书城科普夺命巨浪:海啸灾害的防范自救
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第5章 气象“海啸”——风暴潮与海浪(2)

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7万吨。

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4万余吨。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,就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入海。

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。

认识海浪及灾害性海浪

海浪是指由风产生的海面波动,其周期为0.15~25秒,波长为几十厘米至几百米,波高一般为几厘米至20米,在罕见情况下波高可达30米。

所谓灾害性海浪是指在海上引起灾害的海浪。它的产生是多方面因素综合作用的结果,如台风、温带气旋、寒潮等。当然,这里我们所说的灾害性海浪是指海上波高达6米以上的海浪。之所以这样定义是因为通常情况下,6米以上波高的海浪对航行在世界各大洋的绝大多数船只已构成威胁,它不仅能掀翻船只,摧毁海洋工程和海岸工程,同时还给航海、海上施工、海上军事活动、渔业捕捞带来灾难,因此,想要将这种灾害程度减小到最低应该正确、及时地预报这种海浪。当然,关于灾害性海浪的具体定义还没有统一的说法。之上提到的“海上波高达6米以上的海浪”

只是相对于当今世界科学技术水平和人们在海上与大自然抗争能力而言的相对定义。当然,灾害性海浪的确切定义需要根据海上不同级别的船只和设施来给出不同的定义。

例如,虽然一些海浪只有2.5~3米,但是,它却会对没有机械动力仍借助于风力的帆船和小马力的机帆船、游艇等小型船只构成威胁。

所以,对于这些船只而言,这种波浪属于灾害性波浪。

而4米以上的巨浪会对千吨以上和万吨以下、中远程运输作业船只构成威胁。所以,对于这些船只来说,4米以上的海浪称为灾害性海浪。

随着社会经济的不断发展和科学水平的提高,人们也提高了与大自然的抗争能力。9米以上的海浪会对20万~60万吨的巨轮产生威胁,所以,对于这些巨轮来说,9米以上的海浪为灾害性海浪。

因此,在发布海浪预报和警报的时候,除了考虑海上一般和普遍情况外,还需要具体问题具体分析,要根据不同任务、不同船只和不同海上设施进行特殊保护,只有这样,才能把损失降到最低。

一旦遭遇灾害性海浪,船舶就会在海上作横摇、纵摇和垂直运动。

如果发生横摇,在船舶自由摇摆周期与波浪周期相近的时候,共振现象就会出现,如果情况严重的话,船舶就会倾覆。而剧烈的纵摇会使螺旋桨露出水面,最终导致机器工作不正常而引起失控。如果海浪波长与船长差不多,那么会发生由于船舶的自重使万吨巨轮拦腰折断的现象。而如果船舶出现垂直运动,最终可能会使其在浅水中航行的时候触底碰礁,发生危险。另外,如果灾害性海浪到了近海和岸边,必然严重威胁着沿海人民的生命财产安全。

海浪包括风浪、涌浪和近岸浪3种。

(1)风浪:在风的直接作用下产生的水面波动。风浪波面粗糙,风浪大时波峰附近有浪花和大片泡沫,波峰线短。

(2)涌浪:风停后或风速风向突变区域内尚存的波浪和传出风区的波浪。具有较规则的外形,排列整齐,波面较平滑,波峰线长,一般涌浪周期较风浪长,涌浪周期越长,传播得就越快、越远,由于长周期的涌浪传播速度比台风、温带气旋等天气系统移动快,因此涌浪往往能成为一种预警信号。

(3)近岸浪:由外海的风浪或涌浪传到海岸附近,受地形作用而改变波动性质的海浪。随着海水变浅和波动遇障碍物,会引起波动折射、绕射和反射等,使波高发生变化,近岸浪的波峰前侧陡,后侧平,直至倒卷破碎。大多数情况下风浪和涌浪并存,两者叠加而成的海浪称为混合浪。

灾害性海浪的天气形势

1.台风天气

台风的范围一般有近千千米,风力强劲,能引发很大的波浪。由于台风中风向是旋转的,它造成的波浪由台风区向四方扩散到范围广大的海域。台风内风浪最大区域位于风向与台风移动方向一致的区域,即台风移动方向的右半部分,该区域风速大、风时长。波浪最小的区域是风向与台风移动方向相反的区域,因其区域风速相对较小、风时较短。在台风中心,虽然风力较小,但由于台风区中波浪都向中心汇集,波浪很大,且出现波陡很大的三角浪。在远离台风区的海上有规则、整齐的涌浪。

台风浪主要发生在每年7~10月的台风季节,占全年总数的73%,其中仅8月便占全年总数的21%,而1~6月仅占全年总数的16%。

2.强冷空气天气

强冷空气天气过程的风场特点是风向一般为北—西北,风区不断随冷锋南移而从北向南扩展。由于这种风在各海区洋面上吹的大多是离岸风,所以波浪在海洋北部生成,不断向南传播,在传播过程中成长变大,因而造成西北小、东南大的分布。并且这种风的风力风向比较稳定,波浪的大小分布在风吹刮相当时间后即进入稳定状态,离海洋的西北岸愈远,波浪愈大。在冷锋过后数小时内。波浪即达到最大,即在地面锋线后300千米左右海面波浪最大。在北纬35°以北海区,冷锋速度通常大于涌浪波速,故锋前一般没有涌浪,但到了北纬35°以南海面后,冷锋速度减慢,锋前一般都出现涌浪。

寒潮浪主要发生在冬半年。11月至翌年2月的发生次数占全年总数的84%,其中仅12月便占全年总数的25%,夏季的6~8月则没有发生,春、秋季仅占全年总数的16%。

3.温带气旋天气

温带气旋的风场特点是在气旋中有三部分不同风向且都在移动着的风区,在冷锋后为偏北风,风区向东移动方向与风向垂直,但同时风区也向南扩展移动;暖区是偏南风,风区移动方向与风向成30°~60°夹角;暖锋前偏东风区,风区移动方风向与风向成120°~150°夹角。通常冷锋后偏北风力最强、风时最长、风区扩展方向与波向相同,故波浪最大,低压区中的最大波高亦出现于冷锋后附近海面。暖区中偏南风次之,风浪较大;暖锋前偏东风的风时最短、风力较弱、风浪最小。低压中心的附近海区波浪并不很高,往往在中心经过后数小时至10多小时后波浪才达到最大值。因此实际上,海上经常出现气旋与冷空气共同影响的天气形势。

气旋浪主要发生在10月至翌年3月的冬半年,占全年总数的77%,而4~9月的夏半年发生次数仅占全年总数的23%。

国外的海浪灾害

海上自然破坏力的90%来自海浪,仅10%的破坏力来自风,海上常说的“避风”,实际上是“避浪”。

4级风时,波浪的压强常超过1300千克/平方米,是风压的10倍,当风力为11~12级时,波浪的压强可达13000千克/平方米,这时的波浪可使船舶倾覆,甚至把万吨轮折成两段。据统计,海上巨浪造成的海难占世界海难的70%左右。由强烈大气扰动如热带气旋(台风或称飓风)、温带气旋和强冷空气大风引起的海浪,在海上常能掀翻船舶、摧毁海上工程和海岸工程,给航海、海上施工、海上军事活动、渔业捕捞等带来灾害。因此,海浪灾害是最严重的海洋灾害之一,也是发展海洋经济的最大障碍。有史以来,地球上差不多有100多万艘船舶沉没于惊涛骇浪之中。

894年的一天,美国西海岸狂风大作,惊涛击岸,坐落在哥伦比亚入海口灯塔站的工作房被数十千克重的大块石头砸塌。当时守护人员惊慌失措,又十分纳闷:灯塔附近平时没有这样的石块,这里人烟稀少,更何况将这么大的石块抛向40多米的高空,谁能有这么大的力量呢?经专家鉴定,终于找到了破坏者——海浪!其实,海浪的恶作剧时有发生。法国的契波格海港,一块3.5吨重的构件被海浪像掷铅球一样扔过6米高的围墙。在荷兰首都阿姆斯特丹防波堤下,一块20吨的混凝土块,被海浪从海底举到7米高的防波堤上。在苏格兰的威克,一个巨浪竟将重约1370吨的庞然大物移动到15米以外。西班牙的巴里布市海边,一块重约1700吨的岩石被海浪翻了个身。斯里兰卡海岸60米高的灯塔曾被海浪击碎。海面上100米的欧洲设德兰岛北岸灯塔的玻璃多次被海浪击碎。

1994年9月27日,在波罗的海航行的“爱沙尼亚”号渡轮,遭遇巨浪袭击而沉没。这艘渡轮重1.5万吨,当时正从爱沙尼亚的塔林驶往瑞典的斯德哥尔摩,满载旅客1049名。当渡轮驶出港口后不久,海面上就狂风大作,6米多高的大颠簸,使大多数乘客感到不适。到午夜时分,前舱门突然被大浪撞开,汹涌的海水立即扑向底舱的停车库,船的左舷急剧倾斜,咆哮的巨浪迅速扑上甲板,一声巨响之后,巨大的船烟囱便倒在水面上,在很短的时间内,渡轮便沉入80米深的波罗的海中。从发生隐情到沉船只有15分钟,周围船舶接到唯一的报警信号,是在0点24分。渡轮沉没后,临近的船舶和近岸的直升机先后赶到现场营救。由于夜晚多数乘客已入睡,毫无防备,只有少数人穿了救生衣,坐到救生筏上,也都因长时间浸泡在10℃的冷水中,受尽寒冷磨难,最终得以幸存的仅有220人,约800多人遇难,其中大部分是瑞典人。这是第二次世界大战以来,欧洲发生的最大一次海难,损失特别巨大,仅对伤亡人员的赔偿金就超过1亿美元。海浪不仅能对航船造成危害,对稳如磐石的海上钻井平台也会形成威胁。近几十年来,遭到狂风巨浪袭击而翻沉的平台事故屡有发生,全世界因巨浪沉没的石油平台已超过60座。据统计,1955~1982年的28年中,由狂风巨浪在全球范围内翻沉的石油钻井平台有36座。

1980年的阿兰(Allen)飓风,同时摧毁了墨西哥湾里的4座石油钻井平台,遇难者达120多人。1983年10月6日,美国ACT石油公司的“爪哇海”号钻井平台受到波高达8~15米的8316号台风浪袭击在南海沉没,船上81名中外人员全部遇难。

1989年11月3日,“盖伊”台风在泰国南部暹罗湾横行2天,狂风巨浪使500多人失踪,150多艘船只沉没,美国的“海浪峰”号钻井平台翻沉,84人被淹死。1991年8月15日,美国ACT石油公司大型铺管船“DB29”号,在躲避911,1号台风的航行中被台风浪冲击为两段后沉没,船上人员全部落水,经12架飞机、14艘救捞船历经32小时的奋力抢救,救起189人,死亡14人,失踪6人。2005年以来,台风也屡屡危害人类,人们也在想些办法去积极应对,从而也减少了台风的危害。

最可怕的海浪

1.突如其来的“疯狗浪”

对“疯狗浪”这个词,人们可能感到陌生。它是怎么一回事呢?

近几年来,台湾媒体多有报道关于在台湾东北部海岸戏水、垂钓或游览时,有人被突如其来的大浪卷入海中的悲剧发生。即便水性强的渔民在捕捞作业时,遇上这种情况也无法幸免于难。由于此种大浪突如其来非常危险,因此,当地民众称之为“疯狗浪”。

近些年来,台湾地区经济迅速发展,民众开始注重休闲活动。台湾四周环海,气候温和,是从事岸边及海上休闲活动的好去处。当地有关部门顺应民意,修建了与海岸游憩相关的设施。台湾东北海岸在冬季最受欢迎的活动之一是在海边垂钓。因为在冬季天气恶劣之际,许多名贵鱼类,如黑毛、硬尾仔、红尾冬等鱼汛不断,吸引不少钓友。

但近几年每年都有垂钓者在这里被俗名为“疯狗浪”卷走的事发生。

如台湾《联合报》以《八斗于巨浪卷走十余钓客,九人获救,两人受伤,数人失踪连夜搜救》为题,报道了发生于1984年10月14日的一次“疯狗浪”。据报道,当时天气很好,微风拂熙,海面微波荡漾,有十几名钓鱼的人晚上在基隆市八斗子渔港防波堤末端钓鱼,8时许,有一名钓友被大浪卷走,但其余的人仍在该处垂钓。10时30分,突然有一大浪打上来,有四五个钓友被打下防波堤,其余六七人欲奔向安全地点时,又被卷来的大浪全部打入海中。经过在场数百名钓友和警方的抢救,有9人获救,但仍有几人被大浪卷走。就在这一夜,在基隆港的另一端也发生了有10名垂钓客落海事件。事实上,“疯狗浪”

并非只危及岸边的垂钓者,海上作业的渔船有时也无法幸免。1991年8月7日凌晨有5艘作业渔船遇10多米高的“疯狗浪”侵袭而翻覆,造成1人死亡2人失踪。“疯狗浪”

对航运、港湾设施、海洋及海岸工程等都有潜在威胁。巴拿马籍“安士玛”号货轮在宜兰外海遇上“疯狗浪”,在甲板上工作的5名船员被卷落海中,其中2名船员不治,另3人重伤。这艘近6000吨的货轮是在驶往韩国的途中遭遇到“疯狗浪”的。“疯狗浪”吞噬人命事件在香港和内地沿海也有发生。据香港报报道:1994年12月28日,港岛石港后滩一批中学生在临海边岩石上观赏浪花,突然翻起一个大浪,将其中一名学生卷入大海失踪。