书城科普读物碧海狂啸:可怕的海洋灾害
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第10章 风暴潮的预

但是由于验潮仪观测通常只局限于近岸地区,同时站位的分布也不均匀,所以并不能测量整个近岸和内陆的潮位,当风暴潮影响过后,通常还需进行风暴潮过后的现场调查,从20世纪70年代后期起,国家海洋局等单位就对几次强台风风暴潮进行了现场调查,获得了极其珍贵的资料。这些资料在对风暴潮预报技术的改进和沿海工程建设中发挥着重要作用。

通常来说,风暴潮预报分为两大类:“经验统计预报”和动力——

数值预报“通俗来说,可以简称为”经验预报“和”数值预报。

所谓经验统计预报,主要用回归分析和统计相关来建立指标站的风和气压与特定港口风暴潮位之间的经验预报方程或相关图表。简单、便利、易于学习和掌握,且对于某些单站预报能有较高精度是其优点。

然而,它也是存在缺点的,如其必须依赖于这个特定港口的充分长时间的验潮资料和有关气象站的风和气压的历史资料才能回归出一个稳定的预报方程。如果某些沿海海域没有足够长的资料,必然无法得出稳定的经验预报方程。所以,这种方法并不适用。另外,相对来说,由于巨大的、危险性的风暴潮数量比较少,所以,通常情况下,用历史上风暴潮的资料作子样回归出的预报方程具有这样一种统计特性:

当它预报中型风暴潮的时候有着非常高的精度,但是如果用以预报那些特大型风暴潮,其预报的极值通常比实际产生的风暴潮极值要偏低。

除此之外,经验方法制定的预报公式或相关图表只能用于特定港口,对其他港口并不适用。所以,其缺点是必然存在的。

所谓风暴潮“数值预报”就是“数值天气预报”和“风暴潮数值计算”。

二者组成的统一整体。数值天气预报给出风暴潮数值计算时所需要的海上风场和气压场,也就是大气强迫力的预报;而风暴潮数值计算是在给定的海上风场和气压场强迫力港口城市概貌的作用下、在适当的边界条件和初始条件下用数值求解风暴潮的基本方程组,这样就可以给出风暴潮位和风暴潮流的时空分布,其中包括了岸边风暴潮位的分布和随时间变化的风暴潮位过程曲线。当然,由于其更客观、更有效,所以它必然成为将来风暴潮预报的主要方向。

当然,由于风暴潮所造成的灾害非常严重,所以其早已引起了世界各国和科研机构的关注。到目前为止,国外开展风暴潮观测、研究和预报工作的国家有很多,如美国、英国、德国、法国、荷兰、比利时、俄罗斯、日本、泰国和菲律宾等。

当然,在这方面中国也有研究,但是起步比较晚。真正对风暴潮展开全面研究是在20世纪70年代之后。

如今,我国在这方面也取得了非常好的成果,如把数值预报产品应用于进行风暴潮位的业务预报、建立风暴潮的监测和通讯系统等。

世界各大河口区,多是通航的要道,经济发达,人口众多,商贸繁荣;又是易受风暴潮侵袭的地方。

如何确保河口区免受潮灾,又不影响水运交通,一直是各沿海国家致力解决的问题。许多国家在河口段设置了各种防潮闸,其中以荷兰新建的防潮闸工程最为壮观。

荷兰于20世纪80年代决定在阿姆斯特丹市河口区建一座现代化大闸门,通过论证分析,并经公开招标,从6种方案中,选出了代号为:

BMK的设计方案,作为施工依据。

在这项工程中,最突出的是两扇巨大的防潮闸大门,被认为是世界之最。每扇闸门重约3.6万吨,实际上是以转动球为圆心的长弧的一部分。闸门宽约300米,是采用可升降的船体式空腔技术制作的,船体高22米,长210米,里面分有许多舱室,其中1个为电机房,内有电力和水力装置的启动设备,其余舱室为水室,以便利用水量来调控船体的沉浮。闸门用多根钢梁桁架连接转动圆心,桁架长238米。为使闸门灵活转动,特别铸造了直径为10米、重680吨的钢球,作为它的支点圆心。钢球放置在有8块凹面的铸钢体内。铸钢凹块被固定在重5.2万吨的三角形水泥地基上,它的承受力约为7万吨。

荷兰位于西欧,濒临北海,全境地势低洼,河流纵横交错,水渠网络稠密。全国面积近5万平方千米,其中约一半位于海拔1米以下。加之沿海地带一般潮差显著,极易受潮灾水患的威胁,尤其西南部沿海,潮灾更为严重。

长期以来,荷兰人民围海造陆、修堤筑坝,在与潮灾水患斗争中,积累了丰富的经验。如果没有这些防潮工程设施,一旦潮水泛滥,“半壁江山”将落入水下。

平时,防潮闸开放着,以便上游排水和船只通航。这时的两扇闸门,都存放在专用船坞里,当风暴潮来临时,才关闭闸门,以挡潮水内侵。为使闸门能关得紧密,在河床上铺着沙和卵石制成的水泥板,这些板块重约4万吨。大闸门的开关,全部用计算机操作。当潮位超过阿姆斯特丹常年平均海面3.2米时,先把水放进船坞,浮起里面的闸门,打开船坞门后,将闸门牵引到水道中央。这时,打开闸门里各舱室让水灌入,使闸门下沉到离河床底1米处,利用底下的急流把下面的泥沙冲净,再让闸门平稳地落我国建设中的防潮闸工程到河床上,把河道关闭。待风暴潮过后,先将闸门各舱室的水排出,使闸门浮起来,牵回船坞放好,排干坞内积水,关闭坞门,完成了一次闸门关开的程序。

防潮闸门开启和关闭的时间,一般不超过30小时,不会引起河水暴涨泛滥。如果闸门关闭时引起里面水位上升,超过了闸外海面水位时,可将闸门上浮一段,让河水从底层空隙处排海。

荷兰防潮闸工程,保障了鹿特丹地区100多万居民免受潮灾之苦。

工程总投资约为9亿美元,是当时世界上最宏伟的防潮工程之一。它的建成对其他沿海国家,起到了良好的示范和借鉴作用。