天津市沿海警戒潮位核定研究

李希彬，李杰，王魯寧，李軼斐，張秋豐，牛福新，葉風娟

(1.國家海洋局天津海洋環境監測中心站，天津300457；2.天津市海洋環境監測預報中心，天津300457)

1 引言

警戒潮位是防護區沿岸可能出現險情或潮災，需進入戒備或救災狀態的潮位既定值[1]。它的高低與當地防潮工程緊密相關,警戒潮位的設定是做好風暴潮災害監測、預報、警報的基礎工作，能夠為各級政府開展防災減災工作提供決策支持和科學依據。

天津市原警戒潮位值為490 cm（塘沽驗潮基準面，與1985 國家高程基準（以下簡稱85 高程）相差267 cm，換算成85高程為223 cm），自1998年對外公布以來，一直使用至2013年8月，已有十余年。發布初期在防災減災、城建規劃和防潮設施建設中發揮了重要作用，取得了很好的社會效益和經濟效益。然而近幾年來隨著濱海新區海洋開發、沿海功能區的高速建設，天津市原來的岸段和類別已有所改變，而且天津沿海地區的地面沉降問題不容忽視，原警戒潮位已很難適應社會發展的需求。因此，有必要根據天津沿海最新的防潮能力和風暴潮特征、地區發展定位和產業布局，科學合理地重新確定警戒潮位值，這對于提升天津市沿海的海洋災害預警報水平，提高濱海新區的防潮決策技術支持能力，積極應對海洋災害可能帶來的損失具有十分重要的意義。

天津市沿海警戒潮位核定工作依據《警戒潮位核定規范》（GB/T 17839—2011），將警戒潮位分為藍色警戒潮位、黃色警戒潮位、橙色警戒潮位、紅色警戒潮位4 個等級[1]?？梢耘c海洋災害應急預案更好的對應，較以往僅設立一個警戒潮位核定值更加科學合理。

2 確定核定岸段

天津近岸海域位于半封閉的渤海灣底部，海岸線南起歧口，向北經塘沽、蟶頭沽、大神堂至澗河口，全長153.669 km，基本為南北走向，從南到北的潮汐特征變化不大，主要為粉砂淤泥質海岸，經濟特征也具有一體性，因此，從自然海域、水文條件、經濟狀況、歷史沿革等因子來考慮，將整個濱海新區沿海作為核定岸段，選用位于天津中部的塘沽海洋環境監測站的潮位資料，進行警戒潮位核定工作，具有較好的代表性。

3 資料搜集

資料的搜集、整理、需搜集資料的具體內容和質量控制在規范中有詳細要求。需搜集的資料中，自然因子中的潮位、風暴潮、波浪、潮災資料和核定岸段沿海的防潮能力資料是整個警戒潮位核定工作的基礎，是重中之重。其中的潮位、風暴潮資料用來統計計算潮汐特征值、理論最高潮位、不同重現期高潮位等；波浪資料用來進行不同重現期特征值、波浪爬高推算等；防潮能力的強弱、設計等級和構筑結構等將影響警戒潮位值的高低。

另外，警戒潮位核定工作中，還需要搜集基礎地理、現用警戒潮位和社會經濟等資料。

天津市沿海的警戒潮位核定采用塘沽海洋環境監測站1965—2011年的潮位數據。該資料準確性較高，數據完整度良好，資料時間序列長，可以較好的進行天津近海的潮汐特征分析和未來潮位預測。波浪資料采用塘沽海洋環境監測站1973—1985年間的觀測數據，資料的觀測要素基本齊全，缺測次數相對較少，質量較好。潮災資料結合潮位資料、氣象資料和部分文獻資料，主要記錄了1965年來的天津沿海的主要潮災情況。天津市沿海全部被防潮設施包圍，海岸防護工程資料主要采用沿海各單位和功能區的調研資料，結合海堤現場補充調查資料，覆蓋了天津沿海的全部海岸防護工程設施。

4 資料分析

本部分主要對采集到的警戒潮位核定資料進行分析處理，主要包括：潮位數據分析、特征值的計算分析；波浪參數的分析和計算；歷史潮災統計及成災規律等分析總結、海岸防護工程的資料的統計分析和防御能力評估等。通過資料分析環節，可以較好的掌握核定岸段的潮汐、波浪、潮災特征，并掌握沿海的防潮能力。

4.1 潮位資料分析

在天津市沿海警戒潮位核定工作中，針對潮位資料，主要進行了海平面高度、最高潮位、潮差、天津沿海的潮汐性質和潮汐特征值、理論最高潮位、不同重現期高潮位、增水重現期、潮位極值等的統計和分析。

（1）根據統計，近20年來最高潮位超過233 cm（85高程，以下同）的共有17次，其中2000年以后的年份中共有11次，2008年之后每年都有超過233 cm的高潮位出現[2]；

（2）對潮位資料中的月最高潮位、平均潮位及年最高潮位出現月份進行統計，發現1991—2011年間，8—11月，天津沿海的最高潮位和平均潮位最高；

（3）對潮差進行統計，發現天津沿海歷史最大潮差442 cm，總平均潮差為347 cm；

（4）通過調和分析，得潮汐特征值是0.58，為不規則半日潮[3]；

（5）漲潮歷時和落潮歷時不等，落潮歷時大于漲潮時約50 min；

（6）通過調和分析預報方法，預測天津沿海未來20年理論最高潮位為191 cm，出現在2032年。考慮到海平面上升因素，理論最高潮位將有可能出現更高值；

（7）天津沿海最高潮位出現在1992年9月1日，最高潮位值為326 cm，主要是由天文大潮和1992年第16號強熱帶風暴共同作用引起[4]；

（8）利用龔貝爾方法進行了天津沿海不同重現期高潮位的計算，結果見表1。

4.2 波浪資料分析

波浪資料主要分析了多年各向平均風速、分布頻率；每月風浪、涌浪出現頻率；有效波高、最大波高、平均周期、最大周期等波浪特征值；各向浪的基本特征（波高、周期）以及波級頻率分布、波浪爬高等。根據資料統計，天津沿海最大波高為3.5 m，出現在1979年4月份，1 m 以上的最大波高主要分布在NE、ENE、E向[5]。

4.3 潮災資料分析

潮災資料分析主要針對潮災發生次數、最高潮位極值、年、月發生規律、潮災成因規律、特點及易災岸段等進行了分析。根據資料統計，天津沿海4月和10月發生風暴潮最為頻繁，各為5 次，2011年發生風暴潮次數最多，為5 次[6]，歷次風暴潮中，有11%是由于臺風北上或由臺風減弱的熱帶風暴所引起，89%是由于溫帶氣旋或冷空氣南下所引起[7]。

表1 不同重現期計算結果

4.4 防潮能力評估

防潮能力的強弱將影響警戒潮位核定值的高低，所以沿岸防潮能力統計是警戒潮位核定工作中非常重要的環節，也是整個警戒潮位核定工作中涉及單位和部門最多、工作量最大的環節。在進行防潮能力統計時，一定要通過調研、搜集資料和實地補充調查等方法，將核定岸段的防潮能力全部掌握，避免部分岸段的統計遺漏。

天津市沿海警戒潮位核定工作中，主要對堤防管理部門、沿海各功能區及其所管轄的防潮設施進行了資料搜集，詳細核實其防潮能力，并對重點海堤進行核準調查，包括海堤高程、堤前水深、海堤設計標準、護面類型、歷史潮災等，并對海堤進行影像拍攝。通過對調研和調查數據資料進行梳理、分析，繪制了天津市沿海防潮能力現狀的分布圖，全面掌握了天津市沿海的防潮能力分布狀況。除天津港北疆港區部分區域碼頭的高程較低外，天津市沿海其他區域的防潮設施高程均在283 cm以上。

5 警戒潮位核定

本節主要依據《警戒潮位核定規范》的要求，以數據資料分析結果為依據，確定了天津市沿海的四色警戒潮位值。

（1）藍色警戒潮位核定的公式為：

式中，Hb為藍色警戒潮位，Hs為2—5年重現期高潮位，Δhb為修正值。

濱海新區沿海堤防的設計標準多數處于0—50年之間，因此，Hs采用的是2年一遇的潮位值，即224 cm。

藍色警戒潮位修正值（Δhb=h1+h2+h3）的核定主要考慮防潮設施受浪程度（h1）、堤壩頂高與Hs的差值（h2）和核定岸段的重要程度（h3）三項要素。式中，根據推算結果，天津沿海堤防設施2年一遇的波浪爬高基本在0—1.5 m 之間，取h1=ˉ10%×0.5=ˉ0.05 m=ˉ5 cm；根據天津市防潮設施的堤壩頂高和筑堤結構，取h2=5 cm；根據濱海新區的面積和人口比例，取h3=ˉ11 cm。

因此，推算得到藍色警戒潮位值為：Hb=224+（ˉ5+5ˉ11）=213 cm。

天津沿海各單位和部門采用塘沽驗潮基準面（與85 高程相差267 cm），在此基準面下，藍色警戒潮位值為480 cm。

（2）紅色警戒潮位核定的公式為：

式中，Hr為紅色警戒潮位，Hd為核定岸段所有防潮海堤的實際防潮標準所對應重現期極值潮位的最小值，Δhr為修正值。

天津沿海防潮設施高程為223—642 cm 不等，絕大部分區域防潮設施高程在283 cm以上，能夠滿足20年一遇重現期潮位的防潮需求，因此，將Hd取值為20年一遇的潮位值，即288 cm。

紅色警戒潮位修正值（Δhr=h1+h2+h3）的取值和藍色警戒潮位修正值相同，因此，根據規范，紅色警戒潮位值為：Hr=288+（ˉ5+5ˉ11）=277 cm。在實際的防潮減災工作中，若風暴潮警報發布太過頻繁，沿海企事業單位較易產生麻痹大意的思想，且頻繁的啟動防災系統，進行防災減災布置，易造成人力物力的浪費。因此，綜合考慮警戒潮位值的科學性和可行性，將Hr取值為283 cm，即天津市沿海紅色警戒潮位值為283 cm（塘沽驗潮基準面下550 cm）。

（3）黃色警戒潮位（Hy）由紅色和藍色警戒潮位值計算得到（Hy=Hb+(HrˉHb)/3），即：Hy=236 cm。

四色警戒潮位的設定增加了記憶的難度，為保證警戒潮位值的可行性，將黃色警戒潮位取值為238 cm（塘沽驗潮基準面下505 cm）。

（3）橙色警戒潮位（Ho）由紅色和藍色警戒潮位值計算得到（Ho=Hb+2(HrˉHb)/3），即：Ho=260 cm。

同樣，綜合考慮警戒潮位值的科學性和可行性，將橙色警戒潮位取值為263cm（塘沽驗潮基準面下530 cm）。

最終，核定出1985國家高程基準下天津市沿海的四色警戒潮位值如表2所示。

表2 天津市沿海警戒潮位值（單位：cm）

表3 天津市沿海新舊警戒潮位值對比（單位：cm）

6 校驗

在核定工作結束后，需對新核定的四色警戒潮位值進行校驗，參照現用警戒潮位值和《天津市風暴潮、海浪、海冰和海嘯災害應急預案》[8]，分別提取特別重大海洋災害（紅色）、重大海洋災害（橙色）、較大海洋災害（黃色）、一般海洋災害（藍色）響應潮位標準，與新核定的四色警戒潮位值進行對比，如表3所示。

新核定的天津市沿海的紅色警戒潮位值（283 cm）略低于20年一遇高潮位，較之前的紅色災害響應潮位標準（303 cm）有所降低，這也與天津沿海的海堤防御能力基本一致，凸顯了天津濱海新區沿海的社會經濟快速發展和經濟產值的不斷增加對海洋防災減災的迫切需求；1997年8月20日的強風暴潮，最高潮位達292 cm，造成了1.4 億元的嚴重損失，按原響應標準僅為橙色響應，而根據新核定的警戒潮位值標準判斷為紅色，就其造成的損失而言，紅色響應更合理，新核定的紅色警戒潮位值更加科學。潮位值低于213 cm（480 cm）時，天津沿海并未造成過較大損失，藍色警戒潮位值（213 cm）較之前的藍色災害響應潮位標準（193 cm）有所提高，這也跟濱海新區目前良好的防潮現狀相適應，更加合理，避免了由于預警報發布過于頻繁使沿海相關單位產生麻痹大意的思想，根據潮位資料統計結果顯示，歷史上共出現2次超過283 cm、6次達到或超過263 cm的高潮位，近20年來，共出現11次達到或超過238 cm，35 次達到或超過213 cm 的高潮位，新核定的紅色、橙色、黃色和藍色警戒潮位值也基本與天津沿海風暴潮潮災出現的頻率一致，因此，新核定的天津市沿海四色警戒潮位核定值較現用警戒潮位核定值更加科學合理。

7 結論

本文依據《警戒潮位核定規范》，對天津市沿海的水文資料、基礎地理、沿海防護設施、社會經濟、歷史潮災等資料進行了統計分析和計算，最終核定出天津市沿海的紅、橙、黃、藍四色警戒潮位值分別為283 cm、263 cm、238 cm和213 cm。

新核定的四色警戒潮位值已于2013年8月8日由天津市人民政府頒布實施。

[1]全國海洋標準化技術委員會.GB/T 17839-2011 中華人民共和國國家標準《警戒潮位核定規范》[S]. 北京: 中國標準出版社,2012-01-01.

[2]曾繼平,姜歡歡,李希彬.天津沿海風暴潮災害近20年統計及其成因分析[J].中國海洋大學學報,2012,42(S1):187-191.

[3]李希彬,張秋豐,姚志剛,等.天津近海潮汐特征分析[J].海洋預報,2011,28(2):41-48.

[4]吳少華,王喜年,宋珊,等.天津沿海風暴潮災害概述及統計分析[J].海洋預報,2002,19(1):29-35.

[5]鄒濤,劉秀梅,葉風娟.天津沿岸海浪特征及分析[J].海洋預報,2002,19(4):11-16.

[6]許富祥.天津沿海三次特大風暴潮災成因分析及預防對策[J].海洋預報,2002,19(1):36-42.

[7]葉鳳娟,戴雪亮,鄒濤.單站資料在風暴潮預報中的應用[J].海洋預報,2001,18(4):38-42.

[8]國家海洋局.GB/T 19721.1-2005 中華人民共和國國家標準《海洋預報和警報發布—第1部分:風暴潮預報與警報發布》[S].北京:中國標準出版社,2005-11-01.