钱塘江河口潮浪组合初步分析

郑国诞 ，曾 剑 ，黄世昌 ，姚文伟 ，樊立东

（1.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 310020；2.浙江省河口海岸重点试验室，浙江 杭州 310020）

1 问题的提出

钱塘江河口海塘北岸自上泗社井至金丝娘桥，南岸自萧山茅山闸至慈溪半掘浦闸，现状堤防防御标准主要为50～100 a一遇，主要涵盖杭州、宁波、嘉兴3市。进入21世纪以来，浙江省经济快速发展，海塘保护区内人口、财富大幅度增长，确定防御标准的主要因素发生变化。目前存在以下问题：①海塘防御标准与保护对象的重要性不匹配；②浙江省海塘大部分为软土地基，结构存在安全隐患；③现有海塘工程与生态文明建设要求不尽相符；④海塘管理能力欠缺、水平不高。全面启动海塘安澜千亿工程后，环杭州湾海塘防御标准将提高至300 a一遇，潮浪采取同频遭遇。本文主要研究杭州湾300 a一遇台风遭遇300 a一遇潮位时抵抗风浪的能力。

2 杭州湾不同重现期的风速和有效波高

2.1 不同重现期的风速

杭州湾南、北两岸的波浪取决于不同风向的来风。北岸的堤前波要素主要受ENE-SE方向来风控制，其风速资料可引用北岸滩浒气象站的实测风速；南岸的堤前波要素主要受NW-NNE方向来风控制，其风速资料可引用南岸镇海气象站的实测风速。利用滩浒站1977—1999年、镇海站1974—2012年各方向的年极值风速，采用皮尔逊Ⅲ型曲线拟合求得不同重现期的设计风速（见表1）。

表1 杭州湾南、北两岸不同重现期风速表

2.2 不同重现期的有效波高

杭州湾北岸设有乍浦波浪观测站，资料年限为1967—1997年；南岸设有镇海外游山波浪观测站，资料年限为1985—2003年。根据上述两站的年极值，由皮尔逊Ⅲ型曲线拟合得到不同重现期的有效波高。为了补全南、北两岸不同位置的重现期波高，构建SWAN波浪数学模型[1-2]，并对2019年利奇马台风进行验证。其中杭州湾内的乍浦站和湾外的嵊山站验证结果见图1；利用验证完善后的波浪数学模型，根据相应频率的设计风速推算有效波高，其结果汇总见表2；代表位置示意见图2。

表2 杭州湾南、北两岸不同重现期有效波高表

图1 台风“利奇马”乍浦站和嵊山站波浪验证图

图2 杭州湾南、北两岸波浪代表点位置示意图

3 重现期台风强度确定

台风中心气压是表征台风强弱的重要参数，一般来讲，中心气压愈低，在台风范围内气压梯度愈大，风速也愈大。“5612”台风在宁波市象山县登陆时，中心气压923 hPa，风速60～65 m/s，风力达17级以上。参考HAD 101/11《核电厂设计基准热带气旋》的计算方法，统计分析1949—2019年间，经过以杭州湾南端穿山半岛为中心的400 km半径范围内的台风，选取台风中心气压的年极值作为统计样本，采用P-Ⅲ型曲线进行拟合，得到不同重现期台风中心气压见表3，影响杭州湾的台风路径见图3，台风中心气压频率曲线见图4。从表3中可知，300 a一遇台风的中心气压为902 hPa，计算得到对应的最大风速约70.0 m/s。

表3 不同重现期台风中心气压表

图3 影响杭州湾的台风路径图

图4 台风中心气压频率曲线图

4 潮浪组合分析

4.1 300 a一遇台风有效波高

基于300 a一遇、中心气压902 hPa缩放典型台风（“5612”台风）的过程[3]，设计了在台州市海门—穿山段登陆的4条最不利台风路径（见图5），采用SWAN波浪数学模型对沿程波浪进行模拟。当乍浦出现300 a一遇台风，潮位6.33 m时，有效波高计算结果见表4。对比表2可知，金山和乍浦的最大有效波高相当于200 a一遇，海盐略小于100 a一遇；而南岸镇海外游山、镇海上和十二塘下均小于100 a一遇。

表4 300 a一遇台风潮位对应的有效波高表

图5 假想台风路径示意图

4.2 实测最大有效波高和风速统计

实测资料表明，乍浦站实测最大有效波高3.75 m，镇海外游山站实测最大有效波高4.50 m，滩浒气象站实测最大风速32.0 m/s，镇海气象站实测最大风速30.6 m/s，均小于100 a一遇的有效波高和设计风速。

5 结论

本文统计实测波浪资料，结合数学模型计算得到杭州湾南、北两岸不同重现期的波浪数据，并通过假定的台风路径计算在遭遇300 a一遇的台风潮位时两岸的波浪情况。计算结果表明：在300 a一遇台风作用下，杭州湾北岸金山和乍浦的最大有效波高相当于200 a一遇，海盐略小于100 a一遇，而南岸镇海外游山、镇海上和十二塘下均小于100 a一遇。目前，杭州湾安澜海塘工程采用同频的潮浪组合基本可以防御300 a一遇台风以及历史上出现最大风速时产生的波浪。