天津沿海風暴潮災成因分析及防潮減災對策

高 瑩，張鴻翔

（天津市水文水資源勘測管理中心，天津 300061）

天津沿海風暴潮災成因分析及防潮減災對策

高 瑩，張鴻翔

（天津市水文水資源勘測管理中心，天津 300061）

概述了天津的歷史風暴潮及潮災，對天津沿海風暴潮進行了成因分析，引用了大量有關風暴潮的實例資料，對天津沿海的潮汐特性、致災因素和防潮減災提出了具體的建議。有些論點、論據是首次提出的。可供防潮決策部門參考。

風暴潮；成因；防災措施

1 引言

風暴潮是常見的自然災害之一，天津沿海是風暴潮易發地區。隨著天津市濱海新區的設立和地域經濟的飛速發展也對防潮、減災工作提出了更高的要求。

天津沿海有海河、獨流減河、永定新河三大河口和137.2 km長的海岸線。1958年建成海河防潮閘，此后獨流減河建成工農兵閘，2009年永定新河河口閘建成。三大河口的防潮功能和海擋的加高加固工程使得天津沿海防潮能力有了大幅度的提高。但是抵御風暴潮的工作目前仍存在薄弱環節，如地面下沉引發的防潮能力衰減和特大風暴潮對沿海地區可能造成潮災的潛在威脅依然存在。所以需要對天津沿海風暴潮的特性和成因分析，應用“以防為主、防重于搶”的防潮理念，作出有效的應對措施，可以在遭遇大風暴潮時，把災害程度降至最低。

2 天津沿海風暴潮概述

中國近代史天津沿海的風暴潮。1895年4月28～29日（農歷四月初三、四）天津沿海發生了罕見的風暴潮，據當時的天津《直報》記載：“東南風如吼，時雨時止，入夜風益怒號，雨如瀑布”塘沽沿海海浪高7 m，高潮越過新河，船只被沖走，“塘沽漂沒土屋千數百家”。因大沽基點是1902年啟用的，此前尚無大沽基面，據分析推算1895年的風暴潮最高潮位相當于大沽基面潮位5 m左右。

1938年8月11日（農歷七月十六日），渤海灣有六級以上的東北風，天津市日降水量為131.3 mm，高潮位4.80 m，渤海灣西岸大部地區潮水入侵20～30 km，塘沽沿海村莊被淹，蛭頭沽大潮入戶。

1939年8月31日（農歷七月十七日），風暴潮最高潮位4.60 m，此次風暴潮為8月底煙臺臺風北上、在塘沽一帶登陸。大潮上溯海河，并與上游洪水下泄在軍糧城中心莊一帶遭遇，致使潮、洪泛濫成災。河口最高潮位4.63 m。1939年風暴潮為典型的洪潮遭遇型，造成碼頭被淹、瀕海房屋被水沖刷、村落成墟、人畜隨洪濤而去不可勝記（《巳卯水災見聞錄》1941年）。

1985年8月19日（農歷七月初四）受“8509”臺風影響，在8月19日17時46分海河閘下觀測到最高潮位5.50 m（測站凍結基面），經沉降訂正后為大沽基面潮位4.40 m。根據天文潮汐計算，最大增水值為1.40 m。“8.19”風暴潮造成天津沿海的巨大潮災。高潮位漫過防潮閘上溯海河。潮水漫過海擋部分，海擋被沖毀，寧車沽、北塘等有3279戶居民被淹泡，港務局碼頭貨位被淹泡，直接經濟損失5500多萬元。

1992年8月底，受16號臺風影響，天津沿海發生了自1895年以來最大的風暴潮。9月1日17時36分～17時40分，海河閘下測到最高潮位6.14 m（測站凍結基面），經沉降訂正后為大沽基面潮位4.83 m。比1985年“8.19”風暴潮最高潮位高0.43 m。這次風暴潮塘沽區受淹總面積達27.6 km2。淹泡深度0.5～1.5 m。全市經濟損失3.99億元人民幣。

3 天津沿海風暴潮特性及成因分析

明代杰出的愛國科學家徐光啟晚年來天津濱海平原屯田期間，就注意到天津沿海的潮災不亞于江南，所以說：“潮患與東南等，特未享其利，故未睹其害耳：唯仲秋之潮，挾風而至者，則西北所少；而西北之雨多在伏秋之間也”（農政全書卷12《水利》）。徐光啟揭示了天津沿海風暴潮的特點，渤海灣岸僅有大潮而沒有大面積的向岸風就不易形成風暴潮，如兩個因素具備又加上伏秋之間的暴雨則可形成更加巨大的風暴潮。

從大量的歷史資料分析，形成風暴潮的主要因素有天文因素和氣象因素：

（1）天文因素

潮汐是受太陽、月亮的引力作用而形成的一種海水升降運動，因距地球距離的不同，月球相應的作用力是主要的。其中隨地球、月球的運行軌道不同合力、分力的不同而產生潮高和潮差的不同。因天文潮隨月相而變，這和我國的農歷相符合。農歷的朔（初一）望（十五）因太陽、月球合力作用會出現天文大潮，在潮位上表現為高潮高、低潮低的所謂朔、望大潮。在農歷的上弦月（初八）、下弦月（二十三）時受太陽、月球引潮力分力作用的影響，故出現高潮不高、低潮不低的“平潮”。根據地球圍繞太陽的運行軌道分析，農歷的春分和秋分點，地球距太陽最近，太陽引力最大。太陽和月球的引潮力疊加，所以在農歷的春分、秋分前后均會發生大潮。由于潮汐作用力主要是月球對各地海域的引潮力而產生。由于海岸和海底地貌特點，使海水在水平引潮力作用時受到很大的摩擦力，而使各地的高潮并不在月中天時出現，大潮的發生時間也往往推遲到朔、望后的一、二天。一月中的最高潮出現在農歷的初二、初三和十六、十七兩日。從五百年來渤海歷史風暴年表中也發現，風暴潮的時間基本是在朔、望及其前后的二、三日的大潮期間。

（2）氣象因素

持續的強向岸風對大風暴潮的發生是起決定性作用的。從天津沿海風暴潮發生時間上看，基本在7～10月、2～4月的7個月間。而頻率最大的月份是8月前后。在這些月內受太平洋副熱帶高壓的影響，降水集中，地表徑流對近海水量起到增量作用。而8月前后的風向主要是東風、南風、東南風。天津沿海地處渤海西岸，東北風、東風和東南風均為向岸風，據有關風向資料統計：向岸風的比例為37%。如果向岸風風速大、持續時間長，必將驅使海流向海岸輸送，而且風所作用的面積愈大，則風傳遞給波浪的能量也愈大。渤海是封閉的淺海，平均水深約為18 m，渤海海峽向東偏南方向，朝向黃海，持續的東風大風使黃海北部的海水涌入渤海，使西部海水猛增而形成渤海西岸的大浪潮。風向、風速和風程是風暴潮形成和量級的重要因素。

1985年8月14日，臺風在西太平洋上生成后，沿我國東部沿海向西北方向移動，移速為25 km/h，經山東半島進入渤海灣。其后轉向遼東半島登陸。臺風方向對天津沿海來說是正東方向的向岸風，形成0.86 m的最大增水值。

1992年9月1日2時，16號臺風進入渤海灣。該風暴與渤海西部海岸平行，此時渤海受熱帶風暴前半部偏東氣流影響，形成持久的向岸風，北方有冷空氣進入，減慢了16號臺風繼續北上的速度，增加了風暴在渤海的滯留時間，相應地加大了東風的強度和持續時間，為強潮提供了有力條件。8月31日～9月2日，渤海灣持續偏東大風，根據石油鉆井平臺氣象觀測風速大于26 m/s的偏東大風持續了24 h。9月1日風暴潮發生期，六號鉆井平臺出現氣壓最低值，低壓中心所形成的海水隆起也有利于潮水向岸邊的輸送。9月1日又正值“朔日”后的大潮期和農歷的“秋分”期。所以諸多因素組合使“92、91”風暴潮成為自1895年以來最大的風暴潮。9月1日14時，閘下潮位僅為大沽高程水位2.30 m，到16時30分潮位漲至4.52 m，2個半小時漲位上漲了2.22 m，上漲率為0.89 m/h。至17時42分，風暴潮出現極值高潮位4.83 m。“92、91”風暴潮因強向岸風的風程長、風場大、風力大和持續時間長成為形成風暴潮的氣象因素最有利的組合，另外還有天文大潮期的共同作用，從而形成了百年一遇的特大風暴潮。

（3）臺風和暴雨

臺風是從海洋形成的一種逆時針旋轉的氣旋，在登陸后會逐漸減弱以至消失。但臺風本身環流會帶來暴雨，它所攜帶的大量水汽在遭遇到冷空氣時會形成冷暖交替的“鋒面”成為暴雨。登陸臺風隨地形的增高在山前或峽谷地帶也會形成大的降水過程。1939年7月24～28日，受黃河下游登陸北上臺風的影響，在潮白、北運、永定和大清河中下游區域形成大面積的暴雨區。在北京西北的昌平一帶大于400 mm的雨區籠罩面積在1000 km2，大于300 mm的雨區在7000 km2。昌平的最大一日暴雨為248 mm（7月25日），連續5日暴雨量為515 mm。昌平7～8月總降水量達1137.2 mm。7月25日21時永定河三家店實測流量為4665 m3/s。臺風登陸在塘沽附近，8月31日形成風暴潮，洪、潮相會于軍糧城中心莊，造成洪、潮泛濫成災，這是臺風引發的洪、潮結合最典型的事例。

從1958年海河閘建成，2009年永定新河河口閘建成，風暴潮上溯河道的現象消除。在每年的7～9月洪水季節，發生風暴潮，高潮位對河道洪水下泄帶來不利的泄流條件，洪、潮遭遇仍會帶來潛在的威脅。

4 風暴潮和潮災

風暴潮是造成風暴潮災的主要成因。但風暴潮不一定會發生潮災。沿海的海擋或防潮閘等防潮工程也會大幅度減輕或消除風暴潮災。

地面高程是風暴潮成災的主要因素。天津市是嚴重的地沉區，由于水資源的緊缺和地下水的嚴重超采，造成了大面積的地面下沉。地面標高的損失加大了風暴入侵的機遇，地面沉降區內的防潮工程如海擋、防潮閘同步沉降使其防潮能力大幅度降低。在嚴重的地沉區，地面下沉引起重大潮災已成為重要的誘發成因，可能造成“無災變有災、小災變大災”的嚴重后果。

超采地下水引發的地沉問題。天津市由于地下水超采，造成地下水位逐年下降，漏斗區逐年擴大，引起地面嚴重下沉，特別是引灤工程以前，地沉問題尤為嚴重。上世紀70年初開始，本市地下水開采量逐年遞增。地下水的開采量從六十年代的0.6億m3增至1.17億m3，到1982年達1.26億m3。到八十年代末平原地下水埋深已下降了近60 m。1959～1982年的24年間天津市的累積沉降量已達2.16 m。而地面沉降最嚴重的是塘沽區，居全國第一位、世界第七位。塘沽區海河閘從1958年建成至2007年累積沉降量已達1.679 m。其中最大年沉降量已達0.149 m（1981～1982年）。海河閘原設計閘門頂高大沽高程5.0 m。按1992年“9.1”風暴潮計，海河閘還有0.17 m的安全量。但到1992年海河閘門頂高已沉降至3.69 m，所以造成“9.1”風暴潮高潮水位時海水倒漾事件。塘沽新港碼頭原設計高程4.6～4.8 m（大沽高程），1985年“8.19”風暴潮碼頭淹泡水深為0.23 m，1992年“9.1”風暴潮淹泡水深已達0.46 m。天津沿海擋也處在地沉區，同樣和周邊地區同步沉降，地沉使風暴潮的災害程度相應增加，特別是海河閘原設計防潮能力可達百年一遇，但至2007年閘門頂高也沉降至大沽高程3.321 m。按沿海潮位P─Ⅲ曲線計算分只相當于一年一遇。近年來海河閘海水倒漾事件每年均有發生。若再遭遇1992年“9.1”風暴潮型的高潮，海水漫頂將超過1.5 m。所以地面沉降已使海河閘的防潮功能也大幅度衰減，以致可能成為風暴潮侵入海河河道的潮水通道。因此地面下沉對防潮帶來的影響是個應引起重視的問題。

5 風暴潮災的防范與減災措施

5.1 熟悉風暴潮規律，了解地域特性

臺風和向岸風引起的增水是風暴潮的主要形成因素。臺風是有“生命”的。有它的生成期、發育期、成長壯大期以致衰減期和消失期。臺風在運行過程中積聚了大量的水氣和能量。臺風的入侵能量的釋放帶來了風災和增水形成風暴潮，水氣的凝結下落成雨往往形成暴雨造成水災。我國的臺風登陸大多發生在東南沿海和臺灣、海南島，只有北上的臺風進入渤海灣的河北、山東、遼寧和天津沿海時才能形成當地的風暴潮。從1886～1972年的88年中進入以上地域的臺風只有7次，幾率并不大。但向岸風是經常發生的，每年7～8月的向岸風在天津沿海占到近40%，強向岸風疊加天文朔望大潮產生的高潮位發生幾率相對要大得多。因此只要及時了解臺風的動向如臺風行進路線、強度等信息就可對臺風是否對天津沿海造成威脅作出預判。如臺風日期若恰逢朔、望大潮就該引起關注了。向岸風和朔、望潮的結合，也應引起重視。

因天津沿海及各河口朝向不同，向岸風是有能量和方向的矢量，朝向不同向岸風的作用力是不同的。偏東大風均是向岸風，對于海擋來說東風作用力最大，其次是東南風和東北風。對各河口和河口的走向有關。偏西風一般是減水作用，了解了這些風暴潮的規律和向岸風的作用，對于風暴潮的發生機遇和致災成因可以有進一步的了解。

5.2 做好風暴潮防治的工程措施

天津沿海的海擋和各河口的防潮閘工程是抵御風暴最有效的工程措施。但由于地沉因素的影響，使得這些防潮工程的效益有大幅度的衰減。如海河閘，其工程效益是擋咸蓄淡、防洪、防潮，建閘38年來起到了顯著效益。由于該閘地處嚴重的地沉區，防潮能力已由建閘時的百年一遇降至現在的一年一遇。海擋高程為大沽高程4.5～6.0 m。而海河閘閘頂高程2008年只有大沽高程3.30 m。一般大的天文潮就會漫頂，防潮水平大打折扣。做為海河干流的防潮閘應盡快采取措施，通過工程改造提高閘門高程，并恢復原來防潮的設計標準。因地沉仍在繼續發生，長此下去防潮功能將更加衰減，最不利的狀態可能使其成為風暴潮入侵海河的通道。

海擋建設和工程建設應充分考慮沉降因素，在確定海擋建設高程時提前預留可能發生的沉降量，延長安全使用期。

在海擋建設中，建議在海擋迎風面增加防浪設施以加強海擋防風浪沖擊的安全度。

對沿海各河口的防潮閘，建議根據地沉因素，對現在的防潮水平進行重新核定，并采取相應的工程措施，提高各河口閘的整體防潮能力。

對于海擋的科學管理，建議在海擋的不同堤段設立地沉觀測點，定時監測高程變化，及時作出補救措施。

在海擋的工程管理上，據了解目前有水利系統管理的，但也有地方、企業的管轄段。為了統一管理、加強海擋的整體管理水平，建議進行統一管理，有利提高防潮的整體性。

百礦復墾披綠行動，通過大力投入資金，引入先進技術手段，恢復了毀損山體，改善了生態環境。對于生產礦山，礦山企業作為實施主體，按照綠化方案，及時開展礦山綠化工作，確保完成綠化任務；對于治理責任主體滅失的礦產地，由財政安排專項資金治理，與山水林田湖生態保護恢復項目有機結合，鼓勵社會資本參與，積極開展復墾披綠。調研發現，2016-2017年，累計投入資金6.8億元，集中綠化礦山181家，恢復損毀山體面積14km2。

5.3 控沉措施

地面下沉是除風暴潮的天文、氣象因素等致災成因外最主要的人為致災因素。過度開采地下水是地沉的主要因素，這是不爭的事實。作者收集了海河閘從1958年建閘以來閘站共同的水準點（大閘點和閘東甲點）高程變化分析。其中1958～1970年年均沉速為0.017 m，1971～1980年年均沉速為0.052 m，1981～1990年年均沉速為0.047 m，1991～2000年年均沉速0.028 m，2001～2007年年均沉速為0.022 m。其中最大連續5年年平均沉速為0.089 m，年最大沉速為1981～1982年達0.122 m。在引灤通水工程建成前，由于天津塘沽區過度開采地下水、漏斗區擴大、地沉嚴重，1983年9月引灤工程輸水入津，特別是引灤入塘工程建成輸水，又對地下水的開采進行了限采、控采和封井措施，地下水得到逐漸蓄養，地沉問題得到了有效的控制。1991～2007年地沉速率為年沉速0.020 m，已接近上世紀五、六十年代水平。控沉的關鍵在于對地下水開采的控制，引灤輸水已26年，南水北調天津輸水工程已基本就緒，所以要充分利用地表水資源和本地水資源的開發利用率和水的重復使用率以及海水利用和中水利用，以使地下水的控采得到保證。

5.4 做好防治風暴潮的基礎工作

5.4.1 風暴潮位的計算和基礎考證

每當風暴潮過后人們都會關注最高潮位是多少，細心的人們往往會注意到，不同單位和部門對同一個風暴潮的最高潮位有著不同的高潮水位值。如1985年“8.19”風暴潮天津市水利局海河閘公布的最高潮位是大沽測站凍結基面5.50 m。六米潮位站、大沽測站凍結基面之間究竟是什么關系？經過作者翻閱了大量歷史資料和有關高程系統的資料，經分析結果顯示：在1958年海河閘建閘后，六米潮位站的潮位資料曾有近二十多年曾匯入天津市水文系統的水文年鑒中，六米潮位站用的是“海圖”基面。和水文系統的大沽基面差為1.0 m。即六米站潮位減1.0 m即為海河閘下潮位。由于海河閘站和六米潮位站均在地沉區，但對地沉的資料訂正處理并不相同。據了解六米站根據年沉降量逐年訂正，所以保持了潮位資料相對于海圖基面的穩定和連續性。而海河閘的潮位應用原建站時的水準點初始高程不再變動，也就是所說的測站大沽凍結基面。水利系統一直沿用的大沽基面和測站大沽凍結基面也不是一回事。海河閘下的潮位需根據每年水準點的沉降值作逐年訂正后才能成為連續的大沽高程系列資料。

例如：1985年“8.19”風暴潮最高潮位海圖基面最高潮位值為5.41 m，換算為大沽基面值為4.41 m。同期海河閘下最高潮位5.50 m加該年地沉訂正值-1.10 m，為大沽基面最高潮位4.40 m。通過基面差的換算和沉降訂正處理同為大沽基面，既可避免誤導又使資料具有可比性。基面換算與沉降訂正是一項非常重要的基礎工作，但很少有人做這方面的工作。

5.4.2 單站風暴潮預報的設想

單站水文預報在上世紀五、六十年代的水文工作中是廣泛開展過的水文業務，曾取得很好的效果。如今單站風暴潮預報我們認為是可行的。隨著科技信息化的發展，風暴潮的預報已是常見的工作。但單站的風暴潮位預報仍有著實用價值。風暴潮預報還涉及不到潮位的增水值。一般防潮閘下不僅只是潮位，而又為河道的閘下水位，對河道泄洪又有直接影響。而且防潮閘下的潮位預報方案已經具備了相當的資料基礎。以海河閘為例：海河閘已建閘38年，具有經歷過多次風暴潮的資料。天文潮有潮汐表可以做基礎，統計每次風暴潮的增水值和風力、風向等可以收集到的輔助資料，可以制作相關圖表，建立相關關系，這樣可以用于今后的風暴潮預報，結合本站歷史資料分析，通過建立預報模型和歷史資料作出風暴潮對于閘下潮水的增水值和可能出現的最高潮位。此項工作雖有些工作量和工作難度，但是完全可以做到的。

5.4.3 天津市沿海風暴潮的預警體系

建立風暴潮的預警體系，首先要樹立“防重于搶”的理念。而關鍵在于領導決策層。“防”的內容包括高標準的防潮工作措施、行之有效的防災預警方案、準確及時的潮情信息收集系統以及防災隊伍的組織建設和對潮災的預盼能力等。這些工作做好了，可以起到“大災變小災、小災變無災”的效果，就是出了不可抗拒的特大風暴潮，也可把災情損失降到最小。抗災、救災是自然科學，也是一門人文科學。要貫徹“以人為本”的思想。要有危機感才可能防患于未然。

6 結語

天津市已建成濱海新區，中新生態城也正在興建之中。濱海新區是經濟高度發達地區，經濟的飛速發展與和諧社會，均需要以安全作為基本條件。防潮工作一旦出現疏漏，損失將是巨大的。因此需要廣泛樹立“災害意識”做好方方面面的工作，以使防災、減災工作科學和有序地進行。

本文就風暴潮的成因、規律及風暴潮災的防治提出了一些觀點和建議，不妥之處請同行指正。

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A

1003-0239（2011）01-0077-05

2010-04-14

高瑩(1963-)，男，工程師，主要從事水文測驗與分析工作。E-mail：gy2008126@126.com