鄭國誕 ，曾 劍 ，黃世昌 ，姚文偉 ，樊立東

（1.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；2.浙江省河口海岸重點(diǎn)試驗(yàn)室，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

錢塘江河口海塘北岸自上泗社井至金絲娘橋，南岸自蕭山茅山閘至慈溪半掘浦閘，現(xiàn)狀堤防防御標(biāo)準(zhǔn)主要為50～100 a一遇，主要涵蓋杭州、寧波、嘉興3市。進(jìn)入21世紀(jì)以來，浙江省經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，海塘保護(hù)區(qū)內(nèi)人口、財(cái)富大幅度增長，確定防御標(biāo)準(zhǔn)的主要因素發(fā)生變化。目前存在以下問題：①海塘防御標(biāo)準(zhǔn)與保護(hù)對象的重要性不匹配；②浙江省海塘大部分為軟土地基，結(jié)構(gòu)存在安全隱患；③現(xiàn)有海塘工程與生態(tài)文明建設(shè)要求不盡相符；④海塘管理能力欠缺、水平不高。全面啟動(dòng)海塘安瀾千億工程后，環(huán)杭州灣海塘防御標(biāo)準(zhǔn)將提高至300 a一遇，潮浪采取同頻遭遇。本文主要研究杭州灣300 a一遇臺(tái)風(fēng)遭遇300 a一遇潮位時(shí)抵抗風(fēng)浪的能力。

2 杭州灣不同重現(xiàn)期的風(fēng)速和有效波高

2.1 不同重現(xiàn)期的風(fēng)速

杭州灣南、北兩岸的波浪取決于不同風(fēng)向的來風(fēng)。北岸的堤前波要素主要受ENE-SE方向來風(fēng)控制，其風(fēng)速資料可引用北岸灘滸氣象站的實(shí)測風(fēng)速；南岸的堤前波要素主要受NW-NNE方向來風(fēng)控制，其風(fēng)速資料可引用南岸鎮(zhèn)海氣象站的實(shí)測風(fēng)速。利用灘滸站1977—1999年、鎮(zhèn)海站1974—2012年各方向的年極值風(fēng)速，采用皮爾遜Ⅲ型曲線擬合求得不同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)風(fēng)速（見表1）。

表1 杭州灣南、北兩岸不同重現(xiàn)期風(fēng)速表

2.2 不同重現(xiàn)期的有效波高

杭州灣北岸設(shè)有乍浦波浪觀測站，資料年限為1967—1997年；南岸設(shè)有鎮(zhèn)海外游山波浪觀測站，資料年限為1985—2003年。根據(jù)上述兩站的年極值，由皮爾遜Ⅲ型曲線擬合得到不同重現(xiàn)期的有效波高。為了補(bǔ)全南、北兩岸不同位置的重現(xiàn)期波高，構(gòu)建SWAN波浪數(shù)學(xué)模型[1-2]，并對2019年利奇馬臺(tái)風(fēng)進(jìn)行驗(yàn)證。其中杭州灣內(nèi)的乍浦站和灣外的嵊山站驗(yàn)證結(jié)果見圖1；利用驗(yàn)證完善后的波浪數(shù)學(xué)模型，根據(jù)相應(yīng)頻率的設(shè)計(jì)風(fēng)速推算有效波高，其結(jié)果匯總見表2；代表位置示意見圖2。

表2 杭州灣南、北兩岸不同重現(xiàn)期有效波高表

圖1 臺(tái)風(fēng)“利奇馬”乍浦站和嵊山站波浪驗(yàn)證圖

圖2 杭州灣南、北兩岸波浪代表點(diǎn)位置示意圖

3 重現(xiàn)期臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度確定

臺(tái)風(fēng)中心氣壓是表征臺(tái)風(fēng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)，一般來講，中心氣壓愈低，在臺(tái)風(fēng)范圍內(nèi)氣壓梯度愈大，風(fēng)速也愈大?！?612”臺(tái)風(fēng)在寧波市象山縣登陸時(shí)，中心氣壓923 hPa，風(fēng)速60～65 m/s，風(fēng)力達(dá)17級(jí)以上。參考HAD 101/11《核電廠設(shè)計(jì)基準(zhǔn)熱帶氣旋》的計(jì)算方法，統(tǒng)計(jì)分析1949—2019年間，經(jīng)過以杭州灣南端穿山半島為中心的400 km半徑范圍內(nèi)的臺(tái)風(fēng)，選取臺(tái)風(fēng)中心氣壓的年極值作為統(tǒng)計(jì)樣本，采用P-Ⅲ型曲線進(jìn)行擬合，得到不同重現(xiàn)期臺(tái)風(fēng)中心氣壓見表3，影響杭州灣的臺(tái)風(fēng)路徑見圖3，臺(tái)風(fēng)中心氣壓頻率曲線見圖4。從表3中可知，300 a一遇臺(tái)風(fēng)的中心氣壓為902 hPa，計(jì)算得到對應(yīng)的最大風(fēng)速約70.0 m/s。

表3 不同重現(xiàn)期臺(tái)風(fēng)中心氣壓表

圖3 影響杭州灣的臺(tái)風(fēng)路徑圖

圖4 臺(tái)風(fēng)中心氣壓頻率曲線圖

4 潮浪組合分析

4.1 300 a一遇臺(tái)風(fēng)有效波高

基于300 a一遇、中心氣壓902 hPa縮放典型臺(tái)風(fēng)（“5612”臺(tái)風(fēng)）的過程[3]，設(shè)計(jì)了在臺(tái)州市海門—穿山段登陸的4條最不利臺(tái)風(fēng)路徑（見圖5），采用SWAN波浪數(shù)學(xué)模型對沿程波浪進(jìn)行模擬。當(dāng)乍浦出現(xiàn)300 a一遇臺(tái)風(fēng)，潮位6.33 m時(shí)，有效波高計(jì)算結(jié)果見表4。對比表2可知，金山和乍浦的最大有效波高相當(dāng)于200 a一遇，海鹽略小于100 a一遇；而南岸鎮(zhèn)海外游山、鎮(zhèn)海上和十二塘下均小于100 a一遇。

表4 300 a一遇臺(tái)風(fēng)潮位對應(yīng)的有效波高表

圖5 假想臺(tái)風(fēng)路徑示意圖

4.2 實(shí)測最大有效波高和風(fēng)速統(tǒng)計(jì)

實(shí)測資料表明，乍浦站實(shí)測最大有效波高3.75 m，鎮(zhèn)海外游山站實(shí)測最大有效波高4.50 m，灘滸氣象站實(shí)測最大風(fēng)速32.0 m/s，鎮(zhèn)海氣象站實(shí)測最大風(fēng)速30.6 m/s，均小于100 a一遇的有效波高和設(shè)計(jì)風(fēng)速。

5 結(jié)論

本文統(tǒng)計(jì)實(shí)測波浪資料，結(jié)合數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到杭州灣南、北兩岸不同重現(xiàn)期的波浪數(shù)據(jù)，并通過假定的臺(tái)風(fēng)路徑計(jì)算在遭遇300 a一遇的臺(tái)風(fēng)潮位時(shí)兩岸的波浪情況。計(jì)算結(jié)果表明：在300 a一遇臺(tái)風(fēng)作用下，杭州灣北岸金山和乍浦的最大有效波高相當(dāng)于200 a一遇，海鹽略小于100 a一遇，而南岸鎮(zhèn)海外游山、鎮(zhèn)海上和十二塘下均小于100 a一遇。目前，杭州灣安瀾海塘工程采用同頻的潮浪組合基本可以防御300 a一遇臺(tái)風(fēng)以及歷史上出現(xiàn)最大風(fēng)速時(shí)產(chǎn)生的波浪。