浙江沿海超强台风风暴潮灾害的影响及其对策

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【作者】 朱军政  徐有成 

【关键词】超强台风 风暴潮 海塘 防灾措施 浙江沿海 

【出版日期】2009-06-15

【摘要】对浙江省历史台风基本资料进行分析后发现,近年来台风严重影响浙江的趋势和登陆浙江的台风个数均有明显的增强和增加。浙江省沿海各测站的历史最高潮位均由台风暴潮引起,其中"9417"号、"9711"号两次台风与天文大潮遭遇引起的风暴潮次数占了绝大多数。受台风暴潮影响时,岸边观测到的潮位由天文潮和台风引起的增水两部分组成。采用潮波与风暴增水耦合的非线性效应模型研究了风暴潮。在验证"5612"号、"9417"号、"9711"号、"0414"号、"0509"号和"桑美"6场台风暴潮的基础上,模型以1949年以来我国大陆沿海最强的一次台风("5612"号台风)参数为基础,设计了台风在浙北(穿山)、浙中北(石浦)、浙中(椒江)、浙中南(坎门)和浙南(琵琶门)登陆的5条路径,以反映超强台风在浙江沿海不同地点登陆与天文高潮位"碰头"时可能造成的最高潮位,它可以基本代表超强台风登陆浙江沿海时的风暴潮位。根据两潮耦合模型计算得到的沿海高潮位与海塘塘顶高程进行比较,分析沿海海塘发生漫顶甚至溃堤的可能性。通过对海塘可能损毁机理的分析,根据不同登陆线路的超强台风在遭遇天文大潮高潮位时对浙江沿海可能造成的威胁程度进行淹没风险分析。在上述计算分析的基础上,结合浙江沿海的实际情况,提出相应的防御超强台风风暴潮的工程和非工程措施。

【刊名】海洋学研究

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0引言风暴潮灾害是沿海国家和地区最主要的自然灾害之一[1-2],我国地处太平洋西海岸,是风暴潮灾害发生频率最高、损失最严重的国家之一,国家相关部门及各沿海省份都积极探讨防御风暴潮灾害的对策措施[3-7]。浙江省地处我国东南沿海,海岸线曲折绵长,河口港湾众多,岛屿星罗棋布,全省受台风暴潮影响的岸线长达6 600多km,其中大陆岸线为1 840km。由于特殊的地理位置和气候条件,每年夏、秋季节浙江省经常遭受台风侵袭。台风灾害以其突发性强、危害程度大、影响范围广和灾害链长而成为浙江省的主要自然灾害之一。近年来,强台风甚至超强台风频繁袭击浙江省:2004~2005年“云娜”、“麦莎”和“卡努”3个强台风在浙江登陆,2006年“桑美”超强台风又正面袭击浙江,给浙江省造成了严重的人员伤亡和财产损失。同时,从全球台风灾害情况来看,加勒比海地区的飓风也十分活跃,飓风多次袭击墨西哥湾的沿岸国家,特别是2005年8月“卡特里娜”飓风横扫美国南部的墨西哥湾几个州,给美国造成深重的灾难。超强台风的破坏力主要表现在强风、暴雨和风暴潮3个方面,其中造成严重的人员伤亡和财产损失的是由风暴潮引起的,如“5612”号、“9417”号台风和“卡特里娜”飓风。浙江省作为全国的经济强省之一,具有类似于新奥尔良地形特征,东部沿海地势低平,尤其是杭嘉湖平原广大腹地的一般地面高程仅为1.6~2.2 m,在遭遇高潮位时,堤塘内、外水位差高达4~6 m,一旦破堤,极易造成巨大的人员伤亡和财产①浙江省防御超强台风战略研究课题组.浙江省防御超强台风战略研究,2006.损失。如果类似于“卡特里娜”那样的超强台风在浙江登陆,其可能造成的破坏主要来自风暴潮,因此研究台风风暴潮对浙江沿海的灾害影响及其对策是十分必要的。1浙江台风及沿海潮位热带气旋(Tropical cyclone)生成于热带或副热带洋面上,是具有有组织的对流和确定的气旋性环流的非锋面性涡旋的统称。根据台风年鉴及热带气旋年鉴数据统计,得到1949年以来严重影响浙江和登陆浙江的台风个数的年代分布(图1和图2),从两图中可知,2000年以来严重影响浙江的台风个数平均每年为3.1个,登陆浙江的台风个数平均每年为1.4个,是以往年代的2~3倍。这表明随着全球气候变暖和大气环流的变化,近年来严重影响浙江和登陆浙江的台风个数均有明显增加的趋势。有关资料也显示近年来登陆或影响浙江省的台风强度增强,台风的气压、风速不断刷新历史记录。浙江省沿海属强潮区,除镇海、定海一带潮差较小外,其它地区潮差均较大。在台风增水与天文大潮高潮位相遇时,导致海面异常升高,出现特高潮位,根据浙江省水文局提供的实测资料统计可知,浙江省沿海各测站的历史最高潮位均由台风暴潮引起,比平均高潮位高出2.5~3.6 m(图3)。图3中闸口至海门各测站从建站至2006年的历史最高潮位均由1997年的“9711”号台风引起,坎门至瑞安各测站从建站至2006年的历史最高潮位均由1994年的“9417”号台风引起,鳌江和琵琶测站从建站至2006年的历史最高潮位分别由2002年的“0216”号台风和1996年的“9608”号台风引起。图3浙江省沿海各测站自建站至2006年多年平均高潮位与历史最高潮位(假定基面)Fig.3 The multi-year average and historicmaximum tidal levels of the tidal stations atZhejiang coast before 20062超强台风风暴潮的特征及灾害①根据2006年6月15日起执行的国家气象局修订颁布的《热带气旋等级》划分标准(这一新标准与国际上通用标准一致)判断,1949年以来在浙江登陆的超强台风有“5612”号台风和2006年“0608”号台风(桑美)。它们与“卡特里娜”飓风的特征及所造成的人员死亡和经济损失见表1。表1“桑美”与“5612”号超强台风、“卡特里娜”飓风的对比Tab.1 The compariso of super typhoon“Saomei”、“5612”and hurricane“Katrina”超强台风(飓风)名称桑美“5612”卡特里娜大风速/(m·s-1)60 65 57登陆时中心气压/hPa 920 923 920登陆时近中心最“5612”号台风于1956年8月1日24时(小潮汛)在浙江省象山县石浦镇附近登陆,台风中心最低气压为905 hPa,台风中心最大风速达90 m/s。登陆时台风中心气压为923 hPa,近台风中心最大风速为65 m/s(风力超过17级),6级大风圈半径超过1 000 km。这次超强台风引发了新中国成立以来我国大陆最严重的风暴潮灾害:沿海地区因台风暴潮破堤,海水倒灌;受灾最严重的浙江省象山县,在南庄区门前的涂海塘全线溃决,纵深为10 km的南庄平原一片汪洋;所幸的是当时为天文小潮期间,若遇大潮,则损失将更为惨重。“0608”号超强台风(桑美)于2006年10日17:25在浙江省苍南县马站登陆,登陆后继续向西北偏西方向移动,穿过浙江省苍南县和福建省北部,10日23:30左右又折回进入浙江省庆元县。登陆时台风中心气压为920 hPa,近台风中心最大风速为60 m/s(风力达17级),苍南县霞关实测的最大风速达68 m/s,鹤顶山风力发电站(海拔高度为670 m)的实测最大风速达81.3 m/s。鳌江站实测过程最大增水达3.76 m,破浙南沿海潮位站增水的最高记录。这次超强台风给浙江省温州等地造成严重的灾害。超强台风风暴增水大。在超强台风的低气压和狂风作用下,海面海水急剧升降,即产生风暴潮(风暴增水)。“5612”号超强台风引起杭州湾特大风暴潮,澉浦站、乍浦站最大增水分别达5.18 m和4.57 m。受“0608”号超强台风(桑美)影响,鳌江站最大增水达3.76 m。由于“5612”号超强台风和“0608”号超强台风(桑美)的最大风暴增水均与低潮位遭遇,虽然风暴增水大,但风暴潮位并不是最高。若风暴增水遭遇天文大潮将产生特高潮位,浙江历史上“9711”号和“9417”号台风登陆时均遭遇天文大潮高潮位,形成特高潮位,创浙江沿海历史最高潮位,造成严重财产损失和人员伤亡。“9711”号台风于1997年8月18日21:30在浙江温岭石塘镇登陆,台风中心气压为955 hPa,近台风中心最大风速为40 m/s。风暴增水与农历七月十六天文大潮晚高潮叠加,使台州湾以北沿海至钱塘江河口的高潮位超过历史实测最高潮位0.25~1.05 m。浙江省11个市地不同程度受灾,台州、宁波南部除了少量新建50年一遇标准海塘外,基本全线损毁,损坏堤塘2 005 km,其中海塘776 km。“9417”号台风于1994年8月21日22:30在浙江瑞安梅头镇登陆,台风中心气压为960 hPa,近台风中心最大风速为40 m/s。风暴潮增水与农历七月十五大潮汛晚高潮位叠加,飞云江口瑞安至乐清沿海出现重现期大于70年一遇的特高潮位。自台风登陆地点以北120 km的沿海地区,海堤崩溃,潮水淹没范围一般为临海岸1 km的地带,其中瑞安市飞云江北岸潮水淹没深入7 km,水深为1.5~3.0 m,损坏江堤海塘949 km。3超强台风的可能风暴潮分析风暴潮潮位包括天文潮和台风增水两部分。其计算方法有两种:一种是单独进行增(减)水计算,再叠加上测站的预报天文潮作为总的潮位过程。这种方法是假定潮位变化与增(减)水独立,可以直接叠加的,但增水大小与潮位高低有关,不能简单作直接叠加。另一种方法是在风暴潮计算中,将台风引起的增(减)水与原天文潮作耦合模型,考虑到两者的非线性效应。后一种方法与实际情况更加吻合。本文在大量验证的基础上,建立了浙江省沿海天文潮与风暴潮的耦合计算模型,分析并计算浙江省沿海遭遇超强台风时出现的高潮位。以“5612”型超强台风参数为基础,依据台风登陆的范围和次数,设计超强台风在浙北(舟山本岛附近的穿山)、浙中北(象山石浦,三门湾湾口)、浙中(椒江)、浙中南(玉环坎门,乐清湾附近)和浙南(苍南琵琶门)五处登陆点登陆(图4),设计的相邻登陆点间距为70~85 km(基本在10级台风大风圈半径以内),以此反映超强台风在浙江沿海不同地点登陆与天文高潮位“碰头”时可能造成的高潮位。图4设计的5条台风路径示意图Fig.4 The sketch map of five assumptive pathsfor super typhoon in Zhejiang通过天文潮与风暴潮耦合模型开展的风暴潮计算,以“5612”型台风作为超强台风样本,沿着设定的浙北、浙中北、浙中、浙中南、浙南登陆的5条路径的超强台风所引发的风暴潮基本反映出超强台风登陆浙江沿海过程的风暴潮位。图5为超强台风与天文大潮在不同测站遭遇形成的高潮位比较。从图5可以看出,5条不同台风路径所出现的最高潮位与历史最高潮位相比,超强台风遭遇天文大潮高潮位形成的风暴潮要比历史最高潮位高出0.7~3.12 m。超强台风在低潮位登陆时所造成的最高潮位一般小于或接近历史最高潮位。图5超强台风与天文大潮遭遇时在不同测站形成的高潮位Fig.5 The highest tidal level induced by super typhooncoming up against astronomical spring tidein Zhejiang coastal4标准海塘防御风暴潮的能力浙江沿海潮差大,为全国的大潮差区;在台风影响期间天文大潮与台风增水叠加形成的特高潮位,对沿海地区将构成极大的威胁。钱塘江河口两岸和浙东沿海地区,人口稠密、生产要素高度聚集,经济发达,是浙江重要的经济产业带,经济总量和财政收入占全省的80%以上,分布着众多的重要工业和港口以及电厂、机场、高速公路等重要基础设施。随着浙江经济社会的快速发展,经济要素和人口的不断集聚,台风灾害对浙江省尤其是钱塘江河口两岸和浙东沿海地区造成损失将呈上升趋势。如何有效地防御超强台风,尽最大努力减少人员伤亡和财产损失,已成为亟待破解的新课题。20世纪90年代“9417”号和“9711”号台风遭遇天文大潮后对浙江省沿海地区带来了重大的灾害,灾害过后揭开了浙江省建设千里标准海塘的序幕。进入21世纪,特别是2004~2006年浙江连续遭受“0414”号台风(云娜)、“0509”号台风(麦莎)、“0515”号台风(卡努)和“0608”号台风(桑美)4次强台风的侵袭,已建成的千里标准海塘经受了考验,发挥了巨大的防台减灾效益。浙江全省已建成的标准海塘长达2 134 km,其中起到保护万亩以上陆域耕地、重要城镇及重要基础设施的标准海塘有1 427 km。杭州湾南岸上虞夏盖山以西及北的海塘统称为钱塘江海塘,以东及向南至与福建交界的苍南县的海塘统称为浙东海塘。钱塘江海塘全长为402 km,其标准为50~100年一遇,过渡性标准为20年一遇。浙东海塘全长为1 732 km(含岛屿),其标准为20~100年一遇。当超强台风遭遇天文大潮时,极易产生异常高潮位。在超强台风作用下,海塘出险部位主要表现在迎水面护面破损、迎水坡脚淘空坍塌、塘顶及后坡受越浪水体或漫顶冲刷毁坏,风暴潮越过海塘,淹没保护区。表2为台风在不同路径登陆时出现的最高潮位高于海塘塘顶高程的海塘长度及其所占的百分比。通过对5条不同路径的台风登陆浙江沿海的危害分析后得出,若超强台风引起的风暴增水与天文大潮叠加的不利组合发生时,在浙中南登陆的超强台风可能造成总长为137.2 km的海塘漫顶,在浙中登陆的超强台风可能造成总长为279.0 km的海塘漫顶,其它路径登陆的超强台风可能造成的海塘漫顶总长介于以上两者之间;5条路径登陆的超强台风可能合计造成总长为788.5 km的海塘漫顶(已扣除重复部分),占浙江全省标准海塘总长的50.3%。在未出现漫顶的海塘中,高潮位与塘顶接近的海塘在风浪的不断冲击下,部分海塘护坡(墙)可能出现损毁,塘身土体被剥蚀后可能出现崩坍。超强台风袭击时,在钱塘江、杭州湾及浙东沿海可能产生超历史水位1~3 m的风暴潮,它高于

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