日本的自然灾害及其对策(2) ——风暴潮

抗灾与防灾 2017年09月21日

1. 风暴潮与潮灾

1.1 台风“天鸽”及其风暴潮灾害

今年8月23日,半个世纪以来最强台风“天鸽”扑向中国南部沿海。一时间狂风大作,波涛汹涌,潮水倒灌。受灾报导瞬间传遍了各地,让更多的人记住了这个词汇,“风暴潮”

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图 1 台风“天鸽”来袭时发生的风暴潮(珠海市2017.8.23)(*1) 图片来自网络

1.2 什么是风暴潮?

风暴潮(日语称“高潮”),又称“风暴增水”、“风暴海啸”、“气象海啸”或“风潮”,是指由于剧烈的大气扰动导致海水的异常升降,使受其影响的海区潮位大大超过平常潮位的自然现象。

风暴潮的诱因有台风和寒潮大风,其影响区域为几十至上千公里,其时间尺度或周期为1-100小时,介于地震海啸和天文潮波之间。但有时受大气扰动因子的移动的影响,一次风暴潮的过程可影响一两千公里的海岸区域,时间也可长达数日。

如图 2、图 3所示,台风或低气压接近或过境时导致沿岸潮位异常上升(也称“增水”)的因素有三个:①是台风或低气压的负压吸水效果的“气压增水”,气压增水高度与台风或低气压中心气压低于外围气压成正比,中心气压每降低1hPa(百帕),海面约上升1cm;②是陆向强风造成的近岸海水堆积效果的“风增水(wind set-up)”,风增水高度与风速、风向,近岸地形有关,风速大、风向与海岸线成直角时风增水最大;③是波浪向近岸传播时,波浪发生变形破碎时的“波浪增水(wave set-up)”, 波浪增水与海底坡度相关。海底坡度越陡增水越大。

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图 2 风暴潮发生示意图(*2)

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图 3 风暴潮发生示意图

1.3 什么是风暴潮灾害?

当风暴潮的潮位超过海堤或护岸警戒水位时,潮水就会漫过海堤,造成“风暴潮灾害”、也称“潮灾”(日语称“潮害”图 4)。如果风暴潮恰与天文潮高潮相叠加,就会造成影响沿岸区域的潮水异常暴涨,甚者冲毁堤坝,吞噬沿岸设施和生命财产而酿成巨大灾难。

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图 4 风暴潮与天文大潮相叠加模式图(*3)

2. 日本的风暴潮灾害及其对策

2.1 日本的风暴潮灾害

图 5、表 1是1917年以来日本风暴潮的重灾纪录,这些重灾都是台风造成的潮灾风暴潮。1959年伊势湾沿岸遭受了史上最严重的潮灾,最大风暴增水达3.45米,5千余人死亡,近四万人受伤,直接经济损失达850亿日元。

风暴潮发生时除了潮位异常增高外还伴有暴风和巨浪,影响时间长达数小时,浸水或受灾区域也随之扩大,同时暴风也会给避难行动造成困难。

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图 5日本主要的风暴潮灾害(1917.10-2004.8)3

表 1 日本主要的风暴潮灾害(1917.10-2004.8)(*4)

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2.2 日本风暴潮灾害的对策

(1) 防护工程的建造

风暴潮防护工程包括防潮堤、防潮护岸、水门、陆闸和排水泵站等(图 6)。1960年日本建造的防潮堤和护岸的延长已达4.4千km。伊势湾台风(1959.9)潮灾后,伴随经济的高速发展日本开始大兴土木。到上世纪90年代,防潮堤和护岸的延长已达9千km,占日本海岸线总长的1/4以上(图 7、图 8)。

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图 6 海岸保全设施模式图

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图 7 海岸防护设施延长的变迁(1960-2013)4

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图 8 海岸线延长的变迁(1960-2013) 4

(2) 风险评估和预警避难体系的建立

再坚固的防护工程也不可能完全抵御强台风风暴潮的袭击,因此评估风暴潮的风险,建立预警避难体系也是日本政府积极推进的防灾政策之一。

3. 面临的问题

虽然现有海岸防护工程和预警避难体制可以大大减少风暴潮所造成的危害,但依然面临着以下的问题。

3.1 防护设施的老化

2010年海堤等建造超过50年的达40% (图 9),2014年海堤等的耐震整备率不到40%,现有海堤等设施的老化已不足以抵抗设计风暴潮和设计地震(图 10)

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图 9 建造50年以上海堤的比例(*5)

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图 10 防潮堤潮灾毁坏实例(茨城县海岸,2006.9.李鸥摄)

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图 11 今后30年内发生地震的概率5

3.2 三大湾沿岸地区防护级别不足

三大湾(东京湾、大阪湾、伊势湾)沿岸集中了日本50%的人口和3/4的资产。现存海岸防护设施即使不考虑温室效应导致的海面上升,也无法完全抵御室户台风级别的风暴潮。

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图 12风暴潮袭击东京湾时的浸水模拟结果(200-1000年一遇)(*6)

3.3 气候异变将加剧了潮灾的风险

据IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)第5次评估报告(2013)预测,到本世纪末相对近20年(1980-1999)海平面最大将上升82cm。此外,气温、海水温度的上升也会导致台风规模增强。

据模拟分析海平面上升80cm时,日本三大湾(大阪湾、伊势湾、东京湾)的受灾面积和受灾人口分别是现在的1.6倍和1.4倍(图 14)。

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图 13 世界平均海面的过去及将来预测(*7)

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图 14 平均海面上升80cm时三大湾的0m地带的扩大5

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图 15 海面上升60cm时东京湾最大浸水面积和浸水量的模拟结果

3.4 无法精确预测

虽然风暴潮发生的前几日可以预测,但由于台风规模与路径时时都在变化,其影响区域及潮位依然无法精确预测。

4. 我们该如何做

上网了解一下自己所在都市的灾害风险评估图(ハザードマップ),以及灾害发生时的避难途径对我们来说绝对不是多余的。

文/日本国土防灾技术株式会社 顾问李鸥


(*1)中国新闻网HP (2017.8.23)
(*2)NPO法人环境防灾研究机构北海道HP
(*3)高潮災害とその対応∼高潮による災害を未然に防ぐために-
(*4)海岸ハンドブック(200)等
(*5)海岸をめぐる現状と課題(2015.10)
(*6)東京湾の大規模高潮浸水想定の概要(2009.4)
(*7)气象厅HP(IPCC第5次評価報告書第1作業部会報告書(2013))

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