深圳香港海域可能最高潮位和浪高計(jì)算分析

毛獻(xiàn)忠，姜 茜

(清華大學(xué)深圳研究生院環(huán)境工程與管理研究中心，廣東深圳 518055)

深圳香港海域可能最高潮位和浪高計(jì)算分析

毛獻(xiàn)忠，姜 茜

(清華大學(xué)深圳研究生院環(huán)境工程與管理研究中心，廣東深圳 518055)

基于歷史數(shù)據(jù)的分析，選擇歷史上強(qiáng)度最強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)“荷貝”作為設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度，最不利路徑的臺(tái)風(fēng)“雪莉”作為設(shè)計(jì)路徑，作為深圳香港海域設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。采用海洋－陸架區(qū)－海岸三重嵌套網(wǎng)格建立的天文潮－風(fēng)暴潮－臺(tái)風(fēng)浪耦合模型計(jì)算設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)遭遇天文大潮的高潮位登陸時(shí)深圳香港海域的可能最高潮位和浪高。計(jì)算結(jié)果表明，大鵬灣北部和香港吐露港內(nèi)，可能最高風(fēng)暴潮位在3.00 m以上，浪高達(dá)到4.0～5.0 m;香港維多利亞港風(fēng)暴潮位2.92 m，深圳香港水域東部南部在2.50 m以上，浪高3.0～5.0 m。可能最高風(fēng)暴潮位比大鵬灣防潮警戒水位高1.62 m左右，比香港維多利亞港200年一遇的潮位高0.50 m。

耦合模型;設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng);風(fēng)暴潮位;深圳香港海域

近岸、沿海工程的設(shè)計(jì)，如海洋石油平臺(tái)、跨海大橋、電站、海塘堤防等，都必須考慮可能最大高潮位以及可能最大浪高。同時(shí)，這也是沿岸居民和生態(tài)環(huán)境所面臨的最不利的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。因此，研究沿?？赡茏罡叱蔽灰约袄烁邔?duì)于沿海群眾生命財(cái)產(chǎn)安全、生態(tài)環(huán)境、沿海工程和設(shè)施安全都有十分重大的意義。

在陸架寬闊的淺海沿岸，由于淺水非線性效應(yīng)，天文潮與風(fēng)暴潮耦合作用產(chǎn)生的風(fēng)暴潮增水計(jì)算尤為重要，江毓武等［1］在廈門(mén)港、端義宏等［2］在長(zhǎng)江口研究二者耦合效果;Huang等［3-4］采用MIKE模型和天文潮預(yù)報(bào)模式TPXO6.2建立了天文潮和風(fēng)暴潮耦合模型，評(píng)估超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下浙江沿海可能發(fā)生的高潮位。風(fēng)暴潮與臺(tái)風(fēng)浪的耦合模型，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也有不少研究，Cheung等［5］建立長(zhǎng)波與WAM耦合模型，應(yīng)用到海岸應(yīng)急管理系統(tǒng)中評(píng)估颶風(fēng)作用下海岸淹沒(méi)情況;Funakoshi等［6］耦合了ADCIRC和SWAN模型研究海浪對(duì)風(fēng)暴潮的影響;Xie等［7］耦合了POM和SWAN模型研究了Charleston海灣在颶風(fēng)Hugo下風(fēng)暴潮及其漫灘效應(yīng)。

在我國(guó)東南、華南沿岸，可能最高潮位和浪高主要由登陸臺(tái)風(fēng)引發(fā)。文獻(xiàn)［8］采用河口海岸海洋模型ECOM和第三代海浪模式SWAN，以及全球天文潮預(yù)報(bào)模式TPXO6.2，建立了適用于深圳香港水域海洋-陸架區(qū)-海岸三重嵌套網(wǎng)格的天文潮-風(fēng)暴潮-臺(tái)風(fēng)浪耦合模型。在文獻(xiàn)［8］基礎(chǔ)上研究在設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下該海域引發(fā)的可能最大風(fēng)暴潮位和臺(tái)風(fēng)浪，以及分析其對(duì)沿岸的環(huán)境災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 深港海域分布和檢驗(yàn)點(diǎn)分布Fig.1 Sketch of Shenzhen and Hong Kong Waters and 4 verified points

1 區(qū)域概況

研究區(qū)域包括大鵬灣、深圳灣、部分珠江口和香港以南的南海海域，見(jiàn)圖1。大鵬灣是一個(gè)半封閉海灣，深圳一側(cè)東海岸線較為平直，香港一側(cè)西海岸島嶼眾多，水深從東北向西南逐漸變深，從8～10 m過(guò)度到超過(guò)20 m;深圳灣為珠江口東側(cè)的一個(gè)半封閉性海灣，平均水深為2.9 m;深圳香港外海域的水深由東南向外海，從10 m左右逐漸增加至50 m左右。

深圳香港海域的最高潮位、浪高也主要由臺(tái)風(fēng)引發(fā)的風(fēng)暴潮位和臺(tái)風(fēng)浪所引起。當(dāng)熱帶氣旋和臺(tái)風(fēng)影響深港地區(qū)時(shí)，都會(huì)在近岸海域引發(fā)不同程度的風(fēng)暴增水。香港的驗(yàn)潮站中，采用鰂魚(yú)涌站1968～2008年共41年實(shí)測(cè)潮位數(shù)據(jù)。以該站的潮位資料分析［9-10］，熱帶氣旋影響下產(chǎn)生1 m以上增水的風(fēng)暴潮有9次，見(jiàn)表1。

表1 鰂魚(yú)涌站1 m以上增水的熱帶氣旋Tab.1 List of tropical cyclones with storm surge more than 1m at Quarry Bay station

這9場(chǎng)熱帶氣旋的路徑如圖2所示，除臺(tái)風(fēng)Bess外，其余熱帶氣旋均在廣東省沿岸登陸。影響該水域的臺(tái)風(fēng)路徑有三類(lèi):第一類(lèi)生成于西北太平洋，從東南向西北方向移動(dòng)，在珠江口以東登陸;第二類(lèi)臺(tái)風(fēng)的生成和路徑和第一類(lèi)類(lèi)似，但在珠江口以西登陸;第三類(lèi)臺(tái)風(fēng)，在南海生成，向偏北方向移動(dòng)，在深港地區(qū)或附近登陸。其中第二類(lèi)占的比例最高，有6場(chǎng)，增水也較大，主要原因是發(fā)源于西北太平洋的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度較大，深圳香港海域處于臺(tái)風(fēng)右半風(fēng)圈，更易于產(chǎn)生風(fēng)暴增水。

2 模型建立

文獻(xiàn)［8］以河口海岸海洋模型ECOM［11］和第三代海浪模型SWAN［12］為基礎(chǔ)，以全球天文潮預(yù)報(bào)模式TPXO6.2［13］和臺(tái)風(fēng)參數(shù)模型的風(fēng)場(chǎng)及氣壓場(chǎng)作為驅(qū)動(dòng)，采用海洋-陸架區(qū)-海岸三重嵌套網(wǎng)格，建立了適用于深圳香港水域天文潮-風(fēng)暴潮-臺(tái)風(fēng)浪耦合模型。海洋模型通過(guò)TPOX6.2模型提供外海天文潮邊界和在臺(tái)風(fēng)作用下由ECOM模型計(jì)算風(fēng)暴潮流運(yùn)動(dòng)，由SWAN模型計(jì)算臺(tái)風(fēng)浪，在深水區(qū)不考慮風(fēng)暴潮位和浪的相互影響;陸架和海岸模型描述兩潮運(yùn)動(dòng)從線性到非線性運(yùn)動(dòng)過(guò)程，SWAN模型計(jì)算臺(tái)風(fēng)浪，考慮風(fēng)暴潮位、潮流和波浪的相互影響。海洋模型在第二重陸架區(qū)域模型邊界上輸出潮位和波譜，作為嵌套計(jì)算的邊界條件;陸架模型在第三重海岸模型邊界上輸出潮位和波譜，作為嵌套的邊界條件。深港海域天文潮-風(fēng)暴潮-臺(tái)風(fēng)浪耦合模型計(jì)算區(qū)域如圖3所示。

圖2 產(chǎn)生1 m以上增水熱帶氣旋的路徑Fig.2 Track of tropical cyclones with storm surge more than 1 m

圖3 模擬區(qū)域網(wǎng)格結(jié)構(gòu)((a)為大洋大范圍，(b)為陸架中范圍，(c)為近岸小范圍)Fig.3 Geographic domains of study((a)ocean，(b)continental，(c)coastal)

第一重網(wǎng)格對(duì)應(yīng)耦合模型中的大洋范圍，計(jì)算域范圍為 108°E ～ 123°E、15°N ～ 26°N，空間步長(zhǎng)為0.05°，計(jì)算域包括臺(tái)灣島至菲律賓島之間的島鏈，將外邊界放在島鏈外。第二重嵌套模型是陸架范圍，計(jì)算域范圍為 112.75°E ～116.45°E、20.3°N ～22.8°N，網(wǎng)格空間步長(zhǎng)為1'，外邊界設(shè)置在陸架區(qū)，以保證風(fēng)暴潮、天文潮由線性到非線性過(guò)渡。第三重嵌套模型是近岸小范圍，包括主要深港水域，香港的離島區(qū)和大鵬灣、以及部分珠江口，計(jì)算域范圍113.7°E～114.6°E，21.9°E～22.8°E，網(wǎng)格空間步長(zhǎng)為9″，能夠描述細(xì)致的近岸地形。三重嵌套網(wǎng)格逐步加密，以保證模型可以描述不同區(qū)域的風(fēng)暴潮和臺(tái)風(fēng)浪的特征。

地形數(shù)據(jù)采用美國(guó)NOAA的ETOPO1提供的全球1'×1'水深數(shù)據(jù)，近岸地形采用海圖資料數(shù)據(jù)。文中所有的水深、潮位數(shù)據(jù)均以香港的平均海平面為基準(zhǔn)面。

文獻(xiàn)［8］以0814號(hào)臺(tái)風(fēng)“黑格比”為例，驗(yàn)證該耦合模型的可行性，并分析浪潮之間相互影響程度。計(jì)算結(jié)果顯示，考慮風(fēng)暴潮位，在淺水區(qū)，最大浪高增加了33.1%，臺(tái)風(fēng)引發(fā)的近岸波浪場(chǎng)產(chǎn)生的輻射應(yīng)力在近岸區(qū)域波浪增水接近0.20 m，說(shuō)明該區(qū)域考慮天文潮-風(fēng)暴潮-臺(tái)風(fēng)浪耦合模型是十分必要的。

3 設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的選擇

可能最大熱帶氣旋的設(shè)計(jì)是研究可能最大風(fēng)暴潮位和臺(tái)風(fēng)浪的基礎(chǔ)，而熱帶氣旋的設(shè)計(jì)包括其強(qiáng)度和路徑的設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)［3-4］從統(tǒng)計(jì)分析的角度研究設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的各種參數(shù)，研究浙江沿海可能登陸的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)對(duì)沿海風(fēng)暴潮位的影響。對(duì)于如何設(shè)計(jì)熱帶氣旋參數(shù)國(guó)內(nèi)外并無(wú)統(tǒng)一的做法。此外，臺(tái)風(fēng)可在天文潮過(guò)程中任一時(shí)段登陸，大、中、小潮不同潮汛，高、中、低不同潮時(shí)都有可能登陸。臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)遭遇天文潮的不同潮汛和潮時(shí)有一定的隨機(jī)性，當(dāng)臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)間與天文大潮的高潮位出現(xiàn)的時(shí)刻重合時(shí)，就可能產(chǎn)生最為嚴(yán)重的風(fēng)暴潮位和臺(tái)風(fēng)浪，其對(duì)環(huán)境的危害也最大。

影響風(fēng)暴潮位主要有三個(gè)因素:一是臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度，強(qiáng)度越大，產(chǎn)生的風(fēng)暴潮位越高;二是臺(tái)風(fēng)的路徑，臺(tái)風(fēng)的右半圈因?yàn)轱L(fēng)向與臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向相同，因此右半圈風(fēng)速大于左半圈，登陸時(shí)處在臺(tái)風(fēng)右半圈內(nèi)的水域潮位也高于左半圈;三是臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)，遭遇的天文潮的潮位，影響深港地區(qū)的熱帶氣旋主要集中在7～10月份，即夏秋季節(jié)，每年秋季也是潮差最大、潮位最高的天文大潮出現(xiàn)的時(shí)候，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)登陸遭遇天文大潮的概率和遭遇其它潮汛的概率是相同的。

因此，設(shè)計(jì)影響深港海域可能的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)原則:

1)選擇曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的影響該海域的強(qiáng)度最大的臺(tái)風(fēng);

2)選擇一條曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的最不利于的路徑;

3)其登陸時(shí)遭遇天文大潮的高潮位。

上述設(shè)計(jì)方案選擇的依據(jù)是考慮在以往40年中都曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的情況，今后再次出現(xiàn)的可能性依然存在，而且從圖2看出，在以往40年中所經(jīng)歷的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的路徑十分相似?？紤]上述三種情況組合的目的就是為了評(píng)估在設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，深港海域可能出現(xiàn)的最高風(fēng)暴潮位和最大浪高。

圖4 設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)路徑及每隔6小時(shí)的中心氣壓Fig.4 Track and central pressure at every 6 h of design super typhoon

在以往40年影響深港地區(qū)的臺(tái)風(fēng)中，臺(tái)風(fēng)“黑格比”登陸時(shí)的中心氣壓為950 hPa，為登陸時(shí)的最低氣壓;登陸前出現(xiàn)的最低氣壓是臺(tái)風(fēng)“荷貝”，最低中心氣壓僅為898 hPa，是以往40年在該海域經(jīng)歷過(guò)的強(qiáng)度最大的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，因此，選擇臺(tái)風(fēng)“荷貝”作為設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度;40年來(lái)最不利的路徑是臺(tái)風(fēng)“雪莉”，登陸時(shí)，深港水域位于臺(tái)風(fēng)的右半圈，因此，將“雪莉”路徑作為設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的路徑。設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度見(jiàn)圖4。

天文潮的選擇，則根據(jù)鰂魚(yú)涌站的潮位記錄。選2008年10月17日(農(nóng)歷九月十九)天文大潮期，設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)在17日高潮時(shí)附近登陸。設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)假定發(fā)生在10月14日15∶00至17日20∶00，設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)在17日13∶00登陸，與天文大潮高潮位重合。

4 結(jié)果討論

要評(píng)估設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，深港水域的可能最高風(fēng)暴潮位和最大的臺(tái)風(fēng)浪，采用第2節(jié)建立的天文潮-風(fēng)暴潮-臺(tái)風(fēng)浪三重網(wǎng)格嵌套耦合模型進(jìn)行計(jì)算，即可得到相應(yīng)的結(jié)果。

選擇四個(gè)不同的檢驗(yàn)點(diǎn)來(lái)分析設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)發(fā)生時(shí)，風(fēng)暴潮位和臺(tái)風(fēng)浪的變化過(guò)程。四個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)分別位于香港鰂魚(yú)涌驗(yàn)潮站a點(diǎn)、大鵬灣中部b點(diǎn)、珠江口內(nèi)c點(diǎn)、和外海d點(diǎn)(見(jiàn)圖1)，分別可表征香港維多利亞港、大鵬灣、珠江口和外海在設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)發(fā)生時(shí)風(fēng)暴潮位和臺(tái)風(fēng)浪的狀況，四點(diǎn)的水深分別為8.4 m、19 m、5 m 和30 m。

4.1 風(fēng)暴潮位

在設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，四個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)可能最大風(fēng)暴潮過(guò)程見(jiàn)圖5。

圖5 四個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)風(fēng)暴潮、天文潮及風(fēng)暴增水過(guò)程Fig.5 Storm，astronomic tide level and storm surge at 4 verified points

圖5(a)所示，鰂魚(yú)涌站風(fēng)暴潮位最高的時(shí)刻與天文大潮高潮位重合，在天文潮、風(fēng)暴潮和臺(tái)風(fēng)浪的共同作用下，鰂魚(yú)涌站是增水過(guò)程，該站出現(xiàn)的可能最高潮位為2.92 m，臺(tái)風(fēng)引發(fā)的最大增水為1.89 m。據(jù)表1，鰂魚(yú)涌站歷史最高潮位是2008年的2.15 m，是由臺(tái)風(fēng)“黑格比”引發(fā)的，設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下可能最高潮位超過(guò)歷史高潮位0.77 m;鰂魚(yú)涌站歷史最大風(fēng)暴增水為1979年1.45 m，是由臺(tái)風(fēng)“荷貝”引發(fā)的，可能最大增水超歷史最大風(fēng)暴增水0.44 m。

如圖5(b)所示，在設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，大鵬灣中部出現(xiàn)最大風(fēng)暴潮位與天文大潮的高潮位重合，該處引發(fā)的最高風(fēng)暴潮位為3.27 m，最大增水為2.27 m，大鵬灣也是增水過(guò)程。

珠江口內(nèi)(見(jiàn)圖5(c))的最大風(fēng)暴潮位較小，為1.73 m，比天文潮高1.19 m。該處風(fēng)暴潮位較小的原因是未能與天文潮的高潮位重合，在天文潮高潮位過(guò)后才登陸。風(fēng)暴高潮位和天文潮高潮位相位差為3 h。最大風(fēng)暴潮出現(xiàn)的時(shí)刻10月17日17∶00，此時(shí)臺(tái)風(fēng)中心移至珠江口內(nèi)，天文潮漲潮過(guò)程已經(jīng)結(jié)束，潮位開(kāi)始下降，進(jìn)入落潮期。該點(diǎn)位的增減水過(guò)程和其他站點(diǎn)也有很大的不同，在17日漲潮過(guò)程中，由于臺(tái)風(fēng)尚未登陸，吹離岸風(fēng)，表現(xiàn)為減水過(guò)程，最大減水為1.22 m，之后臺(tái)風(fēng)登陸，該點(diǎn)表現(xiàn)為增水過(guò)程，最大增水為1.45 m。

如圖5(d)所示，在設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，外海處的最高風(fēng)暴潮位為2.64 m，臺(tái)風(fēng)引起增水主要表現(xiàn)為增水過(guò)程，最大增水為1.64 m。

4.2 臺(tái)風(fēng)浪

四個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)在超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下臺(tái)風(fēng)浪的發(fā)生過(guò)程見(jiàn)圖6。

圖6 四個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)在超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下臺(tái)風(fēng)浪的變化過(guò)程Fig.6 Wave under design super typhoon at 4 verified points

在設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，鰂魚(yú)涌站引發(fā)的最大有效浪高為1.89 m，比“黑格比”登陸時(shí)高0.42 m;在大鵬灣內(nèi)最大有效浪高5.99 m，比“黑格比”登陸時(shí)高1.54 m;在珠江口最大有效浪高為2.00 m，比“黑格比”登陸時(shí)的低0.55 m;在外海最大有效浪高高達(dá)10.70 m，比“黑格比”登陸時(shí)的高3.36 m。

設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)引發(fā)的有效波高比臺(tái)風(fēng)“黑格比”普遍提高，主要是設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度大于“黑格比”，路徑也更加不利;另一方面，在設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，沿岸風(fēng)暴潮位普遍提高，水深加大，更有利于臺(tái)風(fēng)浪的形成。臺(tái)風(fēng)浪的浪高受水深影響較大，一般情況下，水深越大，波高值越大，鰂魚(yú)涌站最大波高值相對(duì)較小，主要因?yàn)轹f魚(yú)涌站位于維多利亞港內(nèi)，港外島嶼密布阻擋波浪向港內(nèi)傳播，同時(shí)港灣狹窄，也不利于波浪在港內(nèi)傳播。

4.3 深港水域的風(fēng)暴潮位、浪高分布

圖7是10月17日13時(shí)，即在鰂魚(yú)涌站、大鵬灣內(nèi)和外海最高風(fēng)暴潮位出現(xiàn)時(shí)刻，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)在近岸引發(fā)的風(fēng)暴潮位的分布。由圖看，在大鵬灣的北部和香港的吐露港內(nèi)，風(fēng)暴潮位最高，均在3.00 m以上;香港島附近水域、維多利亞港、九龍、新界和大嶼山的西部海域的風(fēng)暴潮位在2.50～3.00 m;大嶼山的東部海域、珠江口、深圳灣由于島嶼的阻擋和臺(tái)風(fēng)尚未登陸，風(fēng)暴潮位沒(méi)有達(dá)到最大值，此刻的風(fēng)暴潮位在1.00 m以下。

圖8是10月17日13時(shí)，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)在近岸引發(fā)的風(fēng)暴潮增水的分布。由圖看，在大鵬灣的北部和香港的吐露港內(nèi)，風(fēng)暴增水最大，均在2.00 m以上;香港島附近水域、維多利亞港、九龍、新界和大嶼山的西部海域的風(fēng)暴增水在1.50～2.00 m;大嶼山的東部海域、珠江口、深圳灣由于島嶼的阻擋和臺(tái)風(fēng)尚未登陸，此刻表現(xiàn)為減水，大約在1.00 m左右。

圖9所示為對(duì)應(yīng)時(shí)刻臺(tái)風(fēng)浪在近岸的分布。在大鵬灣的北部大部分水域浪高達(dá)到5.00 m，在沿岸浪高也達(dá)4.00 m;香港的吐露港內(nèi)的浪高在3m以上;維多利亞港內(nèi)的浪高約為2 m;在香港島東南部、九龍新界的東部海域沿岸地區(qū)，浪高達(dá)5 m以上;大嶼山西側(cè)和珠江口水域浪高2～3 m。與“黑格比”登陸時(shí)的浪高分布圖［8］比較，有效波高普遍提高 1.0 ～2.0 m。

圖7 鰂魚(yú)涌站出現(xiàn)最大潮位時(shí)刻的風(fēng)暴潮位分布Fig.7 Storm tide level distribution at the highest tide level at Quarry Bay

圖8 鰂魚(yú)涌站出現(xiàn)最大潮位時(shí)刻的風(fēng)暴增水分布Fig.8 Storm surge distribution at the highest tide level at Quarry Bay

圖9 鰂魚(yú)涌站出現(xiàn)最大潮位時(shí)刻的浪高分布Fig.9 Wave distribution at the highest tide level at Quarry Bay

4.4 可能引發(fā)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

在設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，大鵬灣北部和香港吐露港的可能最高風(fēng)暴潮位在3.00 m以上，而2001年深圳市核定的大鵬灣沿岸的防潮警戒水位為1.65 m［15］，比可能最高風(fēng)暴潮位低1.62 m(按b點(diǎn)計(jì)算)，這將導(dǎo)致沿岸大部分地區(qū)被淹沒(méi);香港島附近水域、維多利亞港風(fēng)暴潮位接近3.00 m，資料顯示［16］，維多利亞港潮位在1.62 m時(shí)，沿岸低洼地區(qū)便有可能受海水淹浸;維多利亞港200年一遇的潮位為2.42 m，比可能最高風(fēng)暴潮位低0.50 m(按a點(diǎn)計(jì)算)，九龍港島區(qū)的雨水管網(wǎng)最高標(biāo)準(zhǔn)按200年一遇的潮位來(lái)設(shè)計(jì)，這將意味著發(fā)生設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)，九龍港島區(qū)將會(huì)出現(xiàn)大面積海水倒灌;九龍、新界和大嶼山的西部海域的風(fēng)暴潮位在2.50 m以上，沿岸都可能發(fā)生海水淹侵。

在大鵬灣的北部大部分水域浪高達(dá)到5.0 m，沿岸浪高達(dá)4.0 m，灣內(nèi)海灘、沿岸的工程和設(shè)施可能會(huì)遭受大浪的破壞，海灘上的海沙面臨著大量流失的可能;維多利亞港內(nèi)在超高風(fēng)暴潮位的基礎(chǔ)上浪高約為2.0 m，碼頭、道路、堤防等沿岸設(shè)施和工程都極易遭受破壞;香港島東南部、九龍新界的東部海域沿岸地區(qū)在特高風(fēng)暴潮位基礎(chǔ)上，浪高達(dá)5 m以上，而且是正面襲擊，對(duì)沿岸的工程和設(shè)施將會(huì)帶來(lái)很大的破壞。因此，如果發(fā)生設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、或接近設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)，應(yīng)該密切監(jiān)測(cè)，科學(xué)評(píng)估，及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息，并作出相應(yīng)安排部署，將生命財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境生態(tài)破壞降低到最低程度。

5 結(jié)語(yǔ)

1)基于對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，選擇歷史上強(qiáng)度最強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)“荷貝”作為設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度，最不利路徑的臺(tái)風(fēng)“雪莉”作為設(shè)計(jì)路徑，并選擇登陸時(shí)遭遇天文大潮的高潮位，作為深圳香港海域在設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)下引發(fā)的可能最高風(fēng)暴潮位和浪高的條件。

2)在設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，通過(guò)天文潮-風(fēng)暴潮-臺(tái)風(fēng)浪耦合模型計(jì)算，大鵬灣的北部和香港的吐露港內(nèi)，可能最高風(fēng)暴潮位在3.00 m以上，浪高達(dá)到4.0～5.0 m;香港島附近水域、維多利亞港、九龍、新界和大嶼山的西部海域的風(fēng)暴潮位在2.50 ～3.00 m，浪高3.0 ～5.0 m。

3)在設(shè)計(jì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，大鵬灣風(fēng)暴潮位將高出防潮警戒水位1.62 m，香港島附近水域、維多利亞港風(fēng)暴潮位高出200年一遇的潮位0.50 m，沿岸大部分地區(qū)可能發(fā)生海水倒灌，陸地水侵淹沒(méi);3.0～5.0 m的大浪對(duì)沿岸的工程和設(shè)施、生態(tài)環(huán)境可能會(huì)帶來(lái)很大的破壞。

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Possible maximum storm water level and wave height in Shenzhen and Hong Kong Waters

MAO Xian-zhong，JIANG Qian
(Research Center for Environmental Engineering and Management，Graduate School at Shenzhen，Tsinghua University，Shenzhen 518055，China)

The design super-typhoon is chosen considering the most intensity“Hope”and the worst track“Shirly”from the historical data in Shenzhen and Hong Kong Waters.The possible highest storm tide level and wave height are evaluated by the coupling model of the tide-storm-wave in three levels of nested geographic domains，ocean，continental and coastal，when the design super-typhoon is landing during the highest astronomic tide level.The computational results show that the possible highest storm tide level is more than 3.00 m in the north Mirs Bay and Tolo Harbor，and wave height is about 4.0-5.0 m;the maximum storm tide level is 2.92 m in the Victoria Harbor，and more than 2.50 m in the east and south in Shenzhen and Hong Kong Waters.The possible maximum storm water level is 1.62 m higher than the warning tide level in the Mirs Bay，and 0.50 m higher than 1 in 200 year tide level in Victoria Harbor.

coupled model;design super typhoon;storm water level;Shenzhen and Hong Kong Waters

P731.3

A

1005-9865(2012)02-0129-07

2011-06-13

深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2007-330)

毛獻(xiàn)忠(1968－)，男，浙江人，博士，主要從事海洋動(dòng)力災(zāi)害計(jì)算模擬。E-mail:maoxz@sz.tsinghua.edu.cn

志謝:感謝香港天文臺(tái)為本研究提供潮位和氣象資料。