灾害性海浪的形成和危害
灾害性海浪由台风、温带气旋、寒潮等天气系统引起并在强风作用下形成。海上引起灾害的海浪,一般是指波高为6米以上的海浪。灾害性海浪按天气系统类型分为:冷高压型(也称寒潮型),台风型,气旋型,冷高压与气旋配合型。
背景知识:海浪
海浪是发生在海洋中海水的波动现象。我们这里指的海浪是由风产生的波动,其周期为0.5~25秒,波长为几十厘米到几百米,一般波高为几厘米到20米,在罕见的情况下波高可达30米以上。
“无风不起浪”和“无风三尺浪”的说法都没有错,事实海上有风没风都会出现波浪。通常所说的海浪,是指海洋中由风产生的波浪。包括风浪、涌浪和近岸波。无风的海面也会出现涌浪和近岸波,这大概就是人们所说“无风三尺浪”的证据,但实际 上它们是由别处的风引起的海浪传播来的。
广义上的海浪,还包括天体引力、海底地震、火山爆发、塌陷滑坡、大气压力变化和海水密度分布不均等外力和内力作用下,形成的海啸、风暴潮和海洋内波等。它们都会引起海水的巨大波动,这是真正意义上的海上无风也起浪。
海浪是海面起伏形状的传播,是水质点离开平衡位置,做周期性振动,并向一定方向传播而形成的一种波动,水质点的振动能形成动能,海浪起伏能产生势能,这两种能的累计数量是惊人的。在全球海洋中,仅风浪和涌浪的总能量就相当于到达地球外侧太阳能量的一半。海浪的能量沿着海浪传播的方向滚滚向前。因而,海浪实际上又是能量的波形传播。海浪波动周期从零点几秒到数小时以上,波高从几毫米到几十米,波长从几毫米到数千千米。
海浪可分为风浪、涌浪和近岸浪3种。
风浪,指的是在风的直接作用下产生的水面波动。
涌浪,指的是风停后或风速风向突变区域内存在下来的波浪和传出风区的波浪。
近岸浪,指的是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。
风浪、涌浪和近岸波的波高从几厘米到20余米,最大可达30米以上。风浪是海水受到风力的作用而产生的波动,可同时出现许多高低长短不同的波,波面较陡,波长较短,波峰附近常有浪花或片片泡沫,传播方向与风向一致。一般而言,状态相同的风作用于海面时间越长,海域范围越大,风浪就越强;当风浪达到充分成长状态时,便不再继续增大。风浪离开风吹的区域后所形成的波浪称为涌浪。
根据波高大小,通常将风浪分为10个等级,将涌浪分为5个等级。0级无浪无涌,海面水平如镜;5级大浪、6级巨浪,对应4级大涌,波高2~6米;7级狂浪、8级狂涛、9级怒涛,对应5级巨涌,波高6.1米到14米多。
海洋波动是海水重要的运动形式之一。从海面到海洋内部,处处都存在着波动。大洋中如果海面宽广、风速大、风向稳定、吹刮时间长,海浪必定很强,如南北半球西风带的洋面上,常年浪涛滚滚;赤道无风带和南北半球副热带无风带海域,虽然水面开阔,但因风力微弱,风向不定,海浪一般都很小。
灾害性海浪的形成和危害
灾害性海浪造成的危害
灾害性海浪在海上主要给航海、海上施工、渔业捕捞和海上军事活动等带来灾害。
海浪对海上航行的危害
自有海难记录以来的200年间,全球已有100多万艘大中型船舶遭受巨浪狂风袭击沉没。在古代,人们限于船舶性能、通讯条件、导航设备的不足,很难掌握海上巨浪的动向,经常出现重大海难事故。即使现代各种航行条件都较完善的情况下,重大海难仍不可避免。我国近海由灾害性海浪引起的海难每年平均有70次,经济损失每年约1亿元,死亡500余人。
灾害性海浪在海上会引起船舶横摇、纵摇和垂直运动。
横摇的最大危险在于船舶自由摇摆周期与波浪周期相近时,会出现共振现象,使船舶倾覆。
剧烈的纵摇使螺旋桨露出水面,使机器工作不正常而引起失控。当海浪波长与船长相近时,由于船舶的自重能使万吨巨轮拦腰折断。
船舶在波浪中的垂直运动还会造成在浅水中航行的船舶触底碰礁。
海浪大多数是从侧面掀翻船舶的,但也发生过多次巨浪将船体拦腰截断的惨剧。
1952年12月16日,一艘美国万吨商船在意大利西部遭受巨浪袭击时,恰好船的首尾分别位于两个相邻的波峰上,船体中心部位悬于波谷上,而被巨浪截为前后两段沉没。
在大洋上还会不时出现一种特大的海浪。这种浪,一般是由多个波峰和波谷汇合而成,往往不易被船员发现。特别是夜晚时,正当船员们熟睡之际,遭到这种特大巨浪袭击,船舶会很快翻沉。因此,船员们常叫这种浪为“睡浪”。“睡浪”的最大波高可超过30米,当船首位于波谷突然下沉时,巨浪以压顶之势袭击过来,船只很难逃过这种灭顶之灾。一些在大洋中突然神秘失踪的船舶,很大可能是这种巨大“睡浪”造成的。
据史书记载,公元1281年6月,元世祖忽必烈和范文虎率10多万人的军队,4400多艘战舰在攻占日本的一些岛屿时,8月23日的一次台风突然袭来,狂风巨浪使4400艘战舰几乎全部毁坏、沉没。10多万人被葬身海底,活着逃回的仅3人。
第二次世界大战中,英美海军在诺曼底登陆,就由于一次不大的风暴损失700艘登陆艇。
1952年底一艘美国船就曾在意大利海岸附近被巨浪折成两半。
当然,对于不同性能的船舶,它所能抗御的海浪大小也不一样。
没有动力的帆船以及小马力的机帆船,3米波高的海浪就足以对其构成威胁;千吨以上至万吨的船舶,其抗浪能力又增强了,至于现代化的十几万吨、几十万吨的巨型船舶,只有特大的9米波高以上的巨浪,才能对其造成危害。对于海上施工、渔业捕捞等海上活动而言,波高6米的灾害性海浪能对其构成威胁。
灾害性海浪对海岸的危害
灾害性海浪传到近岸,受海底摩擦作用的影响,海浪能量集中表现在波压上。据测量,近岸浪对海岸的压力,可达到每平方米30~50吨,这对海岸工程、沿岸设施的破坏是毁灭性的,有时海浪还会携带大量泥沙进入海港、航道,造成淤塞等灾害。
灾害性海浪到了近海和岸边不仅冲击摧毁沿海的堤岸、海塘、码头和各类建筑物。还伴随风暴潮,沉损船只、席卷人畜,并致使大片农作物受淹和各种水产养殖珍品受损。海浪所致的泥沙运动使海港和航道淤塞。灾害性海浪到了近海和岸边,对海岸的压力可达到每平方米30~50吨。
据记载,在一次大风暴中,巨浪曾把1370吨重的混凝土块移动了10米,20吨的重物也被它从4米深的海底抛到了岸上。巨浪冲击海岸能激起60~70米高的水柱。例如1989年8号台风于7月17日20时靠近珠江口上川岛东南约30千米处,沿海岸的边缘向西北偏西方向移动时,珠江口至湛江沿岸均有8~10米的海浪袭击海岸,致使沿岸海堤受到严重破坏。台山县海晏东镇的中门海堤 (砌石堤),堤顶高5.7米,宽8米,长3.2千米全被海浪冲毁,阳江的海陵大堤标高4.5米,堤面宽度10米,被巨浪冲毁8米,剩下2米。据统计,这次台风浪共沉损船只536艘,冲毁堤围172千米、渠道149千米,电排站5075千瓦,农业受灾363.6万亩 (其中包括水产养殖22.4万亩)。其中仅海浪毁坏的海堤水利工程直接经济损失约1.5亿元。
海浪灾难回顾
1994年9月27日,在波罗的海上航行的“爱沙尼亚”号渡轮,遭巨浪袭击沉没的重大海难事故,是近年来最为引人注目的事件。该轮为1.5万吨的渡轮,从爱沙尼亚的塔林驶往瑞典的斯德哥尔摩,载客1049名,渡轮驶出港口后不久,海面上就开始狂风大作,波高达6米的大浪接踵向渡轮扑来,虽然这不是最大海浪,乘客们已感到船只在剧烈摇摆和颠簸,在午夜时前舱门突然被大浪击开,汹涌的海水向底舱的停车库涌去,船体左舷急剧倾斜,咆哮的海浪扑向甲板,一声巨响船体上的烟囱倒覆在水面上,船底顷刻朝天,随即渡轮沉入80米深的波罗的海中。从发生险情到沉船仅15分钟,人们只接到唯一的一个报警信号。渡轮翻沉时,邻近的船舶和直升机先后赶到现场。由于夜晚大多数乘客已入梦境,毫无防备,只有少数人穿了救生衣下到救生筏上,最终幸存者只有220人,遇难总数约800多人,其中大部分是瑞典人,这是二次大战后欧洲发生的最大一次海难。
专家学者从船体的结构,当时海况分析,得出比较科学的判断,认为“爱沙尼亚”号遇到了非常罕见的大海浪,使得船的首舱门受到冲击而脱落,船体因大量进水而沉没;还有一种分析认为,是船只的密封层遭到损坏,海水渗透进去之后,形成巨大的压力把首舱门压垮了,究竟是何种因素?现在还无法定论,但海浪是它沉没的主要原因,是大家共同认定的。
锚定在海底的近海钻井石油平台,也难以抗御险恶的巨浪,近十几年因狂风巨浪平台遭受翻沉事故也屡有发生,平均每年1~2座,最多的一年曾高达8座。伤亡人数最多的一次是1980年3月27日夜晚位于墨西哥湾的“基兰”号石油平台被波涛吞没,遇难者达120多人。在我国海区,已有两座石油平台因巨浪分别沉没于渤海和南海,“渤海2号”平台于1979年11月在渤海航渡过程中被巨浪翻沉,死亡72人,仅2人生还;另一次是美国“爪哇海”号平台,在南海莺歌海作业时,遇到强台风引起的8.5米波高的狂浪袭击沉没,平台上中外人员无一生还。到目前为止,全世界因巨浪沉没的石油平台已达60余座。