外側(cè)海域。

1.2 模型設(shè)置

1.2.1 震源參數(shù)的確定

通過時(shí)間相關(guān)危險(xiǎn)分析的方法[13]，對(duì)美國地質(zhì)勘探局（United States Geological Survey，USGS）獲取的1900年以來渤海及周邊地區(qū)5.0級(jí)以上地震事件目錄進(jìn)行分析并評(píng)估地震活動(dòng)參數(shù)（給定震級(jí)的平均重現(xiàn)期、發(fā)生大于或等于給定震級(jí)的可能性），每個(gè)時(shí)窗的地震過程都符合泊松過程。結(jié)合歷史大地震及USGS 記錄的渤海及周邊區(qū)域大于5 級(jí)的地震，確定該區(qū)內(nèi)理論震級(jí)分布上限值為8.16。同時(shí)，根據(jù)已有的研究資料，渤海海域內(nèi)地震的震源深度優(yōu)勢(shì)分布為6～30 km[14]，本次選取15 km 用于模擬計(jì)算。根據(jù)《中國活動(dòng)構(gòu)造圖》或鄰近其他近期地震的震源機(jī)制解本次模擬的斷層走向；斷層傾角為正斷層65°，逆斷層25°，走滑斷層90°，正走滑75°，逆走滑35°；走滑角為正斷層270°，逆斷層90°，走滑斷層0°，正走滑225°，逆走滑45°。結(jié)合已有資料確定渤海及北黃海周邊區(qū)域6個(gè)模擬震源地震分布情況（見表2）。

表2 模擬震源情況Tab.2 Earthquake sources in numerical simulation

1.2.2 網(wǎng)格嵌套

根據(jù)潛在海嘯源的分布位置、河北省所處的地理位置以及數(shù)值模型的特點(diǎn)，設(shè)定本次海嘯的數(shù)值模擬采用兩層網(wǎng)格嵌套進(jìn)行計(jì)算。

第一層的高程水深數(shù)據(jù)是GEBCO 數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)合。GEBCO 是由聯(lián)合國教科文組織政府間海洋學(xué)委員會(huì)（Intergovernmental Oceanographic Commission，IOC）國際水道測(cè)量組織（International Hydrographic Organization，IHO）聯(lián)合成立的國際組織。目前，GEBCO水深數(shù)據(jù)的分辨率為0.5 arcmin，但是其大洋數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，近岸數(shù)據(jù)誤差較大，因此，需要用近岸實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)GEBCO 近岸水深數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

第二層的高程水深數(shù)據(jù)是數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、GEBCO 數(shù)據(jù)和等深線數(shù)據(jù)的融合，數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)一參考面、插值、衛(wèi)星影像訂正等處理。水陸邊界經(jīng)過了衛(wèi)星數(shù)據(jù)的詳細(xì)刻畫，分辨率為15 arcsec。

1.2.3 主要參數(shù)設(shè)置

海嘯模式采用兩層嵌套網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算，具體網(wǎng)格設(shè)置見表3。

表3 網(wǎng)格設(shè)置參數(shù)情況表Tab.3 Model grid setting

根據(jù)地震海嘯源地與河北省評(píng)估區(qū)的距離，設(shè)置海嘯傳播時(shí)間為15 h；數(shù)值模型均采用球坐標(biāo)系。第一層網(wǎng)格控制方程采用線性淺水方程。但當(dāng)海嘯傳播至近岸時(shí)，水深變淺，受地表因素的影響較大，因此線性淺水方程不再適用，因此第二層的控制方程設(shè)置為非線性淺水方程。根據(jù)河北省沿岸地形特征及沿海城市的分布情況，選取8 個(gè)典型位置作為模型計(jì)算結(jié)果的輸出點(diǎn)。

1.3 模型驗(yàn)證

本次選取2011 年以來發(fā)生的4 次具有顯著影響的海嘯事件作為檢驗(yàn)個(gè)例（見表4），同時(shí)搜集整理了相關(guān)事件中的海嘯波動(dòng)觀測(cè)資料，對(duì)波幅超過5 cm的浮標(biāo)資料（21個(gè)）和波幅超過10 cm的驗(yàn)潮站資料（41個(gè)）進(jìn)行了篩選。

表4 4次海嘯事件的地震基本信息Tab.4 The basic information of earthquakes in 4 tsunamis

以日本東北部9.0 級(jí)地震海嘯事件為例，分別對(duì)太平洋區(qū)域沿岸和中國海域（浙江沿海）驗(yàn)潮站實(shí)際觀測(cè)的時(shí)間序列和模擬結(jié)果、海嘯最大波幅的模擬與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見圖1—2、表5—6。

圖1 太平洋區(qū)域浮標(biāo)海嘯波動(dòng)模擬結(jié)果與觀測(cè)時(shí)間序列Fig.1 Time series of the observed and modeled wave amplitudes in the Pacific Ocean

表5 太平洋區(qū)域沿岸21個(gè)驗(yàn)潮站海嘯最大波幅和計(jì)算結(jié)果對(duì)比Tab.5 Comparison of maximum amplitude of tsunami between simulation and observations from 21 tide stations in the Pacific Ocean

從圖1 和表5 中可以明顯看出，太平洋區(qū)域沿岸浮標(biāo)海嘯波動(dòng)模擬結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果的擬合性均較好。部分站位在模擬地震發(fā)生9 h 后出現(xiàn)了海嘯波幅模擬不足的情況，相位的模擬結(jié)果稍有提前，隨著首波到時(shí)的繼續(xù)延長，這種相位提前現(xiàn)象更加明顯。這是因?yàn)楹[波在長距離傳播過程中，隨著時(shí)間步長的迭代，海嘯源的誤差貢獻(xiàn)會(huì)被逐漸放大。模擬計(jì)算的最大波幅與觀測(cè)最大波幅的平均相對(duì)誤差約為16%，其中最大誤差為45.5%（浮標(biāo)32411）。

從圖2 和表6 可以看出，浙江海域驗(yàn)潮站海嘯波動(dòng)模擬結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果的擬合性相對(duì)較好，模擬計(jì)算的最大波幅與觀測(cè)最大波幅的平均誤差為11.8%（其中坎門驗(yàn)潮站相對(duì)誤差最大，為20.6%）。

圖2 浙江海域4個(gè)驗(yàn)潮站海嘯波動(dòng)模擬結(jié)果與觀測(cè)時(shí)間序列Fig.2 Time series of the observed and modeled wave amplitudes in the coastal waters of Zhejiang Province

表6 浙江沿岸4個(gè)驗(yàn)潮站海嘯最大波幅和計(jì)算結(jié)果對(duì)比Tab.6 Comparison of maximum amplitude of tsunami between simulation and observations from 4 tide stations in the coastal waters of Zhejiang Province

通過綜合對(duì)比分析，以太平洋區(qū)域5次由8.0級(jí)以上地震引發(fā)的海嘯事件作為個(gè)例，對(duì)海嘯數(shù)值模型的模擬水平進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示，62 個(gè)站次的海嘯波幅模擬結(jié)果的平均相對(duì)誤差為15%（見圖3），達(dá)到了《海嘯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定的模擬精度，通過檢驗(yàn)。

圖3 5次海嘯事件62個(gè)站次海嘯波幅計(jì)算結(jié)果與觀測(cè)對(duì)比結(jié)果Fig.3 Comparison of tsunami amplitude between simulation and observation from 62 stations in 5 tsunamis

2 綜合分析與評(píng)價(jià)

由于可能對(duì)河北省造成災(zāi)害性影響的地震海嘯源主要分布在渤海和北黃海附近海域，因此在對(duì)河北省進(jìn)行海嘯風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，將主要考慮渤黃海局地海嘯源的影響，對(duì)區(qū)域和越洋海嘯源不進(jìn)行具體評(píng)估。

2.1 危險(xiǎn)性分析

利用海嘯數(shù)值模型分別對(duì)6個(gè)不同地震海嘯源（張家口-蓬萊斷裂8.0 級(jí)地震海嘯、樂亭外海8.1 級(jí)地震海嘯、張家口-蓬萊斷裂二8.1 級(jí)地震海嘯、郯廬斷裂8.1 級(jí)地震海嘯、張家口-蓬萊斷裂三8.1 級(jí)地震海嘯、郯廬斷裂二8.0 級(jí)地震海嘯）情景下的最大波幅場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算，同時(shí)在河北沿海選取8 個(gè)典型位置用以輸出不同地震海嘯情景下的海嘯波面時(shí)空序列結(jié)果。在此基礎(chǔ)上綜合所有海嘯源情景的海嘯最大波幅數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，對(duì)于同一位置不同海嘯源情景下的計(jì)算結(jié)果取其最嚴(yán)重結(jié)果作為該處的最終結(jié)果。

2.1.1 張家口-蓬萊斷裂8.0級(jí)地震海嘯

在該地震海嘯情景下，由于地震震源位于唐山市近岸海域，因此河北省最大海嘯波幅出現(xiàn)在唐山市沿岸，最大波幅為1.2～1.5 m；滄州市沿岸、唐山市樂亭縣部分岸段最大波幅為0.3～0.5 m；其他地區(qū)沿海岸段最大波幅為0.1～0.3 m。

2.1.2 樂亭外海8.1級(jí)地震海嘯

在該地震海嘯情景下，由于地震海嘯源地位于曹妃甸、樂亭外海區(qū)域，因此河北省最大海嘯波幅主要出現(xiàn)在唐山市曹妃甸區(qū)東部沿岸，最大波幅為2～3 m；秦皇島市北戴河區(qū)部分岸段波幅同樣達(dá)到2～3 m；唐山市樂亭縣部分岸段最大波幅為1.2～1.5 m；其他地區(qū)沿海岸段最大波幅均超過0.5 m，為0.5～1.2 m。

2.1.3 張家口-蓬萊斷裂二8.1級(jí)地震海嘯

在該地震海嘯情景下，由于海嘯源位于渤海灣外部海域，受地形影響，位于渤海灣內(nèi)部的滄州市受海嘯波影響相對(duì)較小，最大波幅為0.1～0.3 m；河北省最大海嘯波幅出現(xiàn)在其東部沿岸，唐山市樂亭縣、秦皇島市北戴河區(qū)最大波幅為0.9～1.2 m，東部沿海其他區(qū)域最大波幅為0.5～0.7 m。

2.1.4 郯廬斷裂8.1級(jí)地震海嘯

在該地震海嘯情景下，由于海嘯源位于渤海灣外部海域，受地形影響，位于渤海灣內(nèi)部的滄州市受海嘯波影響相對(duì)較小，最大波幅為0.3～0.5 m。河北省最大海嘯波幅出現(xiàn)在其東部沿岸，唐山市、秦皇島市東部沿海大部分岸段最大波幅達(dá)到2～3 m；受地形限制，唐山市南部沿海最大波幅較小，為0.1～0.3 m。

2.1.5 張家口-蓬萊斷裂三8.1級(jí)地震海嘯

在該地震海嘯情景下，河北省最大海嘯波幅出現(xiàn)在其東部沿岸，唐山市樂亭縣、秦皇島市北戴河區(qū)部分岸段最大波幅達(dá)到0.7～0.9 m，東部沿海其他區(qū)域最大波幅為0.5～0.7 m；唐山市曹妃甸區(qū)、滄州市沿海岸段最大波幅相對(duì)較小，為0.3～0.5 m。

2.1.6 郯廬斷裂二8.0級(jí)地震海嘯

在該地震海嘯情景下，河北省最大海嘯波幅出現(xiàn)在秦皇島市昌黎縣沿海岸段，最大波幅為0.5 ～0.7 m；秦皇島市其他沿海岸段和滄州市沿海岸段最大波幅為0.3～0.5 m；唐山市沿海岸段最大波幅不超過0.3 m。

2.1.7 情景集成

由以上各情景數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果綜合分析可知，秦皇島市、唐山市東部沿海岸段在郯廬斷裂8.1級(jí)地震海嘯情景下，形成的最大波幅較大，為2～3 m；唐山市曹妃甸區(qū)部分沿海岸段在樂亭外海8.1 級(jí)地震海嘯情景下，形成的最大波幅較大，為2～3 m；各地震海嘯源情景下對(duì)唐山市其他沿海岸段和滄州市沿海岸段的影響均較小，最大波幅僅為0.3～0.5 m。

2.1.8 不同地震海嘯情景下的海嘯波面時(shí)空序列

分別根據(jù)6 個(gè)不同地震海嘯源情景下8 個(gè)輸出點(diǎn)模擬計(jì)算成果，制作了相應(yīng)海嘯波面時(shí)空序列分布圖。以張家口-蓬萊斷裂8.0 級(jí)地震海嘯情景為例（見圖4），該地震海嘯情景下最早受到影響的區(qū)域?yàn)樘粕绞醒睾＃〞r(shí)間為0.5～2.4 h）；最大波幅出現(xiàn)在滄州市沿海，為0.46 m；唐山中南部沿海最大波幅為0.3 m 左右，唐山市北部、秦皇島市最大波幅相對(duì)較小，約為0.1 m。

圖4 局地海嘯源張家口-蓬萊斷裂8.0級(jí)地震海嘯波時(shí)間序列圖Fig.4 Time series of tsunami amplitude of the earthquake(magnitude 8.0)caused by Zhangjiakou-Penglai fault zone

2.2 危險(xiǎn)性評(píng)估

在以上危險(xiǎn)性分析結(jié)果基礎(chǔ)上，以海嘯數(shù)值模型的計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，參照海嘯危險(xiǎn)性評(píng)估方法[15]，依據(jù)海嘯波幅將海嘯危險(xiǎn)等級(jí)分為4級(jí)（見表7），其中Ⅰ級(jí)為最高，代表該海嘯致災(zāi)強(qiáng)度最大；Ⅳ級(jí)為最低，代表海嘯致災(zāi)強(qiáng)度最小。

表7 海嘯災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.7 The criteria of risk rank of tsunami

以海嘯數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，參照危險(xiǎn)性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，以沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）作為基本評(píng)估單元進(jìn)行海嘯災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)估。結(jié)果表明，河北省基本不會(huì)遭受危險(xiǎn)性等級(jí)為I 級(jí)的海嘯災(zāi)害影響；唐山北部和秦皇島沿海區(qū)域（最大海嘯波幅為1～3 m）遭受的海嘯災(zāi)害影響相對(duì)較嚴(yán)重，危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅱ級(jí)；其他區(qū)域遭受的海嘯災(zāi)害影響相對(duì)較小，危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅲ級(jí)或Ⅳ級(jí)。

2.3 脆弱性評(píng)估

以土地利用類型一級(jí)分類數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)[15]，根據(jù)河北沿海土地利用現(xiàn)狀及土地利用脆弱性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，確定了研究區(qū)承災(zāi)體脆弱性等級(jí)與脆弱性范圍關(guān)系（見表8）。借助GIS 軟件數(shù)據(jù)管理和可視化功能，劃定各評(píng)估單元脆弱性等級(jí)分布。

表8 脆弱性等級(jí)與脆弱性范圍關(guān)系Tab.8 The level and range of vulnerability

秦皇島市沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)（除海港區(qū)沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)脆弱性等級(jí)為Ⅰ級(jí)）脆弱性等級(jí)均為Ⅳ級(jí)；唐山市樂亭縣沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)脆弱性等級(jí)為Ⅳ級(jí)，曹妃甸區(qū)和灤南縣沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)為Ⅰ級(jí)，豐南區(qū)為Ⅱ級(jí)；滄州市沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)脆弱性等級(jí)均為Ⅱ級(jí)。具體等級(jí)劃分見表9。

表9 河北省沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)脆弱性等級(jí)表Tab.9 Vulnerability levels of the coastal towns in Hebei Province

2.4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

在以上成果基礎(chǔ)上開展河北海嘯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[15]。計(jì)算公式為：

式中：R代表災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)（Risk）；H代表危險(xiǎn)性（Hazard）等級(jí)；V代表脆弱性（Vulnerability）等級(jí)分布；×為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)識(shí)別矩陣。根據(jù)危險(xiǎn)性、脆弱性與風(fēng)險(xiǎn)性等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系（見表10），可綜合確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)值R（取5級(jí)）。

表10 海嘯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估表Tab.10 Assessment form of tsunami disaster risk level

借助GIS 軟件數(shù)據(jù)管理和可視化功能，劃定各評(píng)估單元風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布。結(jié)果表明（見表10），河北省沿海海嘯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高為Ⅱ級(jí)，主要位于秦皇島市沿海區(qū)域以及唐山市曹妃甸區(qū)、樂亭縣部分沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域；唐山市其他沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)海嘯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ級(jí)；滄州市渤海新區(qū)沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)海嘯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，其他區(qū)域均為Ⅳ級(jí)。

3 結(jié)論

本文基于COMCOT 數(shù)值模式建立了研究區(qū)海嘯數(shù)值模型，通過4 次真實(shí)地震海嘯事件的海嘯波動(dòng)觀測(cè)資料與模型輸出數(shù)據(jù)的分析與對(duì)比，驗(yàn)證了所建模型的合理性、可靠性。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了河北省海嘯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃研究。結(jié)論如下：

①河北省不存在Ⅰ級(jí)危險(xiǎn)區(qū)，唐山北部和秦皇島沿海區(qū)域危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，其他區(qū)域?yàn)棰蠹?jí)或Ⅳ級(jí)。

②河北省沿海脆弱性等級(jí)分Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅳ級(jí)，其中以Ⅳ級(jí)為主，主要分布在秦皇島市大部分沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)、唐山市樂亭縣沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)；秦皇島市海港區(qū)及唐山市曹妃甸區(qū)和灤南縣沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)脆弱性等級(jí)為Ⅰ級(jí)；唐山市豐南區(qū)及滄州市沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)脆弱性等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

③河北省沿海海嘯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)，其中Ⅱ級(jí)區(qū)主要分布于秦皇島市沿海區(qū)域以及唐山市曹妃甸區(qū)、樂亭縣部分沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域；Ⅳ級(jí)區(qū)分布于唐山市其他沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)及滄州市黃驊市、海興縣沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)；Ⅲ級(jí)分布于滄州市渤海新區(qū)沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

本文的研究結(jié)果對(duì)于提升河北省海嘯防災(zāi)減災(zāi)能力具有重要意義。但本文也存在一些不足之處，由于渤海地震海嘯發(fā)生較少，沒有準(zhǔn)確的海嘯記錄，本次模型驗(yàn)證的站點(diǎn)都在渤海外，因此模型在渤海的結(jié)果存在一定的不確定性。與前人研究結(jié)果對(duì)比[4,16]，本次研究在渤海海域采用的潛在海嘯震級(jí)更高，給出的渤海海域海嘯危險(xiǎn)性更加保守，這是由于在海嘯震級(jí)確定時(shí)采用了不同的統(tǒng)計(jì)方法導(dǎo)致的。