防治海洋灾害，助推海洋大数据

1）风暴潮灾害［15-19］

风暴潮灾害是指由台风、温带气旋、冷锋的强风作用和气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常升降造成生命财产损失的灾害，又称风暴增水、风暴海啸、气象海啸或风潮。中国历史文献中称为海溢、海啸、海侵、大海潮等。风暴潮会使受到影响的海区的潮位大大地超过正常潮位，造成巨大破坏。

风暴潮根据风暴的性质，通常分为由台风引起的台风风暴潮和由温带气旋引起的温带风暴潮两大类。台风风暴潮多见于夏秋季节，其特点是：来势猛、速度快、强度大、破坏力强。凡是有台风影响的海洋国家、沿海地区均有台风风暴潮发生。温带风暴潮多发生于春秋季节，夏季也时有发生，其特点是：增水过程比较平缓，增水高度低于台风风暴潮。主要发生在中纬度沿海地区，以欧洲北海沿岸、美国东海岸以及我国北方海区沿岸为多。

风暴潮的空间范围一般为几十千米到数千千米，时间尺度或周期为1～100h。但有时风暴潮影响区域随大气扰动因素的移动而移动，因此有时一次风暴潮过程可影响数千千米的海岸区域，影响时间长达数天之久。风暴潮引起的海水水位升高一般为1～3m，最大达7m左右。根据增水高度不同分为四个等级：①风暴增水，增水值小于lm；②弱风暴潮，增水值1～2m；③强风暴潮，增水值2～3m；④特强风暴潮，增水值3m以上。

风暴潮灾害如图1-9所示，居于海洋灾害之首位，世界上绝大多数因强风暴引起的特大海岸灾害都是由风暴潮造成的。风暴潮能否成灾，在很大程度上取决于其最大风暴潮位是否与天文潮高潮相叠，尤其是与天文大潮期的高潮相叠。当然，也决定于受灾地区的地理位置、海岸形状、岸上及海底地形，尤其是滨海地区的社会及经济（承灾体）情况。如果最大风暴潮位恰与天文大潮的高潮相叠，则会导致发生特大潮灾，如8923号和9216号台风风暴潮。1992年8月28日一9月1日，受第16号强热带风暴和天文大潮的共同影响，我国东部沿海发生了1949年以来影响范围最广、损失非常严重的一次风暴潮灾害。潮灾先后波及福建、浙江、上海、江苏、山东、天津、河北和辽宁等省（直辖市）。风暴潮、巨浪、大风、大雨的综合影响，使南自福建东山岛，北到辽宁省沿海的近万千米的海岸线，遭受到不同程度的袭击。受灾人口超过2000万，死亡194人，毁坏海堤1170km，受灾农田193.3万hm2，成灾33.3万hm2，直接经济损失90多亿元。当然，如果风暴潮位非常高，虽然未遇天文大潮或高潮，也会造成严重潮灾。8007号台风风暴潮就属于这种情况。当时正逢天文潮平潮，由于出现了5.94 m的特高风暴潮位，仍造成了严重风暴潮灾害。

图1-9　风暴潮灾害

2）海啸及海浪灾害

（1）海啸灾害［20-22］。海啸是由海底火山、海底地震和海底滑坡、塌陷等活动引起的波长可达数百千米的巨浪。日本语称海啸为津浪（tsunami）。海啸传播速度达每小时数百千米，周期一般为几分钟。一般海啸在广阔大洋传播过程中波高很小，波长很大，所以不易被人们察觉；但传播到浅海地区时，发生能最集中，形成巨浪、狂浪或狂涛；到滨岸地带时，海浪进一步陡涨，瞬间形成10～30 m的巨大水墙，以排山倒海之势摧毁堤防，涌上陆地，吞没城镇、村庄、耕地。随即海水骤然退出，往往再次涌入，有时反复多次，在滨海地区造成巨大的生命财产损失。

海啸分为遥地海啸和本地海啸（又称局地海啸）两类，以本地海啸为主。国际上一般用渡边伟夫的海啸级表示海啸的大小，分为—1、0、1、2、3、4，共6级（对应的海啸波幅分别为≤0.5m、1m、2m、4～6m、10m、≥30m）。当海啸为1级时，就可能造成一定的经济损失，故1级和1级以上的海啸属于破坏性海啸或灾害性海啸。其中，2级以上海啸常造成人员伤亡，3级海啸可能会严重成灾，4级海啸可能成为毁灭性灾害。图1-10所示是日本311海啸后的景象。

图1-10　日本311海啸造成的满目疮痍

世界近80%的海啸发生在太平洋沿岸，遭袭击最多的是夏威夷，其次是日本。1498年9月20日，日本东海道地震引发海啸，浪高20m，入侵内陆2000m，造成2万人丧生。1792年5月21日，日本有明海附近山崩引发海啸，最大波高50m，死亡1.5万人。1883年8月27日，印尼巽他海峡火山爆发引发海啸，最大海啸波高35m，死亡3.6万人。1896年6月15日日本三陆海啸，浪高25 m，死亡2.7万人。据统计，1900—1983年，太平洋沿岸发生海啸405次，其中造成重大人员伤亡和财产损失的达84次，大约死亡18万人。20世纪以来重大海啸灾难有：1908年，意大利墨西拿地震引发海啸，死亡8.3万人；1933年3月2日，日本三陆北海地震引发海啸，死亡3000多人；1960年5月22日，智利西海岸发生里氏8.5级地震引发海啸，最大波高25m，使半座城市变成瓦砾场，死亡数万人，海啸波以700km/h的速度横扫太平洋，越过夏威夷，把海堤十几吨重的玄武岩块抛出百米以外，一座钢质铁路桥被推离桥墩200多m，毁坏建筑物500多座，死亡61人，海啸波继续向西，能量仍未减低，在智利地震发生22h后，海啸波登陆日本，10m多高的海浪冲上海岸，将船只抛到建筑物之上，造成日本800人死亡，1.5万人无家可归；1992年，印度尼西亚发生里氏7级地震，在印度尼西亚东南部福洛斯岛附近引发海啸，死亡2500人；1998年，巴布亚新几内亚海底地震引发海啸，巨浪高达49m，致使2 200人死亡；2004年12月26日，印度尼西亚苏门答腊岛西北海域，在大洋深处发生里氏8.5级地震引发海啸，袭击了苏门答腊及周围岛屿、泰国南部沿海，1.5h之后，39m高的巨浪席卷了斯里兰卡、印度东南部、马尔代夫等地，巨浪还波及非洲东海岸一些国家，给塞舌尔、索马里等国带来了灾难，联合国称之为“近几个世纪以来最严重的自然灾害”，这次海啸造成死亡人数超过21万人，还有13万多人失踪；2011年3月11日发生的日本大地震引发的海啸，海浪最大高度达到了40.5m，造成2万～3万人死亡或失踪，此外还造成邻近核电站严重放射泄漏，大量放射污染物随海水退却排入西北太平洋，同时，放射性泄漏还污染周边的空气、土壤、水系、动植物等。

（2）海浪灾害［23，24］。海浪灾害是指因海浪作用造成的灾害。海浪系海面的波动现象，由风产生的海面波动，一般周期为0.5～25s，波长为数十厘米至数百米，波高为数厘米至20m，在罕见的情况下可达30m以上。不同强度的海浪对人类威胁程度不同。通常波高达6m以上的海浪，能够掀翻船只，破坏海上工程，给海上航行、海上施工、海上军事行动、渔业捕捞等造成危害，被称为灾害性海浪。根据形成灾害性海浪的天气系统，将海浪分为四类：冷高压型海浪（亦称为寒潮型海浪）、台风型海浪、气旋型海浪、冷高压与气旋配合型海浪。根据海浪形态分为风浪、涌浪、近岸浪。标志海浪强度的要素主要有波高、波周期、波长和波速。在国际上采用波级表示海浪强度，但划分波级标准不尽一致，除国际通用波级表外，常用的波级表还有蒲福波级表、道氏波级表、美制波级表。中国于1986年7月1日起采用国际通用波级表划分波浪等级。按照波级表标准，灾害性海浪属于7～9波级的狂浪、狂涛、怒涛。中国灾害性海浪主要分布在南海、东海，其次分布在黄海和台湾海峡。

海浪灾害是我国发生最频繁的海洋灾害。1968-2008年，我国巨浪灾害共出现70次，沉船52063艘、死亡（含失踪）13475人，造成直接经济损失233.5亿元。

3）海水入侵与海岸侵蚀

（1）海水入侵［25-28］。海水入侵是源于人为超量开采地下水造成水动力平衡的破坏。海水入侵使灌溉地下水水质变咸、土壤盐渍化、灌溉机井报废，导致水田面积减少，旱田面积增加，农田保浇面积减少，荒地面积增加。最严重的会导致工厂、村镇整体搬迁，海水入侵区成为不毛之地。

中国海水入侵主要出现在辽宁、河北、天津、山东、江苏、上海、浙江、海南、广西9个省（自治区、直辖市）的沿海地区。最严重的是山东、辽宁，入侵总面积已超过2000km2 。

事实上，海水入侵正在成为沿海地区的“公害”，不仅造成经济损失，还对人们生活用水造成很大困难，严重危害人体健康，严重破坏生态环境，对社会发展造成诸多负面影响。学界的基本判断是，海水入侵造成的对环境与人体的危害已由潜在变为现实。

中国地质大学（武汉）环境学院成建梅教授表示：“现在每个地方情况都很严重，不单单是深圳海水入侵，华北更严重。”华北平原环渤海城市带，是一个经济强劲发展，并拥有2亿居民的地区，城市经济年增长率高达11%。但同时，这些城市周边的江河却随着工农业的发展不断萎缩，不少湖泊被污染成酱油色。城市发展越来越依赖地下水资源。

中国科学院、中国工程院院士张宗祜说，中国水资源总体状况是：南方多，北方少，东部多，西部少。中国南方约有占全国68%的地下水量和36%的农地，而北方占全国64%的农地却仅有32%的地下水。图1-11和图1-12描述了渤海地区海水入侵状况。

“华北地下水严重超采，超采率大于150%。像华北地区过去超采的地下水相当于两条黄河的水量。”中国科学院院士、中国科学院水问题联合研究中心主任刘昌明说。刘介绍现今华北缺水300亿～400亿m3。

图1-11　辽东湾海水入侵分布示意

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图1-12　渤海海水入侵形成C字形区域

超量开采地下水被学界认为是海水入侵的主要原因。对此，中国科学院院士薛禹群分析称：“淡水抽水量超过了它的补给量，使海岸带附近地下水‘水头’不断下降，出现了淡水体的‘水头’低于附近海水‘水头’的现象，海水与淡水之间的水动力平衡被破坏，导致咸淡水界面向陆地方向移动，就会出现海水入侵。”即海水入侵是源于“人为超量开采地下水造成水动力平衡的破坏”，自然因素只是对海水入侵起一定的影响和控制作用。

国家海洋局监测结果显示，辽东湾和莱州湾滨海地区海水入侵面积大、盐渍化程度高。辽东湾北部及两侧的滨海地区，海水入侵的面积已超过4000km2，其中严重入侵区的面积为1500km2。属于辽东湾的盘锦地区海水入侵最远距离达68 km。莱州湾海水入侵面积已达2500km2，其中莱州湾东南岸入侵面积约260km2，莱州湾南侧（小清河至胶莱河范围）海水入侵面积已超过2000km2，其中严重入侵面积为1000km2。莱州湾南侧海水入侵最远距离达45km。

莱州市自1989年以来，80%以上的耕地质量退化，全部水田改为旱田，保浇面积占可灌溉面积的百分数由1986年的70%下降到1995年的61.56%。

（2）海岸侵蚀［29-32］。海岸侵蚀是指在海洋动力作用下，沿岸的供沙量少于沿岸输沙量而引起的海岸蚀退的破坏海岸过程。海岸侵蚀灾害则是由海岸侵蚀造成的沿岸地区的生产和人民财产遭受损失的灾害，是海岸侵蚀的成链过程。图1-13所示为海岸侵蚀与其他要素的关系。

图1-13　海面升降、侵蚀与海岸线进退关系

海岸侵蚀作用主要包括冲蚀作用、磨蚀作用与溶蚀作用。冲蚀作用是指海水对海岸的直接冲击、破坏的过程。磨蚀作用是指海水夹带岩块、泥沙对海岸的摩擦、破坏作用。海水对于海岸可溶岩石的溶解过程，称为溶蚀作用。表1-1描述了我国沿海海岸侵蚀状况。

表1-1　我国沿海主要侵蚀区域及侵蚀原因

我国的海岸侵蚀从南到北不仅分布广，而且侵蚀类型较多，既有自然演变而发生的侵蚀，也有因人为因素发生的侵蚀，海岸侵蚀已成为我国值得重视的环境问题。

将海岸作为一个系统来看，稳定状态下，物质和能量的输入输出处于平衡。海岸系统的物质基础是泥沙的运移，能量因素是海岸波浪、流场、潮汐的作用。造成海岸侵蚀的物质能量机制是海岸泥沙供给减少或由于海岸海洋动力自然加强致使泥沙从海岸系统中丢失。我国海岸侵蚀可分为两个类型：一是长周期趋势性的海岸侵蚀现象，它主要由河流改道、三角洲废弃或流域来沙减少所引起，海岸的侵蚀强度由河岸夷平作用及海滩剖面调整过程加以调节；二是短周期的暴风浪现象，如1962年7月26日—8月14日，长江口连续遭受两次强台风袭击，某些岸段滩面平均刷低20～30cm，岸线后退10～20m，巨浪在4h内将面宽3m、顶高4m、长约2 km的土堤吞蚀，海堤上重约150 kg的石块被抛至50m以外的海滩。

4）触礁及洋流异常造成的沉船等海难事故［33-40］

伴随着人类探索海洋的是无数的海难事故，从史前人们下海捕鱼开始，层出不穷，到了地理大发现的年代更加明显。除了前面所述的风暴潮灾害或者地震、海啸等自然灾害造成的沉船等海难事故外，由于偏离航线或航路不熟造成的触礁或搁浅、战争或操作不当等人为因素造成的海难也不在少数。尤其是随着人类技术进步，全球化格局形成，对能源的迫切需求等因素，导致船越造越大，一旦出事灾难后果越来越严重。

“泰坦尼克”号邮轮，长约269m，排水量为46000多t，有16个排水舱，头等舱的票价相当于如今的50000美元。1912年4月15日凌晨，这艘当时世界上最大、最豪华，被称为“永不沉没的船”和“梦幻之船”的巨轮在撞上冰山差不多2h后，同时据称是最安全的邮轮在其处女航途中，在距离纽芬兰150km处沉没，造成1595人死亡。

1948年，中国的“江亚轮”海难，死亡超过3000人；1945年1月30日，德国籍客轮“威廉古斯塔洛夫”号（Wilhelm Gustloff，25500t）在波罗的海被苏联潜艇击沉，乘船的难民等9931人罹难；整个二战期间被德国潜艇击沉的船只难以计数，财产和人员损失巨大。

1978年，美国油船“阿马柯·卡迪兹”号在法国西北部沿海搁浅遇难，22万多t石油流散，造成海洋大面积污染，被迫赔款达8亿美元。

1987年12月，菲律宾客轮“杜纳巴兹”号与一艘油轮相撞，造成4000多人丧生，是国际海运史上和平时期的最大海难。

1994年9月28日，“爱沙尼亚”号渡船从爱沙尼亚的塔林港驶往瑞典的斯德哥尔摩途中，在波罗的海海域遇风浪沉没，造成900多人死亡，当时成为欧洲自二战以来最严重的一次海难事故。

2002年9月26日深夜，严重超载的“乔拉”号从塞内加尔南部城市济金绍尔返回首都达喀尔，途中遭遇暴风雨，在冈比亚附近海域倾覆。根据官方统计的数字，这次海难共造成1863人死亡，只有64人生还。图1-14所示是倾覆后的“乔拉”号。

图1-14　倾覆后的“乔拉”号

2006年2月2日，载有1400多人的埃及客轮“萨拉姆98”号在红海沉没，造成1000多人遇难或失踪。这艘客轮于当地时间晚上19∶30从沙特阿拉伯西部港口杜巴港出发，预计于3日凌晨2∶30抵达距埃及首都开罗约600km的红海东南部的塞法杰港。但该船在驶离杜巴港大约62n mile（1n mile=1.852km）的海域从雷达屏幕上消失。塔哈说，船上载有1310名乘客，另外还有约100名船员。

2010年4月20日，位于美国南部墨西哥湾的“深水地平线”钻井平台发生爆炸，两天后沉入墨西哥湾，事故造成11人死亡，油井以每天5000桶的速度外泄原油。实际原油泄漏量远高于英国BP石油公司公布的数量，造成损失难以估量，最后总花费超过120亿美元，美国总统奥巴马2010年6月16日证实，BP同意设立200亿美元基金，赔偿因墨西哥湾漏油事件而生计受损的民众。此外，BP与美国法院和律师达成了40亿美元罚款的协议。