鄭國(guó)誕，謝亞力，胡金春，陳韜霄

臺(tái)州溫嶺市風(fēng)暴潮淹沒(méi)危險(xiǎn)性分析

鄭國(guó)誕1,2,3，謝亞力1,2,3，胡金春1,2,3，陳韜霄1,2,3

（1.浙江省水利河口研究院，浙江杭州310020；2.浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州310020；3.浙江省河口海岸重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州310020）

利用MIKE21FM模塊建立了適用于臺(tái)州溫嶺市的高分辨率風(fēng)暴潮漫灘數(shù)值模式，以9711號(hào)臺(tái)風(fēng)路徑為基準(zhǔn)，分別以5 km為間隔向兩側(cè)平移，構(gòu)造各種設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)路徑，找到最不利登陸位置進(jìn)行風(fēng)暴潮計(jì)算，再利用SWAN計(jì)算不利路徑的堤前臺(tái)風(fēng)浪要素，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算越浪量，進(jìn)行潰堤判斷。最后將各路徑的淹沒(méi)計(jì)算結(jié)果取最大包絡(luò)，畫出6檔臺(tái)風(fēng)的風(fēng)暴潮淹沒(méi)范圍圖。結(jié)果表明：在最高等級(jí)的915 hPa時(shí)，由于沿海堤防幾乎全潰，因此處于沿海平原區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本受淹，隨臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度降低淹沒(méi)水深及范圍逐漸減小，最低等級(jí)的965 hPa時(shí)無(wú)淹沒(méi)，其他等級(jí)風(fēng)暴潮淹沒(méi)介于兩者之間。

風(fēng)暴潮；臺(tái)風(fēng)浪；淹沒(méi)；越浪量；潰堤

1 引言

臺(tái)州溫嶺市地處浙東南沿海臺(tái)州灣以南，東臨東海，南接玉環(huán)縣，西鄰樂(lè)清市，北連路橋區(qū)，島嶼較多，岸線較長(zhǎng)，海岸線總長(zhǎng)約316.3 km，擁有豐富的海洋自然資源。溫嶺市屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，受海洋氣象影響明顯，是熱帶氣旋頻繁活動(dòng)區(qū)域，易受臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮、近岸波浪的影響和侵襲[1]，導(dǎo)致水位暴漲、岸堤決口，淹沒(méi)農(nóng)田、圍區(qū)、廠房等，給溫嶺市沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重?fù)p失，同時(shí)也制約了當(dāng)?shù)睾Ｑ蠼?jīng)濟(jì)發(fā)展。如9417號(hào)、9608號(hào)、9711號(hào)和0414號(hào)等臺(tái)風(fēng)都造成了水利設(shè)施的損壞、人員的傷亡和大量的經(jīng)濟(jì)損失，因此開展風(fēng)暴潮淹沒(méi)分析工作對(duì)臺(tái)州溫嶺市海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展和防災(zāi)減災(zāi)工作有著十分重要的意義。

目前，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)風(fēng)暴潮漫灘、漫堤等進(jìn)行了大量的研究工作，且取得了一定的成果。吳瑋等[2]利用ADCIRC（A（Parallel）Advanced Circulation Model for Oceanic，Coastal and Estuarine Waters）模式計(jì)算了不同臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度等級(jí)的風(fēng)暴潮對(duì)臺(tái)州市的影響，在模式中充分考慮了一維海堤情況，并對(duì)不同強(qiáng)度的淹沒(méi)情況進(jìn)行了評(píng)估分析；殷杰等[3]采用了高精度洪水?dāng)?shù)值模型（FloodMap）構(gòu)建了兩處潰堤點(diǎn)6種重現(xiàn)期臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮潰堤情景，開展上海臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮淹沒(méi)情景模擬，結(jié)果顯示上海受臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害影響有限；朱軍政等[4]利用二維淺水方程建立錢塘江河口地區(qū)和杭州灣的風(fēng)暴潮溢流模型，探討風(fēng)暴潮出現(xiàn)溢流的計(jì)算方法，模擬了風(fēng)暴潮漫溢堤防的過(guò)程。國(guó)內(nèi)外還有眾多學(xué)者對(duì)風(fēng)暴潮災(zāi)害情況進(jìn)行了計(jì)算分析研究[5-9]，大部分以漫堤為主，但是隨著極端氣候的頻繁發(fā)生，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)發(fā)生的概率增大，海堤潰堤風(fēng)險(xiǎn)也隨之增大，不容忽視。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，建立了適用于臺(tái)州溫嶺市的風(fēng)暴潮和臺(tái)風(fēng)浪計(jì)算模型，利用越浪量進(jìn)行了海堤潰堤判斷，最后開展了不利路徑不同強(qiáng)度臺(tái)風(fēng)影響下的臺(tái)州溫嶺市風(fēng)暴潮潰堤淹沒(méi)情況計(jì)算。

2 風(fēng)暴潮模型簡(jiǎn)介

2.1 控制方程

本次計(jì)算模型采用丹麥水力學(xué)研究所的無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格平面二維模型MIKE21軟件FM模塊。采用三角形網(wǎng)格和四邊形網(wǎng)格的耦合計(jì)算模型，該模型網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)布設(shè)靈活，與岸線吻合良好，利于擬合堤防等復(fù)雜邊界線，便于局部加密，具有算法可靠、計(jì)算穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，已在很多工程中得到成功應(yīng)用。

基本方程包括一個(gè)連續(xù)性方程和兩個(gè)動(dòng)量方程：

式中：?為潮位；g為重力加速度；p、q分別為x、y方向上的垂線平均單寬流量；h為水深；Ω為科氏力參數(shù)；ρw為水密度；C為謝才系數(shù)；Pa為大氣壓力；f為風(fēng)摩擦系數(shù)；V，Vx，Vy分別為風(fēng)速及其在x、y方向的分量；Ex、Ey為渦動(dòng)粘性系數(shù)。

初始條件：

邊界條件：

（1）水邊界：?(x,y,t)=?*(x,y,t)帶“*”表示已知值；

（2）陸邊界：法向通量為0。

法線方向流速為零。

有了以上條件，就可用一定的離散格式求出方程的解。目前求解上述方程的數(shù)值計(jì)算方法很多，較為流行的有控制體積法、交替方向法（Alternating Direction implicit method，ADI）、破開算子法、直接差分法、特征線法和有限單元法等，MIKE21軟件FM模塊采用的是控制體積法顯式迎風(fēng)格式。

圖1 風(fēng)暴潮計(jì)算模型示意圖

圖2 研究區(qū)域網(wǎng)格圖

2.2 計(jì)算范圍及網(wǎng)格布置

模型計(jì)算范圍及網(wǎng)格如圖1和圖2所示，采用三角形網(wǎng)格和四邊形網(wǎng)格耦合的方法剖分計(jì)算域，其中對(duì)研究區(qū)域的堤壩及道路采用四邊形網(wǎng)格，其他區(qū)域采用三角形網(wǎng)格，由480 418個(gè)單元和246 395個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，臺(tái)州近海及陸上網(wǎng)格邊長(zhǎng)約50 m，外海邊界基本囊括臺(tái)風(fēng)第一警戒線，涵蓋渤海、黃海、東海、日本海、朝鮮海峽、臺(tái)灣海峽、長(zhǎng)江口、杭州灣及錢塘江，并對(duì)浙江沿海、臺(tái)州附近海域局部加密網(wǎng)格，椒江上游邊界至臨海上游7 km的三江村。坐標(biāo)投影統(tǒng)一采用北京54坐標(biāo)6度帶（中央經(jīng)線123°）。

2.3 邊界條件

外海邊界取靜壓水位疊加天文潮位，該潮位由全球潮波模型TPXO.6（網(wǎng)址為：http://csdms. colorado.edu/wiki/Data:TPXO6.2）推算求得，其中包含8個(gè)主要分潮M2、S2、K1、O1、N2、P1、K2、Q1，以及兩個(gè)長(zhǎng)周期分潮Mf和Mn。該模型的全球網(wǎng)格數(shù)為1 440×721，分辨率為0.25°，基本能夠構(gòu)造出外海深水處真實(shí)的天文潮過(guò)程，其式如下：

式中：ζ0為邊界處的潮位，ζp為邊界處?kù)o壓水位，i為1—10，分別對(duì)應(yīng)上述10個(gè)分潮，Ai、αi分別為分潮在3條邊界處的振幅和遲角，ωi為分潮的角頻率。

2.4 風(fēng)場(chǎng)和氣壓場(chǎng)

在風(fēng)暴潮計(jì)算中，臺(tái)風(fēng)場(chǎng)和氣壓場(chǎng)的計(jì)算是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。本次工作選用Jelesnianski模型風(fēng)場(chǎng)和氣壓場(chǎng)[10]，其式如下：

式中：R為最大風(fēng)速半徑；r為計(jì)算點(diǎn)到臺(tái)風(fēng)中心的距離；V0為臺(tái)風(fēng)移動(dòng)速度；WR為臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速；A=-[（x-xc）sinθ+（y-yc）cosθ]、B=（x-xc）cosθ-（y-yc）sinθ；（x，y）、（xc，yc）分別為計(jì)算點(diǎn)坐標(biāo)和臺(tái)風(fēng)中心坐標(biāo)；θ為流入角（計(jì)算中當(dāng)r≤R時(shí)θ取10°，當(dāng)r＞1.2R時(shí)θ取25°，其余的θ在10°和25°之間線性內(nèi)插）；P0為臺(tái)風(fēng)中心氣壓，P∞為無(wú)窮遠(yuǎn)處的大氣壓（計(jì)算中取1 010 hPa）；β為臺(tái)風(fēng)風(fēng)速距離衰減系數(shù)。

最大風(fēng)速計(jì)算使用Atkinson Hollidy提出的風(fēng)-壓關(guān)系式：

式中：P0為中心氣壓；R為最大風(fēng)速半徑；Rk為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，推薦值為40，也可由氣壓或風(fēng)速的擬合精度予以調(diào)節(jié)。

3 臺(tái)風(fēng)浪模型

3.1 基本方程

第三代淺海海浪數(shù)值模式（Simulating WAves Nearshore，SWAN）能夠描述在淺水區(qū)特定的風(fēng)、流和水下地形條件下的波浪場(chǎng)的演化?？刂品匠倘缦拢?/p>

式中：N為波作用量；σ為波的相對(duì)頻率；θ為波向；S項(xiàng)為源匯項(xiàng)。式中左端第一項(xiàng)為波作用量的局地變化；第二、三項(xiàng)為波作用量在地理空間上的傳播，其中Cx和Cy分別為波作用量在x和y方向上的傳播速度；第四項(xiàng)為由于水深和水流變化造成的相對(duì)頻率變化，其中Cσ為波作用量在頻率空間中的傳播速度；第五項(xiàng)為水深和流產(chǎn)生的波浪折射，其中Cθ為波作用量在波向空間中的傳播速度。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)于波的傳播和源項(xiàng)采用固定的時(shí)間步長(zhǎng)。

3.2 模型范圍

臺(tái)風(fēng)浪模型計(jì)算域西至廣東汕頭，南至臺(tái)灣島南端，東至日本，北至山東半島，大致范圍為21.5°—37°N、116.5°—129.5°E，計(jì)算域面積為2.21×106km2。計(jì)算域采用矩形網(wǎng)格并用4層嵌套逐步加密，其中大范圍的網(wǎng)格尺寸為8 000 m×8 000 m；第二層網(wǎng)格尺寸為2 000 m×2 000 m，覆蓋了杭州灣以南的浙江沿海；第三層網(wǎng)格尺寸為400 m×400 m，覆蓋了健跳至坎門的臺(tái)州外海；第四層網(wǎng)格尺寸為100 m× 100 m，覆蓋臨海至溫嶺沿海（見圖3），各層粗網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果同時(shí)為下一層細(xì)網(wǎng)格計(jì)算提供邊界條件。

臺(tái)風(fēng)浪計(jì)算采用的風(fēng)場(chǎng)模型與風(fēng)暴潮計(jì)算所用風(fēng)場(chǎng)一致，風(fēng)場(chǎng)計(jì)算采用的臺(tái)風(fēng)路徑、中心氣壓、最大風(fēng)速、最大風(fēng)速半徑等臺(tái)風(fēng)參數(shù)的取值均與風(fēng)暴潮計(jì)算相同。

圖3 臺(tái)風(fēng)浪計(jì)算網(wǎng)格

圖4 9711號(hào)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮位驗(yàn)證圖

4 模型驗(yàn)證

作為對(duì)一種大范圍海洋水體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的模擬，模型的驗(yàn)證必須建立在對(duì)較大范圍內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)值進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)上，同時(shí)，模型驗(yàn)證所選擇的臺(tái)風(fēng)也必須有代表性和典型性。本次主要驗(yàn)證在浙江或者福建登陸的對(duì)臺(tái)州影響較大的臺(tái)風(fēng)，如8707號(hào)、9417號(hào)、0414號(hào)“云娜”、0608號(hào)“桑美”、0908號(hào)“莫拉克”以及1323號(hào)臺(tái)風(fēng)“菲特”等，由于篇幅關(guān)系，本文僅羅列9711號(hào)臺(tái)風(fēng)的驗(yàn)證情況為代表，潮位驗(yàn)證見圖4，臺(tái)風(fēng)浪驗(yàn)證見圖5。

5 計(jì)算條件的確定

5.1 路徑選取

9711號(hào)臺(tái)風(fēng)是1949年以來(lái)影響溫嶺市最嚴(yán)重的、風(fēng)暴增水最顯著的典型臺(tái)風(fēng)，其過(guò)程最低氣壓920 hPa，登陸氣壓960 hPa，登陸地點(diǎn)在溫嶺南部，該臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)恰逢天文大潮高潮位，形成了沿海歷史最高潮位。0608號(hào)“桑美”臺(tái)風(fēng)是1949年以來(lái)登陸浙江氣壓最低，風(fēng)速最強(qiáng)的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，其過(guò)程最低氣壓915 hPa，登陸氣壓920 hPa，登陸地點(diǎn)為距溫嶺約170 km的蒼南，雖然由于其登陸時(shí)遭遇天文潮低潮位，且臺(tái)風(fēng)半徑較小，登陸點(diǎn)離溫嶺較遠(yuǎn)，對(duì)溫嶺造成的影響不是很嚴(yán)重，但如果將該臺(tái)風(fēng)登陸點(diǎn)北移至玉環(huán)、溫州一帶，且在大潮高潮位時(shí)登陸必然會(huì)形成溫嶺市極端高潮位.為了在同等條件下比較9711號(hào)臺(tái)風(fēng)和0608號(hào)臺(tái)風(fēng)路徑對(duì)溫嶺增水的影響程度，設(shè)計(jì)以下臺(tái)風(fēng)參數(shù)：設(shè)定兩條路徑臺(tái)風(fēng)氣壓均為915 hPa，且沿程不變；臺(tái)風(fēng)半徑均取35 km；將0608號(hào)臺(tái)風(fēng)平移至9711號(hào)臺(tái)風(fēng)相同的登陸位置。結(jié)果顯示9711型路徑和0608型路徑海門的最大增水分別為6.00 m、5.64 m，溫嶺石塘的最大增水分別為2.14 m、1.93 m可見9711型路徑增水相對(duì)較高，因此選定9711型路徑作為設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)路徑。

5.2 臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度

將臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度劃分為6檔，由于臺(tái)風(fēng)依據(jù)中心附近地面最大風(fēng)速來(lái)劃分等級(jí)，而風(fēng)暴潮模式的輸入?yún)?shù)為臺(tái)風(fēng)中心最低氣壓，因此依據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，建立臺(tái)風(fēng)中心最低氣壓和中心附近最大風(fēng)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1所示。

圖5 9711號(hào)臺(tái)風(fēng)期波浪驗(yàn)證

表1 臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度等級(jí)表

5.3 天文潮的疊加

一次風(fēng)暴潮過(guò)程的最大值可以發(fā)生在天文潮的任何時(shí)段，但是最大淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)是發(fā)生在風(fēng)暴增水疊加到當(dāng)?shù)靥煳母叱睍r(shí)。選取代表站（石塘驗(yàn)潮站）6—10月份19 a的逐月高潮平均值2.10 m作為天文潮控制條件。

5.4 潰堤判斷

潰堤處理在本模型中是一個(gè)難點(diǎn)，潰堤過(guò)程，潰堤何時(shí)發(fā)生很難準(zhǔn)確估計(jì)，它取決于潮位和浪高的綜合作用，同時(shí)潰堤寬度較難確定。一般把海堤結(jié)構(gòu)、風(fēng)暴潮位及堤前波浪情況三者作為是否潰堤的主要因子，較為理想的手段是針對(duì)研究區(qū)域內(nèi)各代表海堤開展波浪模型試驗(yàn)，用各級(jí)臺(tái)風(fēng)對(duì)應(yīng)的計(jì)算潮浪條件檢驗(yàn)海堤受損情況，研究其潰決過(guò)程，但由于模型試驗(yàn)工作量十分巨大，實(shí)際工作中很難做到。

海堤越浪量可體現(xiàn)海堤結(jié)構(gòu)、風(fēng)暴潮位及堤前波浪這三者的綜合效應(yīng)，越浪量過(guò)大是超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中海堤潰決的主因，越浪量與海堤潰決具有較明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此本次工作采用計(jì)算海堤越浪量作為是否潰堤的判據(jù)。

對(duì)于帶胸墻的斜坡堤采用《海港水文規(guī)范》（JTS145-2-2013）中的經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算越浪量：

對(duì)于直立堤采用《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》中的經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算越浪量：

無(wú)風(fēng)條件下：

有風(fēng)的越浪量為無(wú)風(fēng)條件下的越浪量乘風(fēng)校正因子K′：

式中：Wf取決于風(fēng)速的系數(shù)，具體參數(shù)詳見《海港水文規(guī)范》（JTS145-2-2013）和《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》。根據(jù)堤前各代表點(diǎn)的臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程及同步風(fēng)暴潮位，按上述公式計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)海堤的越浪量，并對(duì)照閥值確定是否潰堤，考慮到保護(hù)區(qū)重要程度，參考《浙江省海塘技術(shù)規(guī)定》，確定本次潰堤閥值越浪量取0.05 m3/（m·s）。

一旦判定潰堤，則設(shè)定潰堤在一瞬間完成，不考慮潰堤過(guò)程。潰堤后的高程取堤內(nèi)地面高程，潰堤長(zhǎng)度由分布于該段堤防的代表點(diǎn)的越浪量決定，每個(gè)代表點(diǎn)代表一段堤防長(zhǎng)度。

6 計(jì)算結(jié)果

6.1 臺(tái)風(fēng)路徑比選

針對(duì)6檔臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度，以選取的9711號(hào)臺(tái)風(fēng)實(shí)際路徑作為基準(zhǔn)位置，并分別以5 km為間隔向兩側(cè)平移，構(gòu)造各種設(shè)計(jì)臺(tái)風(fēng)路徑，進(jìn)行海平面條件下臺(tái)風(fēng)純?cè)鏊?jì)算，以尋求最不利（增水最大）的登陸位置。在溫嶺沿海布設(shè)金清、東海塘、松門、石塘、東浦、擔(dān)嶼、江廈共7個(gè)代表點(diǎn)（見圖6）分析其增水大小。

計(jì)算結(jié)果見表2，對(duì)于面向東海的前6個(gè)代表點(diǎn)基本是在臺(tái)風(fēng)登陸點(diǎn)右側(cè)最大風(fēng)速半徑處出現(xiàn)增水最大值，等級(jí)最高的915 hPa臺(tái)風(fēng)時(shí)其最大增水3.5—5.8 m，等級(jí)最低的965 hPa臺(tái)風(fēng)時(shí)其最大增水1.7—3 m。對(duì)于面向樂(lè)清灣的江廈代表點(diǎn)，其增水是由外海風(fēng)暴潮經(jīng)樂(lè)清灣口傳入后在樂(lè)清灣沿岸形成，故增水最大值受控于樂(lè)清灣口的增水最大值，因此臺(tái)風(fēng)路徑需進(jìn)一步南移該點(diǎn)才出現(xiàn)增水最大值，由于位于樂(lè)清灣頂水體堆積，該處增水最大可達(dá).1 m，即使在965 hPa臺(tái)風(fēng)時(shí)增水仍超過(guò)3.3 m。

6.2 兩潮耦合計(jì)算

通過(guò)路徑比選，每檔臺(tái)風(fēng)均篩選出了最不利的臺(tái)風(fēng)路徑。將這些不利路徑臺(tái)風(fēng)疊加當(dāng)?shù)嘏_(tái)風(fēng)期平均高潮位（石塘2.10 m）的天文潮過(guò)程，并使最大增水遭遇天文高潮位，進(jìn)行兩潮耦合風(fēng)暴潮計(jì)算。各海堤前沿的計(jì)算結(jié)果見表3，海堤位置見圖7。

封閉海灣的灣頂附近，水體易于堆積，而后者位于灣口附近。在面向樂(lè)清灣的海堤中，由于靠近灣頂，風(fēng)暴高潮位較高，在915 hPa，臺(tái)風(fēng)時(shí)達(dá)到8.15 m，在965 hPa，臺(tái)風(fēng)時(shí)為5.81 m，但該地風(fēng)浪較小，且浪向基本離岸或順岸方向，因此樂(lè)清灣中不考慮潰堤，只計(jì)算當(dāng)潮位高于堤頂后的漫堤淹沒(méi)。

6.3 臺(tái)風(fēng)浪計(jì)算

根據(jù)風(fēng)暴潮中確定的針對(duì)不同區(qū)域的不利臺(tái)風(fēng)路徑分別計(jì)算溫嶺沿海臺(tái)風(fēng)浪，所采用臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)與風(fēng)暴潮的相同，臺(tái)風(fēng)浪計(jì)算時(shí)疊加風(fēng)暴潮位背景場(chǎng)。

圖6 增水代表點(diǎn)位置圖

圖7 海堤位置圖

根據(jù)臺(tái)風(fēng)浪計(jì)算結(jié)果，選取受向岸浪作用的海堤進(jìn)行潰堤判斷，其他海堤按漫堤情形進(jìn)行淹沒(méi)計(jì)算。各堤位置見圖7，堤前最大有效波高列于表4。由表可見：黃礁門、擔(dān)嶼堤前波高相對(duì)較大，因該海堤向東面朝開敞海區(qū)，無(wú)島嶼或岸線掩護(hù)，其有效波高在915 hPa臺(tái)風(fēng)時(shí)達(dá)到3.6 m；上箬堤因其朝向南，且堤線內(nèi)凹波浪不易傳入，其最大有效波高小于1.7 m；其他海堤的波高介于兩者之間。

6.4 風(fēng)暴潮淹沒(méi)計(jì)算結(jié)果

針對(duì)6檔臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度及各區(qū)域的不利路徑進(jìn)行風(fēng)暴潮淹沒(méi)計(jì)算，其中受向岸浪作用的海堤按潰堤考慮，非向岸浪作用的海堤或無(wú)堤防的岸段以及經(jīng)計(jì)算不潰的海堤均按漫堤考慮。潰堤計(jì)算時(shí)，將網(wǎng)格地形設(shè)為鎮(zhèn)壓層或堤內(nèi)地面高程，通過(guò)設(shè)定“門”在某一時(shí)刻開啟來(lái)模擬潰堤現(xiàn)象。漫堤計(jì)算時(shí)，將網(wǎng)格地形設(shè)為海堤堤頂高程作為防潮高程，不考慮擋浪墻的防潮功能，即假設(shè)擋浪墻在風(fēng)暴潮來(lái)時(shí)已經(jīng)

損毀，當(dāng)外海水位高于堤頂時(shí)自然漫溢。其中潰堤判斷則根據(jù)之前所述按越浪量0.05 m3/（m·s）的閥值判斷，如根據(jù)前面越浪量計(jì)算公式計(jì)算，如果堤前波浪較小，根據(jù)計(jì)算越浪量沒(méi)達(dá)到0.05 m3/（m·s）或者為離岸浪，則不潰堤。在915 hPa超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，除了受島嶼或岸線掩護(hù)較好的神址、上箬海堤，以及堤防標(biāo)準(zhǔn)較高的黃礁門海堤外，其余海堤均全潰或大部潰決；隨臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度降低潰堤岸段逐漸減少，955 hPa臺(tái)風(fēng)時(shí)已不存在全潰海堤，不潰岸段的比例遠(yuǎn)高于潰堤岸段；965 hPa臺(tái)風(fēng)時(shí)所有海堤均不潰，潰堤判斷結(jié)果見表5。

表2 各檔臺(tái)風(fēng)最不利路徑（單位：km）及其最大增水（單位：m）

表3 各級(jí)臺(tái)風(fēng)各不利路徑時(shí)的最大風(fēng)暴潮位（單位：m）

表4 各級(jí)臺(tái)風(fēng)不利路徑時(shí)海堤前沿的最大有效波高（單位：m）

表5 各海堤潰堤判斷結(jié)果

圖8 不同氣壓下臺(tái)風(fēng)淹沒(méi)范圍圖

將各路徑的淹沒(méi)計(jì)算結(jié)果取最大包絡(luò)，6檔臺(tái)風(fēng)的風(fēng)暴潮淹沒(méi)范圍分別見圖8。由圖可見，在最高等級(jí)的915 hPa時(shí)，由于沿海堤防幾乎全潰，因此處于沿海平原區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本受淹，其中東海塘圍區(qū)、東浦鎮(zhèn)、觀岙、擔(dān)嶼圍區(qū)、樂(lè)清灣沿岸受淹嚴(yán)重，橫河、濱海、箬橫、新街、松門由于東海塘后的二線塘保護(hù)受淹相對(duì)較輕。隨臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度降低淹沒(méi)水深及范圍逐漸減小，最低等級(jí)的965 hPa時(shí)無(wú)淹沒(méi)，其他等級(jí)風(fēng)暴潮淹沒(méi)介于兩者之間。

7 結(jié)論與不足

7.1 結(jié)論

（1）本文以遭受風(fēng)暴潮災(zāi)嚴(yán)重的臺(tái)州溫嶺市為例，以9711號(hào)臺(tái)風(fēng)路徑為基礎(chǔ)，利用MIKE21FM模塊進(jìn)行風(fēng)暴潮計(jì)算，通過(guò)平移路徑計(jì)算不同堤段的最大增水，構(gòu)造出對(duì)臺(tái)州溫嶺市各堤段最不利的不同強(qiáng)度等級(jí)臺(tái)風(fēng)路徑，在方案計(jì)算中，利用SWAN模式構(gòu)建臺(tái)風(fēng)浪模型計(jì)算不同強(qiáng)度不同路徑下堤前波要素，以越浪量因子作為潰堤判斷依據(jù)，最后計(jì)算分析了不同強(qiáng)度臺(tái)風(fēng)下臺(tái)州溫嶺市的最大淹沒(méi)范圍，對(duì)當(dāng)?shù)氐暮Ｑ蠓罏?zāi)以及產(chǎn)業(yè)布局有著重要的指導(dǎo)意義。其中利用臺(tái)風(fēng)浪模型和風(fēng)暴潮模型，綜合計(jì)算越浪量，來(lái)進(jìn)行潰堤判斷，并以設(shè)定“門”在某一時(shí)刻開啟來(lái)模擬潰堤現(xiàn)象為本文的創(chuàng)新之處；

（2）通過(guò)眾多方案的風(fēng)暴潮和臺(tái)風(fēng)浪計(jì)算，可知在最高等級(jí)的915 hPa時(shí)，由于沿海堤防幾乎全潰，因此處于沿海平原區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本受淹，其中東海塘圍區(qū)、東浦鎮(zhèn)、觀岙、擔(dān)嶼圍區(qū)、樂(lè)清灣沿岸受淹嚴(yán)重，橫河、濱海、箬橫、新街、松門由于東海塘后的二線塘保護(hù)受淹相對(duì)較輕。隨臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度降低淹沒(méi)水深及范圍逐漸減小，最低等級(jí)的965 hPa時(shí)無(wú)淹沒(méi)，其他等級(jí)風(fēng)暴潮淹沒(méi)介于兩者之間。

7.2 不足

（1）本文構(gòu)造的臺(tái)風(fēng)路徑偏不利且增水是疊加至當(dāng)?shù)靥煳母叱?，為“不利”加“不利”雙重疊加，結(jié)果可能會(huì)偏保守；

（2）越浪量的計(jì)算采用規(guī)范所列的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，而實(shí)際中影響越浪量的因素較多，公式計(jì)算存在誤差，且目前潰堤過(guò)程概化較為簡(jiǎn)略，這些不足將在今后研究中逐步改善。

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Inundation risk assessment of typhoon storm surge along Taizhou Wenling City

ZHENG Guo-dan1,2,3，XIE Ya-li1,2,3，HU Jin-chun1,2,3，CHEN Tao-xiao1,2,3
（1.Zhejiang Institute of Hydraulics and Estuary,Hangzhou 310020 China; 2.Zhejiang Institute of Marine Planning and Design,Hangzhou 310020 China; 3.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Estuary and Coast,Hangzhou 310020 China）

The typhoon storm surge is the main type of natural disasters in Wenling city.So it has a very important significance to analyze the storm surge inundation risk.In this paper,the MIKE21FM module was used to establish a high-resolution storm surge floodplain numerical model which was applicable to Wenling City. Based on the Typhoon“9711”,the value 5 km as the intervals on both sides of pan was used to construct various design typhoon path,in order to find the most unfavorable landing position to calculate the storm surge,and then the SWAN model was used to calculate the wave elements of the most unfavorable landing position.The empirical formula was used to calculate overtopping discharge to judge dike break.Finally,the largest envelope value from the calculated result was used and drew the storm surge submerged area map under six-speed typhoon.At the highest level 915 hPa,dike of coastal was almost broken,and the rural communities along the coastal were basically flooded,while there was no flooding at the lowest level 965 hPa,and the flooding extent at other grades of the storm surge were in between.The typhoon intensity was decreased with depth and scope of the drowned gradually.

storm surge;storm waves;flooding;overtopping;dike break

P731.23

：A

：1003-0239（2016）06-0040-11

10.11737/j.issn.1003-0239.2016.06.005

2016-05-26

水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201401010）；浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014C33057）。

鄭國(guó)誕（1986-），男，工程師，碩士，主要從事河口海岸水動(dòng)力學(xué)及海洋災(zāi)害防洪等研究。E-mail:12971414@qq.com