漁港防臺風(fēng)等級評估研究

韓小燕　梁連松　董宇佳　姚辰陽

摘要：文章通過對歷史上影響蒼南近岸海域的24場風(fēng)暴潮過程進(jìn)行分析篩選，確定1323“菲特”為最危險臺風(fēng)路徑基礎(chǔ)，設(shè)計了8～17級的間距為22.5 km的18條構(gòu)造臺風(fēng)路徑，采用FVCOM浪、潮、流耦合模式分別計算潮位場、流場和浪場分布，通過分析漁港岸線是否淹沒、錨泊地是否船只走錨、防波堤防浪能力3個指標(biāo)確定單項防臺評估能力，按“就低不就高”的原則最終確定霞關(guān)一級漁港的防臺風(fēng)等級為9級，并且漁船錨泊是漁港的薄弱環(huán)節(jié)，最后結(jié)合研究過程中發(fā)現(xiàn)的問題，提出漁港防臺風(fēng)建議。

關(guān)鍵詞：漁港; 防臺風(fēng)等級;FVCOM浪、潮、流耦合模式;評估; 霞關(guān)

中圖分類號：P7;U698.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-9857（2020）05-0057-06

Abstract：Through the analysis of 24 storm surges affecting the coastal area of Cangnan in history，1323 typhoon route was selected as the ultimate basic typhoon.Based on it，eighteen typhoon routes were built with strength of 8 to 17 and distance of 22.5km.The distribution of tide level，flow and wave was calculated by using the wave-tide-flow coupling model of FVCOM.The individual typhoon prevention capacity was determined through analyzing three indicators as whether the fishery port coastline being submerged，the ships being dragging anchor and the wave protection capability of breakwater.Based on the principle of “l(fā)ower，not higher”，the typhoon prevention level of Xiaguan fishery port was determined as 9 and the steady mooring in the anchorage area was its weakness.Four suggestions of fishery port typhoon prevention were proposed，as strengthen the main function of fishery port，strengthen the monitoring and management of fishing boat，strengthen the monitoring and use of marine meteorological data in fishery port and promote the forecast of key guarantee objectives.

Key words：Fishery port，Typhoon prevention level，Wave-tide-current coupled FVCOM，Assessment，Xiaguan

1 漁港防臺風(fēng)等級問題的提出

漁港是漁貨的集散地，是水產(chǎn)品綜合加工基地，也是漁業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在為漁民提供生產(chǎn)、生活服務(wù)的同時，還為抵御風(fēng)暴災(zāi)害提供避難所，是漁區(qū)防災(zāi)減災(zāi)體系建設(shè)的重要組成部分[1-2]。隨著沿海區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，漁港建設(shè)現(xiàn)狀已難以適應(yīng)防災(zāi)減災(zāi)發(fā)展的新需求[2]。

本研究以蒼南縣為例，作為浙江省受臺風(fēng)影響最嚴(yán)重的地區(qū)之一，平均每年有3.6個臺風(fēng)影響蒼南近岸海域，幾乎每年都會對漁港造成不同程度的災(zāi)害損失。0608號超強(qiáng)臺風(fēng)“桑美”登陸霞關(guān)鎮(zhèn)，造成蒼南縣800余艘漁船沉沒;0713號臺風(fēng)“韋帕”登陸霞關(guān)鎮(zhèn)，造成蒼南縣815艘漁船沉沒;1323號臺風(fēng)“菲特”登陸福鼎市，蒼南縣漁港損失約4 830萬元，船只損毀277艘。漁港成為繼千里標(biāo)準(zhǔn)海塘建成后浙江沿海防災(zāi)減災(zāi)體系中薄弱的環(huán)節(jié)之一，漁港避風(fēng)能力建設(shè)和研究越來越受到地方政府的高度重視。王傳聰?shù)萚3]從防波堤建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、避風(fēng)錨地的底質(zhì)、錨泊區(qū)域及方式等方面探討了避風(fēng)型漁港的避風(fēng)因素。孫龍等[4]從不同特征波高之間的關(guān)系分析了漁港港內(nèi)錨地泊穩(wěn)允許的最大波高。張超等[5]從地理位置、掩護(hù)條件、港池水域面積、水深、底質(zhì)、口門朝向與寬度、防波堤等影響因素分析漁港避風(fēng)能力。孫志林等[6]以Delft3D模型為基礎(chǔ)，從漁港岸線、錨泊地和防波堤3方面計算分析象山港的防臺風(fēng)等級。

目前現(xiàn)有漁港的防臺風(fēng)等級沒有明確劃定，而漁港內(nèi)岸線、防波堤等水工建筑物的設(shè)計與錨地的選劃多考慮潮汐、波浪、海流，并且參數(shù)選擇過程中均沒有與臺風(fēng)等級相對應(yīng)，使得漁港防臺風(fēng)指揮決策缺乏科學(xué)合理的依據(jù)。因此，開展?jié)O港防臺風(fēng)等級評估工作，有利于全面提高漁港防災(zāi)減災(zāi)能力，保障沿海漁民群眾生命財產(chǎn)安全，促進(jìn)漁區(qū)社會和諧穩(wěn)定。

2 霞關(guān)漁港防臺風(fēng)等級評估指標(biāo)體系建立

霞關(guān)一級漁港位于溫州市蒼南縣霞關(guān)鎮(zhèn)，處于溫州最南端，港口四周島嶼眾多，避風(fēng)條件較好。本研究采用數(shù)學(xué)模型分別對不同等級臺風(fēng)影響下，霞關(guān)漁港附近海域風(fēng)暴潮、海浪和海流變化進(jìn)行模擬計算分析，以此開展霞關(guān)漁港的防臺風(fēng)等級評估研究。

2.1 模型建立

本研究選取FVCOM模型和FVCOM/UG-SWAN進(jìn)行風(fēng)暴潮、海浪和海流的計算，其中FVCOM模型用于風(fēng)暴潮和海流計算，UG-SWAN模型用于海浪計算，過程中進(jìn)行浪流耦合。采用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格，共生成63 654格點和119 157個網(wǎng)格單元。模型網(wǎng)格采用不同區(qū)域配置不同分辨率的做法，外海網(wǎng)格分辨率為15～30 km，溫州近海海域網(wǎng)格分辨率為1～5 km，霞關(guān)漁港鄰近海域網(wǎng)格分辨率為100～500 m，霞關(guān)漁港內(nèi)網(wǎng)格分辨率為20～100 m。

海浪模式與風(fēng)暴潮、海流模式采用同一套網(wǎng)格，模型計算所需的潮位過程由風(fēng)暴潮模型實時提供。3個模式均采用藤田-?高橋嵌套模型來進(jìn)行臺風(fēng)氣壓場和風(fēng)場的模擬。

模型大范圍地形使用最新的ETOPO1（1′×1′）數(shù)據(jù)，近海地形采用電子海圖1∶30 000的數(shù)據(jù)，沿岸采用1∶5 000電子海圖數(shù)據(jù)，霞關(guān)漁港周邊海域采用2013年地形測量數(shù)據(jù)，霞關(guān)港內(nèi)采用2018年6月的水深測量數(shù)據(jù)。

2.2 最危險臺風(fēng)構(gòu)造

通過對1971—2018年影響蒼南的登陸型臺風(fēng)進(jìn)行篩選，得到滿足以下3個條件的24個典型臺風(fēng)過程：①霞關(guān)附近海域風(fēng)力達(dá)到8級及以上;②霞關(guān)附近海域有效波高達(dá)到2.5 m及以上;③霞關(guān)附近海域高潮位增水達(dá)到50 cm及以上。在此基礎(chǔ)上，選擇影響最為嚴(yán)重的9417號、9711號、0216號、0608號、1323號和1808號共6個臺風(fēng)，分別將其路徑平移至霞關(guān)漁港附近登陸，并賦予相同的移動速度、中心氣壓和最大風(fēng)速，通過對比模型計算得到的霞關(guān)漁港風(fēng)暴潮位和臺風(fēng)浪，最終確定1323號為最危險臺風(fēng)構(gòu)造的基礎(chǔ)路徑。然后將1323號基礎(chǔ)路徑平移到霞關(guān)漁港中心位置，并以22.5 km為間距分別向霞關(guān)漁港南北兩側(cè)平移，分布范圍覆蓋漁港南北兩側(cè)約200 km內(nèi)，最終形成18條構(gòu)造路徑。

結(jié)合霞關(guān)漁港現(xiàn)場調(diào)研及歷史臺風(fēng)影響情況，將構(gòu)造臺風(fēng)路徑分別按照熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、臺風(fēng)、強(qiáng)臺風(fēng)、超強(qiáng)臺風(fēng)的10檔進(jìn)行臺風(fēng)風(fēng)暴潮、臺風(fēng)浪及流場計算，計算選取歷史上自2004年有風(fēng)圈半徑資料以來影響霞關(guān)的典型13場臺風(fēng)的七級風(fēng)圈半徑平均值的1/10作為最大風(fēng)速半徑，并以近3年6—9月期間的平均高潮位作為天文潮疊加值（表1）。

2.3 評估指標(biāo)選擇

影響漁港避風(fēng)能力的因素十分復(fù)雜，涉及地理位置、天然掩護(hù)條件、港池面積、水深、底質(zhì)、口門朝向及寬度、防波堤建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等[5]，而在實際過程中，人們往往通過對漁港附近風(fēng)、潮、浪的判斷來進(jìn)行避風(fēng)。文章結(jié)合地方防災(zāi)減災(zāi)及避風(fēng)需求，選取漁港岸線是否淹沒、錨泊地是否船只走錨及防波堤防浪能力3個指標(biāo)分別進(jìn)行單項因子防臺評估，最終按照“就低不就高”的原則得到霞關(guān)漁港的防臺等級。

（1）漁港岸線是霞關(guān)漁港防御風(fēng)暴潮漫堤的主要水工建筑物，岸線高程決定了風(fēng)暴潮來襲時潮水是否漫過岸線進(jìn)入漁港后方，進(jìn)而淹沒漁港道路及后方集聚區(qū)。霞關(guān)漁港岸線主要有2類（圖1），① 人工岸線4段，實測堤頂高程分別為4.0～4.6 m、6.6～7.0 m、5.6～6.5 m和5.5～8.8 m，② 自然岸線3段，后方均為山體，高程較高。

圖1 漁港岸線、防波堤及特征點分布

（2）霞關(guān)漁港錨泊地主要位于南關(guān)島—老鼠尾島—防波堤與霞關(guān)鎮(zhèn)岸線之間的掩護(hù)區(qū)域，面積共約75萬m2，可以滿足?？扛黝惔?00余艘。深度在6 m的區(qū)域位于霞關(guān)內(nèi)港東部，面積約16萬m2，可錨泊440 kW以上漁船。

（3）霞關(guān)漁港防波堤主要有2條，分別為老鼠尾防波堤和霞關(guān)—門仔嶼防波堤（圖1），設(shè)計防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)均為100年一遇，設(shè)計極端高水位為5.03 m，其中老鼠尾防波堤堤頂設(shè)計高程6.8 m，擋浪墻高程8.0 m;霞關(guān)—門仔嶼防波堤堤頂設(shè)計高程7.7 m，擋浪墻高程8.7 m。100年一遇設(shè)計波高老鼠尾防波堤根據(jù)不同斷面分別為4.18 m（H5%）、4.47 m（H5%）和4.54 m（H5%），霞關(guān)—門仔嶼防波堤為5.86 m（H5%）。

3 霞關(guān)漁港防臺風(fēng)等級評估結(jié)果

3.1 漁港岸線評估結(jié)果

根據(jù)實測高程值區(qū)間范圍及岸線種類，選取了6個潮位特征點（S1～S6）（圖1），采用各特征點附近的最大潮位與0.5倍有效波高之和（簡稱Hlevel）與岸線擋浪墻高程對比（圖2）進(jìn)行評估。當(dāng)Hlevel小于等于岸線擋浪墻高程時，不發(fā)生漫堤現(xiàn)象，反之，則發(fā)生漫堤現(xiàn)象。

由圖2可知，12級臺風(fēng)影響時，漁港岸線發(fā)生漫堤風(fēng)險（S5），岸線設(shè)施的防臺風(fēng)能力削弱。因此霞關(guān)漁港岸線設(shè)施防臺風(fēng)等級為11級，與現(xiàn)場調(diào)研反饋的“風(fēng)力達(dá)11級以上時港區(qū)道路淹沒”的實際情況相符。

3.2 錨泊地評估結(jié)果

根據(jù)臺風(fēng)影響下漁港不同錨泊區(qū)域漁船受到的風(fēng)和流合力，與錨抓力進(jìn)行比較，當(dāng)F（船受風(fēng)、流應(yīng)力）≥F（錨抓力）時漁船發(fā)生走錨，無法正常錨泊。本節(jié)只針對單船單錨錨泊情況下的霞關(guān)在籍漁船進(jìn)行評估。

據(jù)統(tǒng)計，目前霞關(guān)漁港在籍漁船204艘，流刺網(wǎng)漁船和單拖漁船占比最多，其中流刺網(wǎng)漁船78艘，總長主要集中在38.0～42.9 m;單拖漁船80艘，總長主要集中在33.0～37.9 m。因此，結(jié)合漁港實際情況，本節(jié)主要選擇流刺網(wǎng)漁船和單拖漁船開展評估。漁船各種參數(shù)根據(jù)在籍漁船實際情況取平均值，詳見表2。

選取錨泊區(qū)域12個代表點（A1～A12）（圖1）分別進(jìn)行作用力計算，結(jié)果見表3?？梢钥吹?，流刺網(wǎng)漁船在風(fēng)力達(dá)到11級時，漁船所受的風(fēng)、流合力大于錨抓力，出現(xiàn)走錨風(fēng)險;單拖漁船在風(fēng)力達(dá)到10級時，出現(xiàn)走錨風(fēng)險，因此霞關(guān)漁港錨泊地的防臺風(fēng)等級為9級。

3.3 防波堤防浪能力評估結(jié)果

防波堤的防浪能力主要反映了自身的抗浪能力和對后方港內(nèi)水域的掩護(hù)能力，研究分別采用：① 防波堤設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和臺風(fēng)影響下堤前水動力狀況，比較分析防波堤自身的防臺風(fēng)等級;② 臺風(fēng)影響下以允許最大有效波高1.0 m作為漁船泊穩(wěn)條件評估防臺風(fēng)等級。兩者中取最低的等級作為防波堤防浪能力評估結(jié)果。

3.3.1 防波堤自身等級評估

老鼠尾防波堤與霞關(guān)—門仔嶼防波堤潮位和波高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)均為100年一遇，設(shè)計潮位及設(shè)計波高見2.3節(jié)。提取不同等級臺風(fēng)影響下防波堤堤前的最高潮位和5%波高值（表4），進(jìn)行防波堤自身等級評估。

從表4可以看出，14級臺風(fēng)影響時，兩段防波堤堤前最高潮位已經(jīng)超過100年一遇極端高水位;17級臺風(fēng)影響霞關(guān)漁港時，老鼠尾防波堤堤前最大波高4.22 m，高于其中一個斷面的100年一遇設(shè)計波高4.18 m;霞關(guān)—門仔嶼防波堤堤前最大波高始終低于100年一遇設(shè)計波高。因此，霞關(guān)漁港防波堤自身防臺風(fēng)等級為13級。

3.3.2 漁港泊穩(wěn)條件評估

本節(jié)港池避風(fēng)面積按12級臺風(fēng)時有效波高小于1.0 m的水域面積計算[7]，通過統(tǒng)計不同級別臺風(fēng)影響下漁港錨泊區(qū)域最大有效波高小于1.0 m的水域面積，并計算可以停泊漁船的數(shù)量，最終以能容納在籍漁船數(shù)的最高等級作為最終評估等級。

經(jīng)統(tǒng)計，10級臺風(fēng)影響下，霞關(guān)漁港港區(qū)內(nèi)有效波高小于1.0 m。11級臺風(fēng)影響時，1.0 m等值線開始進(jìn)入港區(qū)范圍，但僅限于港區(qū)西側(cè)邊緣，泊穩(wěn)面積未發(fā)生明顯改變。13級臺風(fēng)影響時，港區(qū)內(nèi)有效波高基本大于1.0 m，僅在碼頭前沿附近、門仔嶼西側(cè)及老鼠尾防波堤后方等局部區(qū)域小于1.0 m，泊穩(wěn)面積大幅減小。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，在受臺風(fēng)影響小的情況下，霞關(guān)漁港漁船停泊時多為多艘漁船并排?？浚瑥?qiáng)風(fēng)影響時，以單船抗風(fēng)居多。本研究選取最大每組安排3艘船并排?？窟M(jìn)行分析，得到每組漁船的錨泊面積分別為流刺網(wǎng)漁船3 993.6 m2和單拖漁船3 742.2 m2。

表5為各級臺風(fēng)影響下霞關(guān)漁港可錨泊的面積和漁船數(shù)量。從表5可以看出，受13級臺風(fēng)影響時，港區(qū)內(nèi)泊穩(wěn)面積為15.7萬m2，可錨泊漁船數(shù)已經(jīng)少于在籍漁船數(shù)，無法發(fā)揮霞關(guān)漁港的錨泊功能。

因此，根據(jù)防波堤自身防臺風(fēng)等級和漁船適宜停泊的防臺風(fēng)等級，根據(jù)就低不就高，霞關(guān)漁港防波堤防浪能力等級為12級。

3.4 霞關(guān)漁港防臺風(fēng)等級評估結(jié)果

根據(jù)單項防臺風(fēng)能力，岸線設(shè)施防臺風(fēng)等級為11級，錨泊地防臺風(fēng)等級為9級，防波堤及泊穩(wěn)條件防臺風(fēng)等級為12級。從最不利方面考慮，按就低不就高的原則，確定霞關(guān)漁港防臺風(fēng)等級為9級，漁船錨泊是相對薄弱的環(huán)節(jié)。

4 結(jié)論

（1）本研究采用了FVCOM浪-潮-流耦合模型，港域網(wǎng)格分辨率為20～100 m，精細(xì)刻畫了霞關(guān)漁港岸線地形。

（2）本研究選取1323號臺風(fēng)“菲特”為基礎(chǔ)進(jìn)行最危險臺風(fēng)構(gòu)建，分別計算不同臺風(fēng)強(qiáng)度（8～17級）、不同路徑（18條）影響下霞關(guān)漁港的潮位場、浪場和流場的分布，為后期評估分析提供數(shù)據(jù)結(jié)果。

（3）根據(jù)岸線前沿Hlevel與岸線擋浪墻高程對比、漁船受到的風(fēng)流作用力之和與錨抓力比較及防波堤防浪能力，得到霞關(guān)漁港岸線設(shè)施防臺風(fēng)等級為11級，錨泊地為9級，防波堤為12級。

（4）根據(jù)單項評估結(jié)果，采取就低不就高的方法，確定霞關(guān)一級漁港防臺風(fēng)等級為9級，同時明確漁船錨泊是漁港的薄弱環(huán)節(jié)。

5 建議

孫欣[8]提出目前我國很多漁港和避風(fēng)錨地抗臺風(fēng)能力較差，漁船航行、停泊安全缺乏有力保障，結(jié)合霞關(guān)漁港防臺風(fēng)等級評估研究，提出以下幾點漁港防臺風(fēng)建議。

（1）強(qiáng)化漁港主體功能。從漁港實地調(diào)訪發(fā)現(xiàn)，沿岸部分漁港港域內(nèi)普遍存在漁排等漁業(yè)養(yǎng)殖設(shè)施，致使?jié)O港功能區(qū)混亂，停泊作用減弱，建議明確漁港功能定位，突出主導(dǎo)功能[9]。

（2）加強(qiáng)漁船監(jiān)控管理。目前漁船類型鋼制船較多，當(dāng)發(fā)生走錨情況時，存在撞擊漁港岸線、防波堤等設(shè)施及相互碰撞的風(fēng)險，建議漁港管理部門臺風(fēng)影響期間加強(qiáng)漁船的監(jiān)控管理，防范風(fēng)險造成的損失。

（3）強(qiáng)化漁港海洋氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測和應(yīng)用。漁港作為漁區(qū)海洋災(zāi)害防御的重點，港區(qū)及鄰近海域歷史災(zāi)害觀測資料是準(zhǔn)確量化分析災(zāi)害影響程度的基礎(chǔ)，建議加強(qiáng)港區(qū)現(xiàn)有海洋和氣象數(shù)據(jù)的監(jiān)測和應(yīng)用，條件允許的情況下豐富和完善海洋和氣象觀測要素，為漁港防臺風(fēng)管理和漁船避風(fēng)提供實時數(shù)據(jù)。

（4）開展重點保障目標(biāo)預(yù)報。風(fēng)、浪、流是影響漁港避風(fēng)和漁船停泊安全的主要因素，均可以通過數(shù)學(xué)模型和專家經(jīng)驗方法進(jìn)行具有針對性的預(yù)測，建議開展?jié)O港重點保障目標(biāo)精細(xì)化預(yù)警報，為漁港避風(fēng)措施的部署提供有效輔助參考。

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