溫嶺市臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估和區(qū)劃研究

王勤，車助鎂，郭敬，李婷

(浙江省海洋監(jiān)測預(yù)報中心 杭州 310007)

溫嶺市臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估和區(qū)劃研究

王勤，車助鎂，郭敬，李婷

(浙江省海洋監(jiān)測預(yù)報中心 杭州 310007)

文章選取對溫嶺市最不利的臺風(fēng)路徑，采用SWAN和MIKE21模型計算臺風(fēng)風(fēng)暴潮淹沒深度，對淹沒深度進(jìn)行分類并劃分危險性等級；根據(jù)溫嶺市土地利用類型進(jìn)行脆弱性等級劃分；建立臺風(fēng)風(fēng)暴潮和承災(zāi)體致災(zāi)因子指標(biāo)體系，得出風(fēng)險水平等級區(qū)劃。結(jié)果表明，溫嶺市臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險最大的區(qū)域在東部產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)、松門鎮(zhèn)沿海、樂清灣溫嶠鎮(zhèn)西南角和塢根鎮(zhèn)西北角，其次在隘頑灣頂部分區(qū)域，再次在濱海鎮(zhèn)和松門鎮(zhèn)部分區(qū)域，其他地區(qū)風(fēng)險相對較小。

風(fēng)暴潮；海洋災(zāi)害；防災(zāi)減災(zāi)；風(fēng)險評估；風(fēng)險區(qū)劃

1 引言

溫嶺市是浙江省臺州市代管的縣級市，地處浙江省東南沿海和長三角地區(qū)南翼，三面臨海，東瀕東海、南連玉環(huán)市、西鄰樂清市和樂清灣、北接臺州市區(qū)。在全球氣候變化和海平面上升的背景下，臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害呈現(xiàn)出發(fā)生次數(shù)增加、強度加大和影響范圍擴大的特點，對海洋經(jīng)濟發(fā)展、海洋生態(tài)環(huán)境和沿海人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。溫嶺市經(jīng)濟發(fā)達(dá)，人口密集，受海洋災(zāi)害影響尤其巨大；開展溫嶺市臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估和區(qū)劃，對于防范和降低區(qū)域內(nèi)海洋災(zāi)害損失、保障海洋經(jīng)濟發(fā)展以及保護(hù)人民生命和財產(chǎn)安全十分必要，同時還具有重要的示范和推廣意義。

災(zāi)害風(fēng)險評價是對災(zāi)害風(fēng)險區(qū)遭受不同強度災(zāi)害的可能性及其可能造成的后果進(jìn)行的定量分析和評估[1]。霍治國等[2]基于災(zāi)害分析原理，結(jié)合不同致災(zāi)因子和致災(zāi)指標(biāo)序列構(gòu)建技術(shù)，通過對長年代逐日氣象資料和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量以及災(zāi)情資料的相關(guān)分析研究，初步建立主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的風(fēng)險量化標(biāo)準(zhǔn)體系。丁燕等[3]基于統(tǒng)計方法建立臺風(fēng)災(zāi)害模糊風(fēng)險評估模型，包括致災(zāi)因子的時間、空間和強度以及孕災(zāi)環(huán)境的穩(wěn)定性和承災(zāi)體的易損性等方面。郁珍艷等[4]研究浙江省臨海市臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估和區(qū)劃，結(jié)果表明臨海市臺風(fēng)災(zāi)害危險性最大的區(qū)域位于括蒼鎮(zhèn)和尤溪鎮(zhèn)部分地區(qū)以及涌泉鎮(zhèn)、紹家渡街道和東塍鎮(zhèn)部分地區(qū)，并編制臨海市臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖。

我國風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估工作起步較晚，直至2008年針對河北省滄州市、唐山市和秦皇島市部分沿海區(qū)域的我國首份風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估圖才問世。2013年浙江省正式啟動對溫州市蒼南縣、平陽縣和臺州市玉環(huán)縣等首批8個縣(市、區(qū))的風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估工作[5]。

目前我國對氣象災(zāi)害風(fēng)險評估和區(qū)劃的研究較多，對風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估和區(qū)劃的研究相對較少。本研究在收集和處理溫嶺市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、遙感、沿海防護(hù)工程和水文氣象等資料的基礎(chǔ)上，利用成熟的風(fēng)暴潮數(shù)值模擬技術(shù)，依據(jù)不同臺風(fēng)級別，選取可能造成巨大災(zāi)害的臺風(fēng)路徑，建立精細(xì)化的風(fēng)暴潮數(shù)值模型；同時結(jié)合遙感等數(shù)據(jù)處理和分析結(jié)果，借助GIS平臺進(jìn)行風(fēng)暴潮淹沒深度和承災(zāi)體脆弱性分析，對溫嶺市臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估和區(qū)劃進(jìn)行研究。

2 資料和方法

2.1 資料收集

收集的文字和數(shù)據(jù)資料以權(quán)威部門發(fā)布的信息為準(zhǔn)，盡可能全面和詳盡。主要獲取資料包括：①基礎(chǔ)地圖和專題地圖數(shù)據(jù)；②潮位站歷史觀測數(shù)據(jù)；③沿岸堤防數(shù)據(jù)(堤線、堤頂寬度、堤頂高程、堤身斷面、護(hù)面結(jié)構(gòu)、消浪設(shè)施、岸灘防護(hù)和穿堤建筑物等)；④比例尺1∶1萬或更高精度的沿海數(shù)字高程地形數(shù)據(jù)；⑤遙感資料；⑥水文和氣象資料；⑦風(fēng)暴潮災(zāi)害資料。其中，堤防狀況數(shù)據(jù)來源于浙江省水利廳和現(xiàn)場測量，行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來源于浙江省測繪與地理信息局，1∶1萬電子地圖來源于浙江省測繪與地理信息局，時間均為2013年5月。

2.2 數(shù)值模型

風(fēng)暴潮計算模型采用丹麥水力學(xué)研究所設(shè)計開發(fā)的無結(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)格的耦合計算模型，其中堤壩和道路采用四邊形網(wǎng)格，其他區(qū)域采用三角形網(wǎng)格，由480 418個單元和246 395個節(jié)點組成。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°)。對于流場的計算，岸邊界采用可滑不可入條件。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推算求得。

臺風(fēng)浪計算模型采用SWAN第3代海浪模型，建立浙江省沿海臺風(fēng)浪傳播模型，分析計算不同強度臺風(fēng)引起的溫嶺市海域的波浪場。計算域采用矩形網(wǎng)格并用4層嵌套逐步加密，其中大范圍網(wǎng)格尺寸為8 000 m×8 000 m；第2層網(wǎng)格尺寸為2 000 m×2 000 m，覆蓋杭州灣以南的浙江省沿海；第3層網(wǎng)格尺寸為400 m×400 m，覆蓋健跳鎮(zhèn)至坎門鎮(zhèn)的臺州市外海；第4層網(wǎng)格尺寸為100 m×100 m，覆蓋臨海市至溫嶺市沿海。各層粗網(wǎng)格計算結(jié)果同時為下一層細(xì)網(wǎng)格計算提供邊界條件。

本研究所用風(fēng)暴潮模型和臺風(fēng)浪模型計算均采用Jelesnianski模型風(fēng)場和氣壓場。

2.3 致災(zāi)因子評估指標(biāo)體系

本研究根據(jù)歷史統(tǒng)計研究結(jié)果，將臺風(fēng)分為6檔強度等級(表1)，并選取最不利路徑(9711號臺風(fēng)，圖1)計算臺風(fēng)風(fēng)暴潮淹沒深度。

表1 臺風(fēng)強度等級

圖1 9711號臺風(fēng)路徑

針對6檔臺風(fēng)強度等級，以選取的9711號臺風(fēng)實際路徑作為基準(zhǔn)位置，并分別以5 km為間隔向兩側(cè)平移，設(shè)計各種臺風(fēng)路徑，計算海平面條件下臺風(fēng)純增水，以尋求最不利(增水最大)的登陸位置。本研究選取代表站(石塘驗潮站)6—10月19年的逐月高潮平均值210 cm作為天文潮控制條件，潰堤閾值越浪量取0.05 m3/(m·s)。針對不同區(qū)域的不利臺風(fēng)路徑分別計算溫嶺市沿海臺風(fēng)浪，計算時疊加風(fēng)暴潮位背景場。根據(jù)臺風(fēng)浪計算結(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計算淹沒深度。潰堤計算時，將網(wǎng)格地形設(shè)為鎮(zhèn)壓層或堤內(nèi)地面高程，通過設(shè)定“門”在某時刻開啟來模擬潰堤現(xiàn)象；漫堤計算時，將網(wǎng)格地形設(shè)為海堤堤頂高程，不考慮擋浪墻的防潮功能，即假設(shè)擋浪墻在風(fēng)暴潮來時已損毀，當(dāng)外海水位高于堤頂時自然漫溢。

通過計算，對淹沒深度進(jìn)行分類，并劃分危險性等級(表2)。

表2 臺風(fēng)風(fēng)暴潮危險性分級

根據(jù)國家海洋局編制的《臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估與區(qū)劃技術(shù)導(dǎo)則(試行)》(2012)和浙江省海洋與漁業(yè)局編制的《浙江省臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則》(2012)，本研究采用基于土地利用類型的臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害脆弱性評估方法。該方法的基本思路為建立土地利用類型和脆弱性等級的對應(yīng)關(guān)系，以土地利用類型為承災(zāi)體進(jìn)行災(zāi)害脆弱性評估。土地利用類型標(biāo)準(zhǔn)采用國標(biāo)《GB/T21010—2007土地利用現(xiàn)狀分類》；脆弱性等級分4級(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，其中Ⅳ為最低等級、Ⅰ為最高等級，等級越低代表脆弱性越低、等級越高則脆弱性越高。由溫嶺市首次地理國情普查的地表覆蓋數(shù)據(jù)成果得到溫嶺市土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，結(jié)合溫嶺市實際土地利用情況，劃分土地利用脆弱性級別。

對自然災(zāi)害風(fēng)險水平進(jìn)行評估是風(fēng)險區(qū)劃工作的基礎(chǔ)，風(fēng)險水平是孕災(zāi)環(huán)境演化、致災(zāi)因子危險性和承災(zāi)體脆弱性的綜合體現(xiàn)。溫嶺市臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估模型為：

R=H×V

式中：R代表風(fēng)險(risk)；H代表危險性(hazard)；V代表脆弱性(vulnerability)。其中，H依據(jù)臺風(fēng)風(fēng)暴潮危險性模擬結(jié)果(淹沒深度)劃分，V由承災(zāi)體脆弱性決定，R等級的計算結(jié)果如表3所示。

依據(jù)浙江省《臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則》和《溫嶺市臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估與區(qū)劃技術(shù)方案》，將風(fēng)險等級劃分為Ⅰ(1≤R≤3)、Ⅱ(4≤R≤6)、Ⅲ(8≤R≤9)和Ⅳ(12≤R≤16)4個級別。

表3 臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險等級

3 結(jié)果和分析

基于溫嶺市臺風(fēng)風(fēng)暴潮危險性區(qū)劃和土地利用脆弱性區(qū)劃，將二者做疊加計算，分別得到現(xiàn)狀915 hPa、925 hPa、935 hPa、945 hPa、955 hPa和965 hPa臺風(fēng)情景下溫嶺市風(fēng)暴潮風(fēng)險等級(表4)。

經(jīng)計算得到溫嶺市臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險最大的區(qū)域在東部產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)、松門鎮(zhèn)沿海、樂清灣溫嶠鎮(zhèn)西南角和塢根鎮(zhèn)西北角，其次在隘頑灣頂部分區(qū)域，再次在濱海鎮(zhèn)和松門鎮(zhèn)部分區(qū)域，其他地區(qū)風(fēng)險相對較小。此外，隨著臺風(fēng)強度的減弱，Ⅰ級和Ⅱ級風(fēng)險區(qū)面積明顯縮小，而Ⅲ級風(fēng)險區(qū)在925 hPa臺風(fēng)情景下比915 hPa臺風(fēng)情景下還有所增加，主要是由于在915 hPa臺風(fēng)情景下的Ⅰ級和Ⅱ級風(fēng)險區(qū)有部分在925 hPa臺風(fēng)情景下轉(zhuǎn)為Ⅲ級風(fēng)險區(qū)；Ⅳ級風(fēng)險區(qū)從915 hPa臺風(fēng)情景到935 hPa臺風(fēng)情景面積有所增加，其原因也是部分Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級風(fēng)險區(qū)轉(zhuǎn)化為Ⅳ級風(fēng)險區(qū)。從總體看，隨著臺風(fēng)強度的減弱，風(fēng)險區(qū)面積是減小的。

表4 6檔強度臺風(fēng)情景下溫嶺市各區(qū)域風(fēng)暴潮風(fēng)險等級

注：“-”表示無淹沒。

溫嶺市東部產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)以及樂清灣溫嶠鎮(zhèn)西南角和塢根鎮(zhèn)西北角風(fēng)險等級較高，是由于計算出的淹沒深度大于3 m的區(qū)域較多；而松門鎮(zhèn)沿海風(fēng)險等級較高，則與其土地利用類型對應(yīng)的脆弱性等級較高有關(guān)。

4 結(jié)語

本研究通過建立臺風(fēng)風(fēng)暴潮和承災(zāi)體致災(zāi)因子指標(biāo)體系，將風(fēng)險評估結(jié)果從定量分析轉(zhuǎn)化為定性評價，并對臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行科學(xué)合理的等級劃分，得出溫嶺市臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險等級區(qū)劃。區(qū)劃結(jié)果比較真實地揭示臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害在溫嶺市沿海地區(qū)的分布狀況，可滿足溫嶺市臺風(fēng)風(fēng)暴潮防災(zāi)減災(zāi)的實際需要，也可為溫嶺市海洋經(jīng)濟建設(shè)布局以及海洋資源開發(fā)、利用和規(guī)劃等提供依據(jù)，同時可結(jié)合溫嶺市避災(zāi)點的分布情況進(jìn)一步開展臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害應(yīng)急疏散路徑規(guī)劃。

土地利用類型的改變和圍填海工程引起的海域面積改變均會影響災(zāi)害風(fēng)險評估結(jié)果，因此本研究結(jié)果僅適用于一段時間。但本研究的方法可行性和真實性均較高，可應(yīng)用于今后的工作。

[1] 孫紹騁.災(zāi)害評估研究內(nèi)容與方法討論[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2001,20(2)：122-130.

[2] 霍治國,李世奎,王素艷，等.主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)及其應(yīng)用研究[J].自然資源學(xué)報，2003,18(6)：692-703.

[3] 丁燕、史培軍.臺風(fēng)災(zāi)害的模糊風(fēng)險評估模型[J].自然災(zāi)害學(xué)報，2002,11(1)：34-43.

[4] 郁珍艷，高大偉，樊高峰，等.浙江省臨海市臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估與區(qū)劃[C]//第28屆中國氣象學(xué)會年會論文集.廈門：中國氣象學(xué)會，2011.

[5] 張月霞，王輝.臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險評估研究綜述[J].海洋預(yù)報，2016,33(2)：81-88.

RiskAssessmentandRegionalizationofStormSurgeDisastersinWenling

WANG Qin，CHE Zhumei，GUO Jing，LI Ting

(Marine Monitoring and Forecasting Center of Zhejiang，Hangzhou 310007，China)

In this paper,9711 typhoon track was picked and SWAN and MIKE21 models were used to calculate typhoon wave and storm surge.The risk level was classified by the depth of flood.The vulnerability level was classified by the result of evaluation land use vulnerability.The level of risk was classified by the index system of typhoon storm surge and disaster bearing body.The storm surge risk level distribution map of Wenling was also drawn.The results showed that the largest risk areas in Wenling is in the eastern industrial gathering area,the coast of Songmenzhen,southwest of Wenqiaozhen and northwest of Wugenzhen along the Yueqing bay;then is the part of Aiwan bay;part of the Binhaizhen and Songmenzhen are the least risk areas.The other parts in Wenling are not in the risk.

Storm surge,Marine disaster,Disaster prevention and mitigation,Risk assessment,Risk zoning

P7

A

1005-9857(2017)10-0095-05

2017-03-20；

2017-09-24

浙江省海洋防災(zāi)減災(zāi)專項資金項目“溫嶺市風(fēng)暴潮和海嘯災(zāi)害風(fēng)險評估與區(qū)劃”.

王勤，工程師，碩士，研究方向為海洋環(huán)境預(yù)報和海洋防災(zāi)減災(zāi)