基于情景的浙江省玉環(huán)縣臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮模擬與潛在危險(xiǎn)性評(píng)估

陳 潔， 宋城城，2， 李夢(mèng)雅，2， 王 軍，2

（1.華東師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，上海 200241；2.華東師范大學(xué)地理信息科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241）

基于情景的浙江省玉環(huán)縣臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮模擬與潛在危險(xiǎn)性評(píng)估

陳 潔1， 宋城城1，2， 李夢(mèng)雅1，2， 王 軍1，2

（1.華東師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，上海 200241；2.華東師范大學(xué)地理信息科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241）

玉環(huán)縣是浙江沿海臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害頻發(fā)、受影響嚴(yán)重的區(qū)域之一.本文以1949年以來登陸浙江省氣壓最低的臺(tái)風(fēng)TC0608（桑美）路徑為模板，依據(jù)玉環(huán)縣海岸線特征設(shè)計(jì)了7條平移路徑.在此基礎(chǔ)上，疊加考慮了4種海平面上升情景，利用MIKE21 FM模型開展了風(fēng)暴潮模擬與潛在危險(xiǎn)性評(píng)估研究.結(jié)果表明：現(xiàn)狀條件下玉環(huán)縣臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮漫堤淹沒危險(xiǎn)性較低，但隨著海平面不斷上升，其潛在危險(xiǎn)性逐漸增大，從玉環(huán)縣域北側(cè)登陸的3場(chǎng)臺(tái)風(fēng)對(duì)海平面上升的響應(yīng)尤其敏感；在同一海平面上升情景下，由玉環(huán)縣域南側(cè)登陸的臺(tái)風(fēng)造成的漫堤淹沒現(xiàn)象明顯嚴(yán)重于在縣域北側(cè)登陸的臺(tái)風(fēng)；至2100年，臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮造成的潛在最大淹沒深度為5.44 m，淹沒面積達(dá)160.75 km2，占玉環(huán)縣域總面積的35.93%；玉環(huán)縣潛在高淹沒危險(xiǎn)區(qū)主要位于縣域東南及西側(cè)地勢(shì)低平地區(qū).研究成果可為玉環(huán)縣防潮抗災(zāi)部署提供科學(xué)依據(jù).

情景模擬；臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮；MIKE21 FM；危險(xiǎn)性評(píng)估；玉環(huán)縣

0 引 言

風(fēng)暴潮是指由于劇烈的大氣擾動(dòng)，如強(qiáng)風(fēng)和氣壓驟變導(dǎo)致海水異常升降的現(xiàn)象［1］.21世紀(jì)以來，我國沿海地區(qū)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害危險(xiǎn)性增加明顯，如TC0414（云娜）、TC0608（桑美）和TC1323（菲特）造成的最大增水分別為350 cm、401 cm和375 cm［2-4］.Emanuel等利用CMIP5氣候模型在RCP8.5排放情景下降尺度模擬臺(tái)風(fēng)活動(dòng)特征，此研究表明西北太平洋地區(qū)臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻率和強(qiáng)度將明顯增加［5］.我國東部沿海地處西北太平洋風(fēng)暴盆地邊緣，人口、財(cái)富和資源等高度集聚，在全球氣候變化和快速城市化背景下，極端臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致的風(fēng)暴潮災(zāi)害應(yīng)引起高度關(guān)注.

玉環(huán)縣位于浙江省東南沿海、中國黃金海岸線中段，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，港口岸線資源豐富.在國務(wù)院批復(fù)的《浙江海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展示范區(qū)規(guī)劃》［6］和國家發(fā)展和改革委員會(huì)批復(fù)的《浙江海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展試點(diǎn)工作方案》［7］的政策機(jī)遇下，玉環(huán)縣成為浙江省首個(gè)海島統(tǒng)籌發(fā)展試驗(yàn)區(qū).然而，玉環(huán)縣也是浙江臺(tái)風(fēng)災(zāi)害頻發(fā)、受影響最嚴(yán)重的區(qū)域之一.據(jù)統(tǒng)計(jì)，2002年以來對(duì)玉環(huán)縣造成較大影響的臺(tái)風(fēng)有13場(chǎng)，如TC0414在浙江省溫嶺市石塘鎮(zhèn)登陸后橫穿玉環(huán)縣，登陸時(shí)中心氣壓950 hPa，過程最大風(fēng)速58.7 m／s，海門驗(yàn)潮站最大增水達(dá)350 cm，超過當(dāng)?shù)鼐渌?53 cm［8］.該次臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮造成玉環(huán)縣人員傷亡31人，農(nóng)作物受災(zāi)4 200 hm2，水產(chǎn)養(yǎng)殖損失為1 900 hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)14.5億元.頻發(fā)的風(fēng)暴潮災(zāi)害制約了該區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此亟需開展風(fēng)暴潮危險(xiǎn)性研究.

在全球變化背景下，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)與極端海平面上升的疊加是造成沿海地區(qū)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)居高的重要因素.為此，部分學(xué)者對(duì)氣候變化情景下的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮開展了情景模擬和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究.如Shepard等在海平面上升情景下開展了美國紐約長(zhǎng)島風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，結(jié)果顯示海平面上升將使受災(zāi)人口和財(cái)產(chǎn)損失分別增加47%和73%［9］；殷杰等結(jié)合最大天文潮位與海平面上升預(yù)測(cè)值研究黃浦江區(qū)域極端風(fēng)暴洪水位，得到2030年與2050年極端風(fēng)暴洪水位將分別達(dá)到7.17 m和7.39 m［10］.近年來，我們已初步建立基于情景的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究方法［11-14］，這套方法可獲得較高精度的研究結(jié)果，可為風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù).2012年“玉環(huán)縣海洋災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃”被列入《浙江省海洋災(zāi)害防御“十二五”規(guī)劃》［15］，玉環(huán)縣成為海洋災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃的試點(diǎn)之一.本研究選擇該區(qū)域，以1949年以來登陸浙江省氣壓最低的TC0608路徑為模板，依據(jù)玉環(huán)縣海岸線特征設(shè)計(jì)了7條平移路徑，構(gòu)建了4種不同海平面上升背景下的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮情景，并利用MIKE21 FM模型開展了漫堤淹沒模擬和潛在危險(xiǎn)性評(píng)估，為玉環(huán)縣防潮抗災(zāi)部署提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)概況

玉環(huán)縣位于浙江省東南沿海黃金海岸線中段，東瀕東海，西嵌樂清灣，北接溫嶺市，南臨洞頭洋，與溫州市洞頭縣隔海相望，地理坐標(biāo)在28°01′32″-28°19′24″N，121°05′38″-121° 32′29″E之間（見圖1）.玉環(huán)縣陸域面積為360.56 km2，全境由玉環(huán)，雞山、披山和大鹿等55個(gè)島嶼和楚門半島組成，玉環(huán)島為主島.地形以低山丘陵為主（約占47%），山間小盆地和沿海小平原約占45%，其余為水域.玉環(huán)縣海涂面積112.85 km2，岸線曲折，港灣眾多，主要有樂清灣、坎門灣和漩門灣；附近海域?yàn)榘肴罩芷诔绷?，以往?fù)流為主，漲落潮流方向受海島制約，基本與岸線平行.至2013年末，玉環(huán)縣設(shè)有3街道6鎮(zhèn)2鄉(xiāng)，全縣總?cè)丝?2.81萬人［16］.

圖1 玉環(huán)縣地理位置Fig.1 Geographical location of Yuhuan County

目前，玉環(huán)縣一線海塘37條，二線海塘6條，在建4條，多為土石混合堤，總長(zhǎng)66.12 km，平均高程6.16 m.已建成的一線、二線海塘的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)除玉環(huán)電廠圍堤200年一遇外其余均為10～50年一遇.此外，玉環(huán)縣域內(nèi)以河道作為唯一排澇通道，排澇能力很難滿足極端風(fēng)暴洪水泄洪需要［17］.

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

MIKE 21 FM（Flow model）采用垂向平均二維淺水方程，以ADI法（Alternating Direction Implicit）對(duì)控制方程進(jìn)行時(shí)間上的積分，并運(yùn)用DS追趕法（Double Sweep）對(duì)矩陣方程進(jìn)行求解［18］.本研究的模型計(jì)算范圍為27.8-28.4°N，120.8-121.8°E，模型區(qū)域內(nèi)的海域地形數(shù)據(jù)來自海洋科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心（http：／／mds.coi.gov.cn／）.玉環(huán)縣陸域地形數(shù)據(jù)和沿海海塘高程數(shù)據(jù)由浙江省專業(yè)測(cè)繪部門提供.數(shù)據(jù)統(tǒng)一為WGS84坐標(biāo)系和北京1954坐標(biāo)系，以1985國家高程基準(zhǔn)為基準(zhǔn)面.臺(tái)風(fēng)相關(guān)參數(shù)來自于中國臺(tái)風(fēng)網(wǎng)CMA-STI西北太平洋熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集［19］.模型采用Mesh Generator生成非結(jié)構(gòu)化三角網(wǎng)格，并對(duì)海堤及附近區(qū)域進(jìn)行加密處理，整個(gè)研究區(qū)域共由23 962個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，地形測(cè)點(diǎn)數(shù)為171 841個(gè).

模型外海開邊界上潮位的時(shí)間序列值通過全球潮汐預(yù)測(cè)模型DTU 10求得［20］，分辨率為0.25°×0.25°.初始邊界上各點(diǎn)潮位流速u0＝0，v0＝0.模型統(tǒng)一采用格林尼治時(shí)間.研究中采用歷史上影響浙江省最嚴(yán)重、風(fēng)暴增水最顯著的TC0608風(fēng)暴潮過程對(duì)模型精度進(jìn)行驗(yàn)證，基于實(shí)測(cè)資料將驗(yàn)證時(shí)間定為2006年8月8日10時(shí)至11日5時(shí)，驗(yàn)潮站選取位于玉環(huán)縣近岸海域的坎門站和龍灣站（見圖1）.將推算求得的天文潮與對(duì)應(yīng)時(shí)刻的增水計(jì)算值進(jìn)行疊加，對(duì)比模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)潮位值可以看出，最高潮位、最低潮位與實(shí)測(cè)潮位基本一致，模擬結(jié)果十分良好（見圖2），這表明該數(shù)值模型滿足臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮情景模擬與潛在危險(xiǎn)性評(píng)估研究的需要.

圖2 0608臺(tái)風(fēng)期間潮位驗(yàn)證圖Fig.2 Comparison of level between measured and simulated during TC0608

3 情景要素分析與情景構(gòu)建

3.1 海平面上升

IPCC第五次評(píng)估報(bào)告（AR5）指出，1901-2010年期間全球平均海平面上升0.19 m，且上升速度不斷加快［21］.中國海平面對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)尤其敏感，《2014年中國海平面公報(bào)》顯示［22］：1980-2014年期間中國沿海海平面變化總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，平均上升速率為3.0 mm／a，高于全球同期平均水平.海平面上升最高月份基本對(duì)應(yīng)于臺(tái)風(fēng)高發(fā)月份，因此海平面上升將引起風(fēng)暴潮水位抬升，加劇地區(qū)的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害.IPCC AR5預(yù)估了溫室氣體不同排放情景下未來海平面上升的可能變化，其中在RCP 8.5情景下，相對(duì)于1986-2005年，至2100年全球平均海平面上升最大值將達(dá)0.97 m［21］.本文基于該預(yù)估結(jié)果計(jì)算海平面年平均上升率，可得2030年與2050年全球平均海平面上升值分別為0.22 m和0.43 m.

3.2 臺(tái)風(fēng)路徑與參數(shù)設(shè)定

對(duì)于玉環(huán)縣可能最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的參數(shù)設(shè)置，采用TC0608路徑為模板進(jìn)行平移得到臺(tái)風(fēng)空間參數(shù)即臺(tái)風(fēng)路徑［23］，臺(tái)風(fēng)時(shí)間參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)均采用TC0608的原始數(shù)據(jù).該臺(tái)風(fēng)是1949年以來登陸浙江氣壓最低的臺(tái)風(fēng)，其過程最低氣壓915 hPa，登陸時(shí)氣壓為920 hPa，中心附近最大風(fēng)力60 m／s，達(dá)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別.登陸前移動(dòng)路徑大致為垂直于岸線的直線行進(jìn)方向，且登陸時(shí)恰逢天文大潮，風(fēng)暴潮增水十分明顯，共造成沿海6個(gè)驗(yàn)潮站增水超過100 cm，其中最大增水發(fā)生在浙江鰲江站，達(dá)401 cm［3］.但由于臺(tái)風(fēng)登陸點(diǎn)位于玉環(huán)縣以南，距離較遠(yuǎn)，對(duì)玉環(huán)造成的影響較小，因此本研究將臺(tái)風(fēng)路徑的登陸參考點(diǎn)平移至對(duì)玉環(huán)可能造成影響較大的區(qū)域.由于玉環(huán)縣海岸線曲折漫長(zhǎng)，港灣眾多，且多為半封閉狀態(tài)，深入陸域，風(fēng)暴增水受港灣地形效應(yīng)影響較為明顯.依據(jù)該海岸線特征，以登陸點(diǎn)為基準(zhǔn)將臺(tái)風(fēng)路徑北抬平移至玉環(huán)縣中間位置（漩門三期圍堤中點(diǎn)處），以8 km為距，分別向南北兩側(cè)平移，構(gòu)建出7條假想最優(yōu)路徑（見圖3），其中路徑2、路徑3和路徑5分別經(jīng)過坎門灣、漩門灣與吊船灣（見圖3b）.此外，本文模型中使用的最大風(fēng)速半徑參數(shù)可通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算求得，該經(jīng)驗(yàn)公式由浙江水利河口研究院依據(jù)15年間28-31°N范圍內(nèi)西北太平洋上的臺(tái)風(fēng)中心氣壓最低時(shí)的最大風(fēng)速半徑和臺(tái)風(fēng)中心移速所構(gòu)造［24］：

其中，P0為臺(tái)風(fēng)中心氣壓（hPa），Rk為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，推薦值為40.

圖3 TC0608原始路徑及7條平移設(shè)計(jì)路徑Fig.3 The original path and seven translational designed paths of TC0608

3.3 情景構(gòu)建

在設(shè)計(jì)7條平移路徑的基礎(chǔ)上，以2010年為基準(zhǔn)年，2030年（近期）、2050年（中長(zhǎng)期）、2100年（長(zhǎng)期）為未來目標(biāo)年份，疊加海平面上升值，經(jīng)組合后生成28組情景.利用MIKE 21二維水動(dòng)力模型對(duì)每組災(zāi)害情景進(jìn)行模擬，得到各情景下的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮增水和陸域地區(qū)淹沒情況，進(jìn)而開展?jié)撛谖ｋU(xiǎn)性評(píng)估.依據(jù)《風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃技術(shù)導(dǎo)則》①風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃技術(shù)導(dǎo)則（試行）.國家海洋局，2012.將模擬結(jié)果的漫堤淹沒深度劃分為5個(gè)等級(jí)：0 m、0～0.5 m、0.5～1.2 m、1.2～3 m、＞3 m.

4 結(jié)果分析

4.1 初始情景分析

在初始時(shí)間情景下，玉環(huán)縣發(fā)生以TC0608路徑為模板進(jìn)行平移、登陸時(shí)中心氣壓達(dá)920 h Pa的7場(chǎng)臺(tái)風(fēng)時(shí)，僅大麥嶼街道玉環(huán)電廠、沙門鎮(zhèn)西南角、海山鄉(xiāng)和漩門灣海涂附近出現(xiàn)小范圍的漫堤淹沒現(xiàn)象，其余區(qū)域基本不受影響（圖略）.統(tǒng)計(jì)該情景下各路徑漫堤淹沒面積可知（見表1），由縣域南側(cè)登陸的3場(chǎng)臺(tái)風(fēng)以及從縣域中間登陸的路徑4臺(tái)風(fēng)造成的淹沒面積較大，分別為34.20、36.71、33.24和34.24 km2，由縣域北部登陸3場(chǎng)臺(tái)風(fēng)造成的淹沒面積均小于30 km2，這表明從南側(cè)登陸的臺(tái)風(fēng)造成的淹沒結(jié)果嚴(yán)重于北側(cè)登陸的臺(tái)風(fēng).對(duì)比各淹沒深度所占面積可得，初始情景下臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮漫堤淹沒深度以0～0.5 m為主（見圖4a），僅大麥嶼街道長(zhǎng)山咀村淹沒深度達(dá)到1.2 m，這主要是由于該村外圍的草皮塘堤防級(jí)別過低，堤頂高程為5.32 m，防潮標(biāo)準(zhǔn)僅為20年一遇，無法抵御臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮正面襲擊帶來的風(fēng)暴增水.總體而言，現(xiàn)狀條件下玉環(huán)縣臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮危險(xiǎn)性較低.

表1 各情景下淹沒面積結(jié)果表Tab.1 Inundated areas of each scenario km2

圖4 海平面上升情景下各路徑淹沒面積圖Fig.4 Inundated areas at each route under SLR scenarios

4.2 潛在危險(xiǎn)性分析

在2030年時(shí)間情景下，玉環(huán)縣域西部海山鄉(xiāng)與蘆浦鎮(zhèn)交界處開始出現(xiàn)較大面積漫堤淹沒現(xiàn)象，漩門灣海涂的淹沒面積有所擴(kuò)大（見圖5）.此時(shí)7場(chǎng)臺(tái)風(fēng)造成的淹沒面積分別為57.89、61.30、61.91、58.07、52.96、51.12和47.59 km2，較初始情景平均增加了84.94%，這表明7場(chǎng)臺(tái)風(fēng)對(duì)海平面上升這一情景要素響應(yīng)都很明顯.淹沒深度方面，面積增長(zhǎng)主要集中在0～1.2 m范圍內(nèi)，其中路徑2臺(tái)風(fēng)在0.5～1.2 m范圍內(nèi)的面積增長(zhǎng)最為明顯，達(dá)到2.61 km2（見圖4b），此時(shí)沙門鎮(zhèn)步門壩與大麥嶼街道玉環(huán)電廠附近也開始出現(xiàn)淹沒深度大于0.5 m的漫堤淹沒現(xiàn)象.步門壩壩頂高程6.6 m，擋浪墻高程7.9 m，防潮標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，由于堤防等級(jí)較低，在海平面上升情景下堤防能力明顯不足，因此附近區(qū)域出現(xiàn)較嚴(yán)重的漫堤淹沒現(xiàn)象；而玉環(huán)電廠則由于地處縣域南部沿海地區(qū)，與路徑2臺(tái)風(fēng)登陸點(diǎn)距離十分接近，因此受臺(tái)風(fēng)影響較大.

圖5 2030年海平面上升情景下風(fēng)暴潮漫堤淹沒區(qū)域分布圖Fig.5 The regional distribution map of inundated areas under simulation of SLR scenario in 2030

圖6 2050年海平面上升情景下風(fēng)暴潮漫堤淹沒區(qū)域分布圖Fig.6 The regional distribution map of inundated areas under simulation of SLR scenario in 2050

至2050年，海平面上升可達(dá)0.43 m，7場(chǎng)臺(tái)風(fēng)所造成的漫灘現(xiàn)象進(jìn)一步加重，大麥嶼街道、玉城街道、海山鄉(xiāng)、雞山鄉(xiāng)、干江鎮(zhèn)和蘆浦鎮(zhèn)開始出現(xiàn)不同程度的漫灘淹沒現(xiàn)象（見圖6）.其中，從坎門灣登陸路徑2臺(tái)風(fēng)和從漩門灣登陸的路徑3臺(tái)風(fēng)造成的漫堤淹沒現(xiàn)象最為嚴(yán)重（見圖4c），淹沒面積分別為93.71 km2與93.35 km2，其余5場(chǎng)臺(tái)風(fēng)的淹沒面積為88.04、87.64、78.14、74.98和72.01 km2.在此時(shí)間情景下，路徑6臺(tái)風(fēng)與路徑7臺(tái)風(fēng)漫堤淹沒現(xiàn)象的增加效應(yīng)最明顯，較初始情景分別增加189.39%和226.58%.此時(shí)，各淹沒深度所占的面積有不同程度地增多，在0.5～1.2 m淹沒范圍內(nèi)增加效應(yīng)明顯高于2030年時(shí)間情景，路徑2臺(tái)風(fēng)和路徑3臺(tái)風(fēng)造成的淹沒面積分別從2030年的5.24 km2和5.83 km2增加到10.22 km2和10.94 km2，海山鄉(xiāng)南灘村、沙門鎮(zhèn)靈門村和安人村、以及大麥嶼街道鐵龍頭村淹沒深度均達(dá)到這一范圍.大麥嶼街道的長(zhǎng)山咀村與玉環(huán)電廠成為潛在高淹沒危險(xiǎn)區(qū)域，漫灘淹沒深度超過1.2 m.

在2100年極端海平面上升情景下，7場(chǎng)臺(tái)風(fēng)造成的漫堤現(xiàn)象明顯加重，漩門灣海涂完全被淹沒，在2050年時(shí)間情景的淹沒范圍基礎(chǔ)上，清港鎮(zhèn)、楚門鎮(zhèn)與龍溪鎮(zhèn)也開始出現(xiàn)漫灘淹沒現(xiàn)象（見圖7）.此時(shí)，7場(chǎng)臺(tái)風(fēng)造成的淹沒面積分別為147.72、155.16、151.98、149.25、147.46、139.54和106.80 km2，其中從坎門灣登陸的路徑2臺(tái)風(fēng)造成的漫堤淹沒面積最大（見圖4d），達(dá)到玉環(huán)縣域總面積的34.67%，最大淹沒深度為5.44 m.在此情景下，臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮造成的高淹沒危險(xiǎn)區(qū)急劇增加，分別達(dá)到9.33、9.79、9.60、8.92、6.96、6.82和3.92 km2，其中從縣域南側(cè)登陸的3場(chǎng)臺(tái)風(fēng)的面積增長(zhǎng)較顯著，均達(dá)到初始情景的9倍以上.在總淹沒面積增加方面，從縣域北側(cè)登陸的路徑5臺(tái)風(fēng)和路徑6臺(tái)風(fēng)仍高于從縣域南側(cè)登陸的3場(chǎng)臺(tái)風(fēng)，分別從2050年的78.14 km2和74.98 km2上升至147.46 km2和139.54 km2，增加幅度分別為88.72%和86.10%.此時(shí)，縣域內(nèi)多個(gè)地區(qū)風(fēng)暴增水超過1.2 m，除大麥嶼街道易淹沒區(qū)外，沙門鎮(zhèn)靈門村與安人村、漩門二期堵壩南側(cè)、蘆浦鎮(zhèn)漩門村、海山鄉(xiāng)南灘村以及干江鎮(zhèn)下礁門村都成為潛在高淹沒危險(xiǎn)區(qū).

圖7 2100年海平面上升情景下風(fēng)暴潮漫堤淹沒區(qū)域分布圖Fig.7 The regional distribution map of inundated areas under simulation of SLR scenario in 2100

5 最大潛在危險(xiǎn)性評(píng)估

為了解玉環(huán)縣臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮可能最大潛在危險(xiǎn)性，利用ArcGIS空間分析模塊中Cell Statistics工具，分別將4種時(shí)間情景下7場(chǎng)臺(tái)風(fēng)造成的淹沒深度與淹沒范圍進(jìn)行綜合，得到各個(gè)時(shí)間情景下的最大淹沒范圍.利用《風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》①的區(qū)劃方法，根據(jù)危險(xiǎn)性等級(jí)與淹沒水深關(guān)系（見表2），確定淹沒區(qū)域的危險(xiǎn)性等級(jí).運(yùn)用空間分析功能模塊中Reclassify工具，對(duì)淹沒深度進(jìn)行重分類，劃分臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮危險(xiǎn)性等級(jí)，得到不同時(shí)間情景下玉環(huán)縣臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮漫堤淹沒最大潛在危險(xiǎn)性區(qū)劃（見圖8）.

表2 臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮危險(xiǎn)性分級(jí)表Tab.2 Classification of typhoon storm surge hazard

圖8 不同海平面上升情景下臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮最大潛在危險(xiǎn)性區(qū)劃Fig.8 Potential risk zonation of typhoon storm surge disaster in different SLR scenarios

由圖8可知，7場(chǎng)臺(tái)風(fēng)綜合所造成的漫堤淹沒面積對(duì)海平面上升的響應(yīng)較為明顯.在初始情景下，僅漩門灣、大麥嶼街道與沙門鎮(zhèn)部分區(qū)域發(fā)生漫堤淹沒現(xiàn)象.但隨著時(shí)間的推移，海平面不斷上升，臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮造成的漫灘現(xiàn)象持續(xù)加重，至2100年，漩門灣海涂完全被淹沒，最大淹沒面積達(dá)到160.75 km2，占玉環(huán)縣域總面積的35.93%，漫堤淹沒現(xiàn)象十分嚴(yán)重.對(duì)比不同時(shí)間情景下各淹沒深度所占面積可知（見圖9），隨著海平面上升，各淹沒深度所占面積都有不同程度地增加.在2030與2050年時(shí)間情景下，由于海平面上升值較小，淹沒水深在0～0.5 m范圍內(nèi)增加效應(yīng)最明顯；之后隨著海平面進(jìn)一步上升，高淹沒深度所占的面積不斷增加，至2100年底，淹沒深度在0.5～3.0 m范圍內(nèi)的淹沒面積達(dá)到淹沒總面積的29.33%.此時(shí)，玉環(huán)縣內(nèi)大麥嶼街道西、北部沿海地區(qū)，沙門鎮(zhèn)中北部，海山鄉(xiāng)與蘆浦鎮(zhèn)交界地區(qū)成為潛在高淹沒危險(xiǎn)區(qū).

圖9 不同情景下各淹沒深度所占面積對(duì)比Fig.9 Comparision of inundated areas at each depths level under different scenarios

基于以上最大潛在危險(xiǎn)性評(píng)估可知，海平面上升是影響玉環(huán)縣未來臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮潛在危險(xiǎn)性的重要因素，因此，玉環(huán)縣在防范風(fēng)暴潮災(zāi)害時(shí)應(yīng)從提高海塘防御能力和加強(qiáng)城市排澇系統(tǒng)建設(shè)兩方面開展工作.首先，現(xiàn)狀條件下玉環(huán)縣各海塘防御能力普遍偏低，防御標(biāo)準(zhǔn)有待提高.如大麥嶼街道草皮塘壩頂高程僅5.32 m，干江鎮(zhèn)長(zhǎng)堤壩頂高程5.5～6.3 m，步門壩壩頂高程6.6 m，防潮標(biāo)準(zhǔn)均在50年一遇以下，無法滿足海平面上升背景下極端風(fēng)暴增水的防御.其次，玉環(huán)縣內(nèi)缺乏完善的排澇系統(tǒng)，目前僅利用天然河道作為行洪排澇的唯一通道，當(dāng)風(fēng)暴增水超過沿岸海堤防御標(biāo)準(zhǔn)的極端高潮位時(shí)，現(xiàn)有通道的排澇能力遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)，將嚴(yán)重制約洪水的宣泄.因此，要及時(shí)完善城市排澇系統(tǒng)，如通過河道拓寬、新建阻水橋涵、閘壩等建筑物以及堤防整治等措施，提高防洪排澇能力［17］.

6 結(jié)果與討論

本文基于IPCC AR5在RCP 8.5情景下對(duì)海平面上升的預(yù)估值，選用TC0608的路徑構(gòu)建出7組假想最優(yōu)臺(tái)風(fēng)路徑，應(yīng)用MIKE21 FM模型對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮漫堤淹沒進(jìn)行模擬與評(píng)估，得到以下主要結(jié)論.

（1）現(xiàn)狀條件下，基于現(xiàn)有的海塘防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，玉環(huán)縣發(fā)生臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮漫堤淹沒現(xiàn)象的概率極低；然而隨著全球海平面的持續(xù)上升，漫堤淹沒面積和最大淹沒水深不斷增加，其潛在危險(xiǎn)性呈不斷加劇態(tài)勢(shì)，從玉環(huán)縣域北側(cè)登陸的3場(chǎng)臺(tái)風(fēng)對(duì)海平面上升的響應(yīng)尤其敏感.

（2）在相同海平面上升情景下，不同臺(tái)風(fēng)路徑引起的風(fēng)暴潮漫堤現(xiàn)象存在差異性.由玉環(huán)縣域南側(cè)登陸的臺(tái)風(fēng)造成的淹沒面積明顯高于北側(cè)登陸的臺(tái)風(fēng).其中，造成漫堤現(xiàn)象最嚴(yán)重的是從坎門灣登陸的路徑2臺(tái)風(fēng)，而影響最小的是從縣域北端登陸的路徑7臺(tái)風(fēng).

（3）各時(shí)間情景下臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮造成的潛在最大淹沒深度為5.44 m，淹沒面積達(dá)160.75 km2，占玉環(huán)縣域總面積的35.93%；玉環(huán)縣潛在高淹沒危險(xiǎn)區(qū)主要位于縣域東南及西側(cè)地勢(shì)低平地區(qū).上述區(qū)域應(yīng)重視海塘防御標(biāo)準(zhǔn)的提高和城市排澇系統(tǒng)的建設(shè).

需要指出的是，可能最大臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮漫堤淹沒現(xiàn)象的產(chǎn)生不僅受臺(tái)風(fēng)路徑與海平面上升的影響，在全球氣候變化背景下，臺(tái)風(fēng)呈現(xiàn)出強(qiáng)度不斷增加、路徑不斷極移的趨勢(shì)［25］，此外，本研究尚未考慮在極端條件下潰堤對(duì)淹沒結(jié)果產(chǎn)生的影響，因此，需要在后續(xù)研究中進(jìn)行完善和深化.

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(責(zé)任編輯：李萬會(huì))

Potential hazard assessment of typhoon storm surge based on scenario simulation methodology in Yuhuan County，Zhejiang Province

CHEN Jie1， SONG Cheng-cheng1，2， LI Meng-ya1，2， WANG Jun1，2
（1.School of Geographic Sciences，East China Normal University，Shanghai 200241，China；2.Key Laboratory of Geographic Information Science，Ministry of Education，East China Normal University，Shanghai 200241，China）

Typhoon storm surges are responsible for most of the damage caused by oceanic disasters in Yuhuan，Zhejiang Province.Considering the coastline features of Yuhuan County，7 translation paths were designed based on the path of TC0608（Saomai），which formed the lowest central pressure at the moment of landfall in Zhejiang since 1949.In consideration of the 7 translation typhoon paths and sea level rise，storm surges in 28 compound scenarios were simulated byusing MIKE21 FM for potential impacts analysis.The results showed that the possibility of overtopping inundation due to typhoon storm surges was quite low under the present condition.However，the impacts obviously became more serious as sea level rising，and the three typhoons landing in the north of Yuhuan were especially sensitive in terms of responding to the sea level rose.In scenarios with the same sea level rise value，typhoons landing in the south of Yuhuan caused more serious inundation than those landing in the north part.In 2100，the largest water depth would reach 5.44 m and the inundation area would be 160.75 km2，accounting for about 35.93%of the total area of Yuhuan.The potential high-risk inundation areas are mainly distributed in the southeastern and western part of Yuhuan，with a relatively low elevation.The results could offer reference for making adaptation strategies and engineering countermeasures for future extreme storm surges disasters in Yuhuan County.

scenario simulation；typhoon storm surge；MIKE21 FM；hazard assessment；Yuhuan County

X43

A

10.3969／j.issn.1000-5641.2016.03.014

1000-5641（2016）03-0125-11

2015-03

國家自然科學(xué)基金（71373084，J1310028）；上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目（13ZZ035）

陳 潔，女，本科生.E-mail：18018564008@163.com.

王 軍，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事城市自然地理和沿海災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究.E-mail：jwang@geo.ecnu.edu.cn.