我國沿海風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生頻率空間分布研究*

石先武，高 廷，譚 駿，國志興

(國家海洋局海洋減災(zāi)中心，北京 100194)

我國沿海風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生頻率空間分布研究*

石先武，高 廷，譚 駿，國志興

(國家海洋局海洋減災(zāi)中心，北京 100194)

基于我國沿海驗潮站和水文站典型重現(xiàn)期數(shù)據(jù)，綜合考慮風(fēng)暴增水和超警戒潮位，分析了我國沿海一般潮災(zāi)、較大潮災(zāi)、嚴重潮災(zāi)、特大潮災(zāi)的發(fā)生頻率，揭示了不同等級潮災(zāi)的發(fā)生頻率在我國沿?？臻g分布特征。結(jié)果表明我國沿海大部分地區(qū)受風(fēng)暴潮災(zāi)害影響，鴨綠江口沿岸、河北秦皇島和唐山北部沿岸、成山頭-青島沿岸、廣西防城港沿岸、海南東南部和南部沿岸風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生的強度和頻率都不大；渤海灣、萊州灣、長江口、杭州灣等區(qū)域是風(fēng)暴潮易發(fā)區(qū)，發(fā)生特大潮災(zāi)概率較低但嚴重潮災(zāi)發(fā)生的頻率較高；福建北部福州到浙江南部臺風(fēng)沿岸、廣東珠江口到陽江沿岸、雷州半島東部沿岸是風(fēng)暴潮災(zāi)害嚴重區(qū)，特大潮災(zāi)發(fā)生頻率最高?；诓煌燃壋睘?zāi)發(fā)生頻率的空間分布提出了我國沿海風(fēng)暴潮災(zāi)害防御對策與建議。

風(fēng)暴潮災(zāi)害；發(fā)生頻率；潮災(zāi)等級

我國是世界上遭受風(fēng)暴潮災(zāi)害影響最嚴重的國家之一。我國沿海從南到北幾乎都遭受過風(fēng)暴潮災(zāi)害，并且是世界上少有的既受臺風(fēng)風(fēng)暴潮又受溫帶風(fēng)暴潮災(zāi)害影響的國家，平均每年有8～9個臺風(fēng)登陸，幾乎都會引起風(fēng)暴潮災(zāi)害；北部沿海海域特別是渤海灣和萊州灣沿岸受溫帶風(fēng)暴潮影響較為嚴重[1]。2016年，我國沿海共發(fā)生風(fēng)暴潮過程18次，其中，臺風(fēng)風(fēng)暴潮過程10次，8次造成災(zāi)害，直接經(jīng)濟損失33.95億元；溫帶風(fēng)暴潮過程8次，3次造成災(zāi)害，直接經(jīng)濟損失11.99億元[2]。歷史上多次遭受特大風(fēng)暴潮災(zāi)害，9711號臺風(fēng)風(fēng)暴潮是影響我國東部沿海最嚴重的一次臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害，福建、浙江、上海、江蘇、山東、河北、天津等省(市)沿海地區(qū)全部遭受影響，造成342人死亡，直接經(jīng)濟損失達到287億元[3]。

風(fēng)暴潮災(zāi)害的發(fā)生頻率、強度及其空間分布是風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險研究和應(yīng)急管理關(guān)注的重點。已有研究對我國風(fēng)暴潮災(zāi)害的地理分布格局及重要河口地區(qū)的風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險分析有過深入探討[4-6]，對于風(fēng)暴潮的災(zāi)害發(fā)生頻率研究主要是基于長時間序列觀測資料利用頻率分析方法對單個驗潮站點的潮位、增水或浪高等要素的進行典型重現(xiàn)期估計。比如，董勝等[7]利用復(fù)合極值分布計算了水位和浪高的聯(lián)合概率分布，推算了典型重現(xiàn)期風(fēng)暴潮；王喜年[8]計算了我國沿海資料序列較長的17個驗潮站增水重現(xiàn)期；方國洪等[9]基于我國沿海水文站286年觀測資料，采用不同極值估計方法計算了各站增水、余水位、總水位。這些研究成果為我國沿海重點工程和防潮設(shè)施標準設(shè)計提供了重要參考，而從宏觀層面系統(tǒng)性分析我國沿海不同區(qū)域風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生頻率研究較少。本文從風(fēng)暴潮災(zāi)害宏觀決策需求出發(fā)，基于沿海驗潮站和水文站不同重現(xiàn)期風(fēng)暴增水和潮位資料，結(jié)合不同等級潮災(zāi)劃分標準，將我國沿海岸線劃分為10 km岸段，揭示了不同等級潮災(zāi)在我國沿海發(fā)生頻率的空間分布特征，基于此提出了我國沿海應(yīng)對風(fēng)暴潮災(zāi)害的對策與建議，對劃分風(fēng)暴潮災(zāi)害重點防御區(qū)以及國家層面風(fēng)暴潮災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)具有重要戰(zhàn)略意義。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)

本文主要采用國家海洋信息中心訂正之后的60個沿海驗潮站數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括2年、5年、10年、20年、50年、100年、200年、500年、1000年一遇增水和潮位計算產(chǎn)品，其中潮位數(shù)據(jù)基于各驗潮站所在的平均海平面。河口地區(qū)是我國沿海風(fēng)暴潮的主要影響區(qū)域，海洋系統(tǒng)驗潮站在河口地區(qū)極少有分布，為了進一步精確刻畫我國沿海風(fēng)暴潮災(zāi)害危險性特征，從水利部門補充收集了長江口、珠江口、浙江和福建沿岸等地區(qū)16個水文站的不同重現(xiàn)期增水和潮位數(shù)據(jù)(其中2個站只有增水)。此外，還收集了上述76個站基于《警戒潮位核定方法(GB/T17839-1999)》[10]核定的的警戒潮位值，并將所有潮位數(shù)據(jù)和警戒潮位值統(tǒng)一到了85高程參考基準。

為了客觀反映我國沿海風(fēng)暴潮災(zāi)害危險性分布，保證結(jié)果的科學(xué)性和適用性，本文對收集到的驗潮站和水文站進行了篩選，選擇的依據(jù)和原則是：①選擇的站數(shù)量足夠，可以從北到南覆蓋我國沿海區(qū)域；②站點具有代表性，可以代表所在區(qū)域的風(fēng)暴潮災(zāi)害特征，不能是距岸邊較遠的離島站；③采用的站點觀測記錄序列長，一般至少有20年的序列觀測資料，站點不同重現(xiàn)期增水和潮位計算結(jié)果足夠精確?；谶@三個原則，共選出62個驗潮站和水文站的增水及潮位數(shù)據(jù)產(chǎn)品(其中兩個站只有增水)。圖1和圖2分別表示選取的驗潮站和水文站典型重現(xiàn)期增水和潮位數(shù)據(jù)，將站點沿著中國沿海從北到南依次順序編號，圖中橫軸表示所選取站點的編號，縱軸表示各站點典型重現(xiàn)期對應(yīng)的增水或潮位值。

圖1 我國沿海驗潮站和水文站(從北到南)典型重現(xiàn)期增水

圖2 我國沿海驗潮站和水文站(從北到南)典型重現(xiàn)期潮位

1.2 風(fēng)暴潮災(zāi)害等級的劃分

風(fēng)暴潮災(zāi)害等級的劃分包括風(fēng)暴潮致災(zāi)強度和風(fēng)暴潮災(zāi)害強度的分級，前者偏重風(fēng)暴潮自然過程強度的分級，后者主要指災(zāi)害損失或是災(zāi)度的分級，本文的災(zāi)害等級劃分針對前者。目前在我國并沒有統(tǒng)一的標準，本文綜合考慮風(fēng)暴增水和超警戒潮位兩個指標，風(fēng)暴增水可以客觀反映風(fēng)暴潮自然過程致災(zāi)強度的大小，超警戒潮位值考慮了當?shù)氐脑O(shè)防能力，能夠反映風(fēng)暴潮過程可能導(dǎo)致的淹沒情況。考慮到我國災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)等級一般劃分為4級，基于楊華庭等[11]和郭洪壽等[12]人的劃定標準，將風(fēng)暴潮災(zāi)害劃分一般潮災(zāi)、較大潮災(zāi)、嚴重潮災(zāi)、特大潮災(zāi)四個等級，詳細劃分標準見表1。

表1 風(fēng)暴潮災(zāi)害等級劃分標準

2 不同等級風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生頻率分析

基于每個驗潮站或水文站增水和潮位概率分布曲線，分別計算不同等級潮災(zāi)超警戒潮位和增水的重現(xiàn)期，取每個等級重現(xiàn)期較小者為該站點不同等級潮災(zāi)發(fā)生的年遇水平。按照最近鄰準則，選取每一個岸段最具代表性的驗潮站不同等級潮災(zāi)重現(xiàn)期為該岸段不同等級潮災(zāi)發(fā)生的年遇水平，將各岸段四個等級風(fēng)暴潮重現(xiàn)期按照2年、5年、10年、20年、50年、100年、200年、500年、1000年為界限，劃分為10個頻率段，表征不同等級風(fēng)暴潮發(fā)生頻率空間分布，編制了一般潮災(zāi)、較大潮災(zāi)、嚴重潮災(zāi)和特大潮災(zāi)發(fā)生頻率分布圖(圖3)。

圖3 我國沿海不同等級潮災(zāi)發(fā)生頻率空間分布

從一般潮災(zāi)發(fā)生頻率分布圖可以發(fā)現(xiàn)，我國沿海絕大部分地區(qū)都受風(fēng)暴潮災(zāi)害的影響，一般潮災(zāi)在沿海都可能發(fā)生，對于遼東灣沿岸、河北唐山沿岸、山東北部沿岸(威海除外)、海南南部和西部沿岸區(qū)域，受風(fēng)暴潮災(zāi)害影響很小，一般潮災(zāi)發(fā)生的概率在10～20年一遇，其他沿海區(qū)域一般潮災(zāi)重現(xiàn)期在5年以下。

從較大潮災(zāi)發(fā)生頻率分布圖可以發(fā)現(xiàn)，河北秦皇島沿岸、遼東半島沿岸、山東半島威海沿岸、海南島的南部和西部沿岸特大潮災(zāi)發(fā)生頻率在100年一遇以上，這些區(qū)域會受到較大風(fēng)暴潮影響，但是發(fā)生頻率較低；而對于其他沿岸區(qū)域，發(fā)生特大潮災(zāi)發(fā)生頻率大都在50年一遇一下，受風(fēng)暴潮災(zāi)害的影響較大。

從嚴重潮災(zāi)發(fā)生頻率分布圖可以發(fā)現(xiàn)，渤海灣、萊州灣、長江口、杭州灣、浙江南部到福建北部沿岸、廣州南部到雷州半島東部沿岸嚴重潮災(zāi)發(fā)生頻率都在50年以下，嚴重潮災(zāi)一般對一個區(qū)域的生產(chǎn)生活對造成較大影響，這些區(qū)域風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生頻率也較為頻繁。

從特大潮災(zāi)發(fā)生頻率分布圖可以發(fā)現(xiàn)，雷州半島東部沿岸部分地區(qū)在特大潮災(zāi)發(fā)生頻率10年一遇以下水平，對于珠江口、浙江南部等區(qū)域，特大潮災(zāi)發(fā)生可能性在10～50年一遇之間，這些區(qū)域歷史上都發(fā)生過特大潮災(zāi)，這些區(qū)域是我國沿海風(fēng)暴潮災(zāi)害重點防御地區(qū)，有發(fā)生風(fēng)暴潮極端災(zāi)害事件甚至巨災(zāi)的可能性。

我國沿海渤海灣底部沿岸和萊州灣沿岸是風(fēng)暴潮多發(fā)區(qū)，以溫帶天氣過程引發(fā)的風(fēng)暴潮占主導(dǎo)因素；而長江口沿岸、福建北部福州到浙江南部臺州、廣東惠州、珠江口到陽江、雷州半島東部沿岸等沿海區(qū)域以臺風(fēng)風(fēng)暴潮為主；南方風(fēng)暴潮災(zāi)害易發(fā)區(qū)發(fā)生特大潮災(zāi)的可能性比北方要大。歷史上溫帶風(fēng)暴潮增水最大值曾達到3.55 m，臺風(fēng)風(fēng)暴潮增水最大值曾達到5.95 m。長江角、珠三角一帶是我國沿海經(jīng)濟和人口分布密集區(qū)，屬于國家層面風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險防范的重點區(qū)域。對于遼寧省大部分沿岸、河北唐山沿岸、山東北部沿岸、海南南部和西部沿岸受風(fēng)暴潮災(zāi)害影響較小區(qū)域，幾乎不可能發(fā)生較大風(fēng)暴潮災(zāi)害。

3 風(fēng)暴潮災(zāi)害防御對策與建議

隨著我國沿海地區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展以及國家對海洋災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)工作的重視，風(fēng)暴潮災(zāi)害造成的人員傷亡呈逐年下降趨勢，而風(fēng)暴潮災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟損失則呈明顯增加趨勢[13]，沿海地區(qū)面臨的風(fēng)暴潮防災(zāi)減災(zāi)形勢依舊嚴峻。通過分析我國沿海地區(qū)不同等級風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生頻率分布特點，制定對應(yīng)的風(fēng)暴潮災(zāi)害防御對策才能更好地滿足風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險管理需求。綜合考慮風(fēng)暴增水和超警戒潮位，劃分風(fēng)暴潮災(zāi)害等級，不同等級潮災(zāi)的發(fā)生頻率在我國沿海呈現(xiàn)明顯空間分布特征，基于本文研究結(jié)果提出如下風(fēng)暴潮災(zāi)害防御對策與建議：

(1)福建北部福州到浙江臺州沿岸、廣東珠江口到陽江沿岸、雷州半島東部沿岸是風(fēng)暴潮災(zāi)害嚴重且多發(fā)區(qū)，發(fā)生概率在10～100年一遇；嚴重潮災(zāi)發(fā)生概率在5～50年一遇，是我國沿海風(fēng)暴潮災(zāi)害的最嚴重的區(qū)域，風(fēng)暴潮災(zāi)害以臺風(fēng)風(fēng)暴潮為主，發(fā)生頻率和強度都較大。這些區(qū)域也是我國沿海社會經(jīng)濟最發(fā)達的區(qū)域，是我國風(fēng)暴潮災(zāi)害重點防御區(qū)，風(fēng)暴潮災(zāi)害設(shè)防標準應(yīng)達到100～500年一遇。

(2)渤海灣、萊州灣、長江口、杭州灣等區(qū)域是風(fēng)暴潮災(zāi)害易發(fā)區(qū)，發(fā)生特大潮災(zāi)概率較低但嚴重潮災(zāi)的頻率較高，歷史上這些區(qū)域也發(fā)生過特大潮災(zāi)。渤海灣和萊州灣以溫帶風(fēng)暴潮為主，目前防護能力主要以沙土堤、拋石為主，大多不是標準海堤。而長江口和杭州灣等地區(qū)受臺風(fēng)影響時，經(jīng)常與上游洪水極易造成“三碰頭”等洪水災(zāi)害，造成較大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。這些區(qū)域應(yīng)加強風(fēng)暴潮災(zāi)害防御水平，設(shè)防標準應(yīng)該以典型重現(xiàn)期極值水位作為參考，防御水平至少達到20年一遇。對于上海、天津等特大城市經(jīng)濟發(fā)達和人口密集區(qū)域，防御水平應(yīng)達到100年一遇。

(3)對于鴨綠江口沿岸、河北秦皇島和唐山北部沿岸、成山頭-青島沿岸、廣西防城港沿岸、海南東南部和南部沿岸，風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生的強度和頻率都不大，發(fā)生較大潮災(zāi)的可能性都較小，對于風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生頻率較低的這些區(qū)域，防護標準可適當降低或不做工程性防護。

4 結(jié)語

我國沿海大部分區(qū)域都會受到風(fēng)暴潮災(zāi)害影響，風(fēng)暴潮災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)從風(fēng)暴潮災(zāi)害不同的管理目標需求出發(fā)，制作不同的風(fēng)暴潮災(zāi)害評估產(chǎn)品。對于不同的區(qū)域風(fēng)暴潮發(fā)生頻率特點，制定符合當?shù)貙嶋H的風(fēng)暴潮災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，為沿海地方政府風(fēng)暴潮災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)決策支持。全國的風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生頻率空間分布有助于從宏觀尺度掌握我國沿海風(fēng)暴潮災(zāi)害危險性分布特征，可為全國風(fēng)暴潮災(zāi)害重點防御區(qū)劃定以及沿海重點重大的工程區(qū)域性選址提供決策參考，用于指導(dǎo)全國性的風(fēng)暴潮防災(zāi)減災(zāi)政策的制定。我國海岸線漫長，不同沿海區(qū)域海堤規(guī)范設(shè)計標準也不統(tǒng)一，大多數(shù)非標準海堤壩頂高度不一，而且現(xiàn)有海堤屬于不同部門管理，部分地區(qū)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，修建標準大多偏低[14]，海堤的標準化設(shè)計必須與當?shù)仫L(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生的頻率和強度相結(jié)合。

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Research on Occurrence Frequency of Storm Surge Disaster Distribution in the Coastal Areas of China

SHI Xianwu, GAO Ting, TAN Jun and GUO Zhixing

(NationalMarineHazardMitigationService,Beijing100194,China)

Storm Surge Disaster(SSD) is one of the most serious marine disaster in the coastal areas of China. The occurrence frequency, intensity and its distribution is the key research issue of storm surge risk assessment. Based on data from tidal stations and hydrological stations in coastal areas, taking storm surge and ultra warning water level as well as SSD grading standard , that is general SSD, large SSD, serious SSD and extremely large SSD into consideration, this paper analyzed occurrence frequency of different scale of SSD in the coastal area of China. The results show that all the coastal area in China are influenced by SSD. The estuary of Yalu River, the north coastal area of Tangshan and Qinhuangdao City in Hebei province, from the coastal area of Chengshantou to Qingdao in Shandong province, the coastal area of Fangchenggang city in Guangxi province, the southeast coastal area of Hainan is the least affected by SSD . The Bohai Bay, Laizhou Bay, Yangtze Delta coastal area and Hangzhou Bay is prone area of SSD with high frequency of serious SSD. From the coastal area of south of Fujian province in Fuzhou to South of Zhejiang province, from the Pearl River Estuary to the coastal area of Yangjiang City and Leizhou Peninsula is the most serious area suffering SSD with high frequency of extremely large SSD. At last, Corresponding countermeasures and advices were given for storm surge disaster mitigation according to the spatial distribution characteristic of SSD occurrence frequency.

storm surge disaster; occurrence frequency; storm surge disaster scale

石先武，高廷，譚駿，等.我國沿海風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生頻率空間分布研究[J].災(zāi)害學(xué)，2018，33(1)：49-52.[SHI Xianwu, GAO Ting, TAN Jun,et al.Research on Occurrence Frequency of Storm Surge Disaster Distribution in the Coastal Areas of China[J].Journal of Catastrophology，2018，33(1)：49-52.

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.010.]

2017-07-03

2017-08-21

國家自然科學(xué)基金(41701596，41501560)；中國海洋發(fā)展研究會和中國海洋發(fā)展研究中心資助項目(CAMA11201706)；中國氣象局氣候變化專項(CCSF201719)；北京師范大學(xué)國際減輕災(zāi)害風(fēng)險合作研究中心項目(CCSF201719)；海洋公益性行業(yè)科研專項(201505018，201305020)

石先武(1986-)，男，湖北大冶人，高級工程師，主要從事風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估研究.

E-mail：xianwu.shi@mail.bnu.edu.cn

X43；P954

A

1000-811X(2018)01-0049-04

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.010