杭州灣嘉興海塘水文要素重現(xiàn)期組合數(shù)值分析

黃世昌，董偉良，趙帥康，王家青

(浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院），浙江 杭州 310020)

杭州灣嘉興海塘保護(hù)區(qū)內(nèi)人口稠密，生產(chǎn)要素高度聚集，是浙江重要的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)帶。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)要素和人口不斷集聚，海塘工程是抗臺(tái)御潮的唯一屏障，一旦受損，將會(huì)造成比以往更為巨大的損失。杭州灣嘉興海塘2000 年已提標(biāo)加固，絕大多數(shù)的防潮擋浪標(biāo)準(zhǔn)為50～100 年一遇高潮位加同頻率的設(shè)計(jì)波浪，對(duì)應(yīng)海塘等級(jí)為Ⅲ～Ⅰ。進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，登陸或嚴(yán)重影響浙江的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)頻率呈上升態(tài)勢(shì)，占1949 年以來(lái)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)數(shù)量的三分之二；登陸浙江臺(tái)風(fēng)的要素屢破歷史記錄，2006 年“桑美”和2019 年“利奇馬”超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)則是正面襲擊浙江。另外，嘉興部分海塘沉降明顯，海塘塘頂高程低于設(shè)計(jì)高程，如黃沙塢海塘、海鹽東段海塘和白沙灣海塘沉降分別大于24、20 和30 cm[1]。

2020 年浙江省開(kāi)展“海塘安瀾千億工程”建設(shè)，杭州灣嘉興海塘防潮標(biāo)準(zhǔn)需提高至100～300 年一遇，對(duì)應(yīng)的波浪重現(xiàn)期應(yīng)如何確定，是海塘設(shè)計(jì)面臨的重要問(wèn)題之一?！逗５坦こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 51015—2014）規(guī)定設(shè)計(jì)波浪的重現(xiàn)期宜采用與設(shè)計(jì)高潮位相同的重現(xiàn)期，當(dāng)采用其他設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)充分論證，海堤規(guī)范主要應(yīng)用于防潮（洪）標(biāo)準(zhǔn)為百年或百年以下的海堤。浙江沿海的年最高潮位和波高系列均由臺(tái)風(fēng)引起，設(shè)計(jì)高潮位和波浪的重現(xiàn)期組合可由臺(tái)風(fēng)途經(jīng)時(shí)遭遇潮位的特征進(jìn)行解釋。本文通過(guò)模擬歷史臺(tái)風(fēng)登陸及設(shè)計(jì)的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)登陸產(chǎn)生的風(fēng)暴高潮位和臺(tái)風(fēng)浪波高過(guò)程，研究高標(biāo)準(zhǔn)海塘的高潮位與波浪的頻率組合，為高標(biāo)準(zhǔn)海塘設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

杭州灣嘉興海塘自海鹽黃沙塢海塘至平湖白沙灣海塘（圖1），長(zhǎng)約65 km，屬于杭州灣北岸浙江段岸線(xiàn)。杭州灣嘉興海塘共有25 條分段海塘，絕大多數(shù)設(shè)計(jì)防御標(biāo)準(zhǔn)為50～100 年一遇[2]，海塘頂高程6.5～10.6 m（85 國(guó)家高程基準(zhǔn)，下同）。杭州灣北岸設(shè)有澉浦、乍浦和金山3 個(gè)潮位站，1950—2007 年中最高潮位由登陸臺(tái)風(fēng)、途經(jīng)沿海的臺(tái)風(fēng)和大潮汛控制的比例為91%～98%。北岸平均高潮位由灣頂向?yàn)晨谘爻探档停辈钕驗(yàn)晨谘爻虦p少，北岸3 個(gè)站的平均潮差分別為5.61、4.75 和4.33 m，平均高潮位為3.09、2.61 和2.41 m，歷史最高潮位分別達(dá)到6.56、5.54 和4.97 m[3]。

圖1 杭州灣北岸嘉興海塘代表塘段位置（1#～3#為西、中、東段）Fig.1 Location of representative section of Jiaxing seawall on north bank of Hangzhou Bay

根據(jù)1949—2021 年間熱帶氣旋活動(dòng)規(guī)律的統(tǒng)計(jì)，影響浙江熱帶氣旋平均每年3.66 個(gè)，共有47 個(gè)臺(tái)風(fēng)登陸浙江，登陸的各等級(jí)典型臺(tái)風(fēng)有5612 號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、0414 號(hào)“云娜”強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、0216 號(hào)“森拉克”臺(tái)風(fēng)和8923 號(hào)熱帶氣旋，這4 場(chǎng)臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)的中心氣壓分別為923、950、965 和975 hPa，分別于浙中北象山、浙中溫嶺、浙南蒼南和浙中椒江登陸（見(jiàn)圖2）。

圖2 典型臺(tái)風(fēng)路徑（①～⑤為假定登陸點(diǎn)）Fig.2 Tracks of typical typhoon (①～⑤ denote assumed locations of landing)

杭州灣北岸和灣中部分別設(shè)有乍浦和灘滸波浪測(cè)站，乍浦站于1967 年設(shè)站觀測(cè)，至1997 年停測(cè)，灘滸站1978 年開(kāi)始觀測(cè)一直延續(xù)至今，乍浦站附近水域的波浪基本為風(fēng)浪，涌浪占比僅1.4%，乍浦站年平均波高0.2 m，年平均周期1.2 s，全年常浪向?yàn)镋，最大實(shí)測(cè)波高達(dá)6.0 m（據(jù)調(diào)查后修正為4.0 m）。灘滸站年平均波高0.3 m，年平均周期1.2 s，全年常浪向N-NNE，實(shí)測(cè)最大波高4.0 m，方向ENE。黃沙塢、海鹽東段和白沙灣段海塘位于杭州灣嘉興海塘的起始、中間和末端，總體上可表征杭州灣嘉興海塘的水文特征，設(shè)計(jì)高潮位自上游向下游降低，100 年一遇高潮位分別為6.90、6.41 和5.32 m，設(shè)計(jì)同頻強(qiáng)浪向的有效波高逐步增大，100 年一遇波高分別為3.0、3.7 和4.0 m[4-6]。

2 計(jì)算模型的建立

本文構(gòu)建的沿海天文潮-風(fēng)暴潮-臺(tái)風(fēng)浪耦合模式由3 個(gè)部分構(gòu)成，即表征臺(tái)風(fēng)特征的驅(qū)動(dòng)風(fēng)場(chǎng)、天文潮與風(fēng)暴潮兩潮模型及臺(tái)風(fēng)浪模型。各模型的選取如下：

（1）歷史臺(tái)風(fēng)的驅(qū)動(dòng)風(fēng)場(chǎng)采用ERA5 再分析數(shù)據(jù)集，ERA5 是由歐洲中尺度氣象中心（European Centre for Medium-range Weather Forecasts，ECMWF）開(kāi)發(fā)的第5 代再分析數(shù)據(jù)產(chǎn)品，按時(shí)間跨度分為1950—1978 年的預(yù)覽初始版和1979 年至今的穩(wěn)定版。假定登陸的臺(tái)風(fēng)采用臺(tái)風(fēng)參數(shù)模型，選用Jelesnianski 氣壓場(chǎng)與風(fēng)場(chǎng)模型[7]表達(dá)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速和氣壓，以經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式計(jì)算最大風(fēng)速半徑及最大風(fēng)速[8]，其優(yōu)點(diǎn)是便于使用，能反映臺(tái)風(fēng)的主要風(fēng)場(chǎng)特征，且能用于研究臺(tái)風(fēng)參數(shù)的改變對(duì)臺(tái)風(fēng)浪的影響。

（2）選用Demark 水利研究所開(kāi)發(fā)的河口、海岸和海洋潮汐二維模型（MIKE 21）作為天文潮與風(fēng)暴潮耦合計(jì)算的基礎(chǔ)，該模型可以用粗網(wǎng)格將開(kāi)邊界布置于天文潮與增水基本是線(xiàn)性關(guān)系的深水海域，在局部區(qū)域可嵌套加密網(wǎng)格，精細(xì)模擬增水強(qiáng)烈的近岸海域，大、小計(jì)算域相互提供水位及流速邊界條件，水位、動(dòng)量信息相互交換；且能較好處理動(dòng)邊界問(wèn)題。海邊界的天文潮潮位由全球潮波模型TPXO.6[9]推算求得，其中包含8 個(gè)主要分潮（M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1）和2 個(gè)長(zhǎng)周期分潮（Mf和Mm），模型的全球網(wǎng)格數(shù)為1 440×721，分辨率為0.25°，邊界潮波、海面強(qiáng)迫力模式和二維水動(dòng)力模式可構(gòu)成天文潮與風(fēng)暴潮耦合模式。

（3）采用SWAN（Simulating Wave Nearshore）第3 代波譜模型，能夠描述淺水區(qū)特定的風(fēng)、流和水下地形條件下波浪場(chǎng)的演化?？刂品匠倘缦拢?/p>

式中：S為源匯項(xiàng)，S=Sw+Sn+Sd+Sf，Sw、Sn、Sd、Sf分別代表由風(fēng)產(chǎn)生的能量輸入、波與波間相互作用、破波耗散、床底損失。式中左端第1 項(xiàng)為波作用量隨時(shí)間的變化項(xiàng)；第2、3 項(xiàng)為波作用量的空間對(duì)流項(xiàng)；第4 項(xiàng)為由于水深變化和水流作用造成的波作用量在頻域上的變化；第5 項(xiàng)為折射項(xiàng)。波作用量方程的離散基于迪卡爾坐標(biāo)下的隱式差分，對(duì)波的傳播和源項(xiàng)采用固定的時(shí)間步長(zhǎng)。

天文潮-風(fēng)暴潮-臺(tái)風(fēng)浪的耦合模型計(jì)算域西至廣東汕頭，南至臺(tái)灣島南端，東至日本琉球群島-韓國(guó)濟(jì)州島東側(cè)一線(xiàn)，北至渤海遼東灣北岸，范圍為21.5°N～41°N、116.5°E～127°E，計(jì)算域面積為224 萬(wàn)km2，網(wǎng)格布置充分利用三角形網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)，按照關(guān)鍵水域網(wǎng)格密、其他水域網(wǎng)格疏的原則進(jìn)行布置，計(jì)算域內(nèi)的網(wǎng)格布設(shè)考慮了水流、地形梯度的差異，對(duì)杭州灣北岸海塘工程附近的計(jì)算網(wǎng)格作進(jìn)一步加密，保證杭州灣北岸海塘前沿水域精度。模型共布設(shè)98 153 個(gè)單元與52 280 個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中外海邊界處網(wǎng)格分辨率為50 km，浙江沿海網(wǎng)格分辨率為200～500 m，杭州灣北岸海塘附近網(wǎng)格尺寸為50 m。模型范圍及網(wǎng)格布置見(jiàn)圖3。外海除臺(tái)灣海峽和對(duì)馬海峽局部加糙外，曼寧系數(shù)取值范圍均為0.016～0.018，杭州灣的取值范圍為0.008～0.012。

本模型已通過(guò)眾多臺(tái)風(fēng)登陸或途經(jīng)沿海產(chǎn)生的風(fēng)暴潮和臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程的驗(yàn)證[10-13]，1909 號(hào)、0414 號(hào)、9711 號(hào)等20 場(chǎng)登陸浙江沿海的臺(tái)風(fēng)在杭州灣內(nèi)產(chǎn)生的最高風(fēng)暴高潮位實(shí)測(cè)與模擬比較見(jiàn)圖4，其中歷史臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)采用ERA5 再分析數(shù)據(jù)集，同時(shí)對(duì)典型臺(tái)風(fēng)登陸也采用理論風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)圖4 中對(duì)比結(jié)果可知，本文模擬的風(fēng)暴高潮位和杭州灣北岸乍浦和澉浦2 個(gè)長(zhǎng)期測(cè)站實(shí)測(cè)風(fēng)暴高潮位誤差基本在10 cm 以?xún)?nèi)，乍浦和灘滸兩站的最大有效波高誤差總體在20%以?xún)?nèi)，這表明模型能較好復(fù)演臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)暴潮位和臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程，具備假定臺(tái)風(fēng)登陸產(chǎn)生的風(fēng)暴潮和波浪的預(yù)測(cè)能力。

圖4 杭州灣北岸潮位和波高的驗(yàn)證Fig.4 Comparison of observed and simulated tidal levels and significant wave heights at northern bank of Hangzhou bay

3 高潮位與波高的頻率組合

3.1 風(fēng)暴高潮位與臺(tái)風(fēng)浪波高的樣本構(gòu)成

風(fēng)暴高潮位與臺(tái)風(fēng)浪波高的樣本由歷史臺(tái)風(fēng)登陸和設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)登陸產(chǎn)生的相應(yīng)事例組成，歷史臺(tái)風(fēng)計(jì)算方案選取1979—2021 年共33 場(chǎng)登陸浙江的臺(tái)風(fēng)，設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)選擇5612 號(hào)、0414 號(hào)、0216 號(hào)和8923 號(hào)臺(tái)風(fēng)作為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、熱帶氣旋共4 種臺(tái)風(fēng)等級(jí)強(qiáng)度，臺(tái)風(fēng)可在天文潮過(guò)程中任意時(shí)段登陸，其遭遇的天文潮潮位具有一定的隨機(jī)性。為研究極端的高潮位情況，假定臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)遭遇天文潮大潮高潮位及其前的2、4、6 h 時(shí)刻的潮位，天文潮條件選取2002 年10 月5 日至10 月9 日的天文潮過(guò)程，該過(guò)程最高潮位接近浙江沿海年最高天文潮多年平均值。依據(jù)臺(tái)風(fēng)登陸的范圍和次數(shù)，登陸點(diǎn)設(shè)為5 處，①～⑤登陸點(diǎn)分別代表浙北、浙中北、浙中、浙中南和浙南登陸點(diǎn)，相鄰登陸點(diǎn)間距70～85 km，在臺(tái)風(fēng)10 級(jí)大風(fēng)半徑以?xún)?nèi)，路徑見(jiàn)圖2。設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)計(jì)算組次合計(jì)共4 個(gè)臺(tái)風(fēng)等級(jí)，5 處登陸地點(diǎn)和4 個(gè)登陸時(shí)刻，共80 組。

3.2 海塘逐時(shí)潮位和波高重現(xiàn)期組合

3.2.1 歷史臺(tái)風(fēng)登陸過(guò)程逐時(shí)潮位與波高組合 選取海鹽縣黃沙塢海塘（1#）、海鹽東段海塘（2#）和白沙灣海塘（3#）作為杭州灣北岸嘉興海塘的代表，以乍浦站作為比較，具體位置見(jiàn)圖1。采用上述模型計(jì)算1979—2021 年登陸浙江的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮位和臺(tái)風(fēng)浪波高過(guò)程，逐時(shí)潮位及同時(shí)刻波高分布見(jiàn)圖5，其中破波線(xiàn)根據(jù)《港口與航道水文規(guī)范》（JTS 145—2015）中破波系數(shù)和水下地形坡度關(guān)系確定。乍浦站波浪測(cè)點(diǎn)水深較深，波浪基本不受地形影響，根據(jù)乍浦站實(shí)測(cè)潮位資料（1967—2020 年）和波浪資料（1967—1997 年）采用P-Ⅲ曲線(xiàn)進(jìn)行分析，以此得到乍浦站各重現(xiàn)期高潮位和波高值。根據(jù)目前海塘設(shè)計(jì)過(guò)程中各重現(xiàn)期高潮位和對(duì)應(yīng)重現(xiàn)期波高常用計(jì)算方法，嘉興段海塘前沿重現(xiàn)期高潮位根據(jù)杭州灣北岸潮位站資料插值推算得到，海塘前沿各重現(xiàn)期高潮位下對(duì)應(yīng)的同頻波高值采用設(shè)計(jì)風(fēng)速推算。圖5 中以測(cè)站或海塘前沿10～300 年一遇高潮位與同頻波高的連線(xiàn)為界，作為比較參考，潮位高于連線(xiàn)的點(diǎn)據(jù)則為高潮位對(duì)應(yīng)的重現(xiàn)期大于波高對(duì)應(yīng)的重現(xiàn)期，稱(chēng)為“潮高浪低”重現(xiàn)期組合，潮位低于連線(xiàn)的點(diǎn)據(jù)則為高潮位重現(xiàn)期低于波高重現(xiàn)期，稱(chēng)為“潮低浪高”重現(xiàn)期組合。

從圖5 中歷史臺(tái)風(fēng)逐時(shí)潮位和波高計(jì)算結(jié)果可知，絕大多數(shù)組合小于10 年一遇潮位與同頻波高的組合，其次是10 年一遇潮位以下和10 年一遇波高以上的組合。10～100 年一遇設(shè)計(jì)高潮位的逐時(shí)潮位和對(duì)應(yīng)的波高重現(xiàn)期組合僅2 次，呈現(xiàn)“潮高浪低”重現(xiàn)期組合。嘉興海塘逐時(shí)潮位和波高組合絕大數(shù)少于10 年一遇設(shè)計(jì)值，當(dāng)潮位在10～100 年一遇設(shè)計(jì)高潮位時(shí)，潮位和對(duì)應(yīng)的波高重現(xiàn)期組合僅2 次，3 處海塘出現(xiàn)“潮高浪低”重現(xiàn)期組合，與乍浦站的情況基本一致。

3.2.2 設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)登陸過(guò)程逐時(shí)潮位與波高組合 乍浦站及海塘前沿計(jì)算的逐時(shí)潮位與對(duì)應(yīng)的有效波高散點(diǎn)關(guān)系見(jiàn)圖6。可見(jiàn)，乍浦站10 年一遇設(shè)計(jì)高潮位以下的潮位及同頻以下波高組合占大多數(shù)，該設(shè)計(jì)潮位以下也出現(xiàn)波高重現(xiàn)期為10～300 年一遇的點(diǎn)；10～100 年一遇設(shè)計(jì)高潮位區(qū)間內(nèi)，逐時(shí)潮位及其對(duì)應(yīng)的波高重現(xiàn)期組合關(guān)系表現(xiàn)出“潮低浪高”“潮浪相同”和“潮高浪低”3 種重現(xiàn)期組合，其中“潮低浪高”占多數(shù)；100～300 年一遇高潮位時(shí)也同樣存在3 種重現(xiàn)期組合現(xiàn)象。在乍浦站風(fēng)暴高潮位的重現(xiàn)期超過(guò)300 年一遇的事例中，波高重現(xiàn)期總體少于300 年一遇，形成“潮高浪低”重現(xiàn)期組合。

圖6 設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)過(guò)程測(cè)站與海塘計(jì)算逐時(shí)潮位和有效波高聯(lián)合分布Fig.6 Joint distribution of calculated hourly tidal levels and their corresponding significant wave heights at the station and in front of the seawalls during landing of predicted typhoons

嘉興海塘前沿潮位較低時(shí)波浪會(huì)發(fā)生破碎，低潮位對(duì)應(yīng)的最大波高由破碎波高控制，隨著潮位的增加，波浪破碎逐漸變少，高于10 年一遇潮位以上時(shí)，各潮位產(chǎn)生的最大波浪均已不破碎。海塘前沿10～100 年一遇設(shè)計(jì)高潮區(qū)間內(nèi)，對(duì)應(yīng)的波高分布區(qū)間同樣為10～100 年一遇的范圍，“潮高浪低”和“潮低浪高”及“潮浪相同”3 種逐時(shí)潮位和波高重現(xiàn)期組合均有出現(xiàn)。100～300 年一遇高潮位范圍內(nèi)，嘉興東、西兩段，逐時(shí)潮位及其對(duì)應(yīng)的波高同樣出現(xiàn)“潮高浪低”“潮低浪高”和“潮浪相同”，但絕大多數(shù)為“潮高浪低”重現(xiàn)期組合情況，中段逐時(shí)潮位和波高只出現(xiàn)“潮高浪低”和“潮浪相同”重現(xiàn)期組合情況，無(wú)“潮低浪高”現(xiàn)象。超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和臺(tái)風(fēng)在杭州灣口登陸遇天文大潮高潮位及超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和強(qiáng)臺(tái)風(fēng)在浙中北遇天文高潮位時(shí)產(chǎn)生的逐時(shí)風(fēng)暴潮位有超過(guò)300 年一遇的潮位，但對(duì)應(yīng)的波高絕大多數(shù)不超過(guò)300 年一遇。由于嘉興海塘處于杭州灣內(nèi)部北岸，外海波浪由于灣口群島的阻擋無(wú)法進(jìn)入灣內(nèi)，從而無(wú)法對(duì)海塘前沿波浪產(chǎn)生影響，風(fēng)暴潮則可以從外海傳入杭州灣，增高海塘高潮位。以往沒(méi)有強(qiáng)臺(tái)風(fēng)或超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)在浙北登陸遭遇天文高潮位的事例，一旦發(fā)生則風(fēng)暴高潮位增高較大，波高增大較小，形成“潮高浪低”的局面，300 年一遇以上的高潮位屬于此類(lèi)型。

3.3 最高潮位和最大有效波高的重現(xiàn)期組合

3.3.1 歷史臺(tái)風(fēng)最高潮位和最大有效波高的重現(xiàn)期組合 1979—2021 年33 場(chǎng)登陸浙江歷史臺(tái)風(fēng)期間的最高潮位和最大有效波高（Hs）散點(diǎn)圖見(jiàn)圖7?？梢?jiàn)，乍浦站10 年一遇設(shè)計(jì)高潮位以下的潮位及同頻以下波高組合占大多數(shù)（約85%），10～100 年一遇設(shè)計(jì)高潮位區(qū)間高潮位僅1 次，這與乍浦站實(shí)測(cè)結(jié)果相一致，由9711 號(hào)臺(tái)風(fēng)在浙中溫嶺登陸遭遇天文潮高潮位產(chǎn)生，為“潮高浪低”點(diǎn)據(jù)散點(diǎn)分布，與逐時(shí)潮位、波高重現(xiàn)期組合關(guān)系基本相同。嘉興海塘逐時(shí)潮位和波高組合絕大數(shù)少于10 年一遇設(shè)計(jì)值，10～100 年一遇設(shè)計(jì)高潮位區(qū)間內(nèi)，高潮位和對(duì)應(yīng)的波高重現(xiàn)期組合僅1 次，即高潮位接近50 年一遇，對(duì)應(yīng)波高少于20 年一遇，3 處海塘出現(xiàn)“潮高浪低”重現(xiàn)期組合，與乍浦站的情況基本一致。

圖7 歷史臺(tái)風(fēng)期間測(cè)站與海塘的計(jì)算最高潮位和最大有效波高的聯(lián)合分布Fig.7 Joint distribution of calculated high tidal level and maximum significant wave height at Zhapu station and in front of the seawalls during landing of historical typhoons

3.3.2 設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)最高潮位和最大有效波高的重現(xiàn)期組合 設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)登陸遭遇不同天文潮位的80 次組合引起的最高潮位和最大有效波高見(jiàn)圖8。乍浦站最高潮位和最大波高組合多數(shù)小于10 年一遇，當(dāng)潮位在10～100 年一遇時(shí)，最高潮位和最大有效波高重現(xiàn)期關(guān)系存在“潮高浪低”“潮浪相同”和“潮低浪高”3 種現(xiàn)象（見(jiàn)表1）；當(dāng)潮位重現(xiàn)期在100～300 年一遇時(shí)，波高重現(xiàn)期為100～250 年，最高潮位與最大有效波高組合存在“潮高浪低”和“潮低浪高”兩種現(xiàn)象。

表1 設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生風(fēng)暴高潮位和波高的重現(xiàn)期分布（次數(shù)）Tab.1 Joint distribution of return period of storm high tidal level and wave height due to predicted typhoon (times)

圖8 設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)期間測(cè)站與海塘的計(jì)算最高潮位和最大波高聯(lián)合分布Fig.8 Joint distribution of calculated high tidal level and maximum significant wave height at Zhapu station and in front of the seawalls during landing of predicted typhoons

嘉興海塘（1#至3#）當(dāng)高潮位于10～100 年一遇時(shí)，最大波高的范圍為10～100 年一遇，海塘前沿最高潮位、最大有效波高重現(xiàn)期關(guān)系存在“潮高浪低”“潮浪相同”和“潮低浪高”3 種現(xiàn)象；潮位在100～300 年一遇時(shí)，西段最大波高100～300 年一遇，中段最大波高為20～100 年一遇，東段為最大波高50～200 年一遇，西段出現(xiàn)“潮浪相同”現(xiàn)象，中、東段則為“潮高浪低”，由于各海塘前最高潮位和最大波高出現(xiàn)時(shí)刻的差異，導(dǎo)致上述規(guī)律與逐時(shí)潮位和波高分布有所不同。當(dāng)高潮位超過(guò)300 年一遇，乍浦站與海塘前沿波高重現(xiàn)期總體上在300 年一遇以?xún)?nèi)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)天文潮-風(fēng)暴潮-臺(tái)風(fēng)浪數(shù)值模型，計(jì)算分析了歷史臺(tái)風(fēng)和設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)登陸浙江時(shí)在杭州灣北岸嘉興段產(chǎn)生的風(fēng)暴潮位過(guò)程和臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程，構(gòu)建了海塘前沿潮位和對(duì)應(yīng)波高的組合樣本。

（1）模擬的潮位和波高組合與海塘設(shè)計(jì)高潮位和同頻設(shè)計(jì)波高比較得出，歷史臺(tái)風(fēng)潮位和波高過(guò)程絕大多數(shù)組合少于10 年一遇潮位與同頻波高的組合，10 年一遇設(shè)計(jì)高潮位以上的逐時(shí)潮位和波高重現(xiàn)期組合為2 次，呈現(xiàn)“潮高浪低”重現(xiàn)期組合；最高潮位和最大波高組合中，高潮位超過(guò)10 年一遇的僅1 次，測(cè)站和海塘前沿呈現(xiàn)“潮高浪低”重現(xiàn)期組合。

（2）設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)登陸過(guò)程中，按照過(guò)程潮位與波高的組合，潮位為100～300 年一遇時(shí)，全海塘存在波高重現(xiàn)期等于潮位重現(xiàn)期的現(xiàn)象，東、西兩段海塘的潮位和有效波高重現(xiàn)期關(guān)系均存在“潮高浪低”“潮浪相同”和“潮低浪高”3 種現(xiàn)象，中段存在“潮高浪低”和“潮浪相同”。

（3）設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)過(guò)程最高潮位與最大有效波高的組合與過(guò)程組合不同，潮位在100～300 年一遇時(shí)，東、中段海塘潮位重現(xiàn)期雖高于波高重現(xiàn)期，但西段為高潮位和波高重現(xiàn)期相同，嘉興海塘存在“潮高浪低”和“潮浪相同”兩種現(xiàn)象。

（4）杭州灣嘉興海塘防御標(biāo)準(zhǔn)在100～300 年一遇時(shí)，海塘防浪標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期不應(yīng)低于高潮位的重現(xiàn)期。