海啸研究

引言

世界地震工程会议（WCEE）是地震工程届交流最新研究成果、分享技术经验的最好平台之一。第一篇在WCEE上刊登的海啸相关论文是由日本东京大学的高桥龙太郎（Ryutaro Takahasi）在2WCEE上发表，其介绍了1960年智利海啸调查情况。自此会议之后，几乎每届会议都有最新研究成果发表，原因在于此次会议在1960年5月22日智利地震海啸发生后50天左右召开。地震震级达到Mw9.5，是有历史记载以来最大地震，海啸波及整个太平洋，共造成2000 人死亡、3000 人受伤、200 万人无家可归。即使在日本沿岸也监测到6米波高，造成139人死亡。

自此海啸相关研究受到巨大重视，人们对于海啸的危害有了重新认识，世界各国投入大量人力财力进行海啸防灾减灾相关研究，WCEE为这些学者提供了一个非常好的交流平台，其展示的研究成果是最新，最具前沿性的，体现了该领域内的最新学术动态。

自14WCEE已连续三届会议设立海啸研究专题，足以说明海啸防灾减灾是目前国际社会的一个热点问题之一。接下来对这三届WCEE海啸研究主要涉及的内容进行数理分析。

1. 概述

本届16WCEE会议海啸研究专题共发表论文62篇，数量基本与上届（65篇）持平，依旧远大于以往各届（见图1），说明海啸相关研究在国际上关注度依旧很热。2004年苏门答腊地震海啸产生的巨大破坏影响警示人们应该加强海啸防灾减灾研究，因此，2008年召开的14WCEE海啸研究论文数量较以往出现快速增长；尽管日本在地震和海啸的防灾减灾方面有着非常丰富的经验，投入了大量人力物力从地震学、水动力学、计算力学、地球物理学、土木工程学等覆盖各个学科进行全方位研究，针对未来大震灾害也已做好了充分应急准备，然而百密一疏，2011年发生如此大规模的地震和海啸完全超出之前预估，尤其海啸波高的严重低估造成了公众疏散不及时而造成大量人员伤亡、福岛核电站防护不足引起核泄漏事故。地震之后，日本政府加大投入，总结经验，扩展研究领域，因而2012年召开的15WCEE海啸研究论文出现井喷式增长。另外，此期间还发生了2009年9月29日萨摩亚群岛8.1级、2010年2月27日智利南部8.8级和2010年10月25日印度尼西亚明打威7.8级地震，引起的海啸分别造成了192人、156人和431人死亡。不仅仅是日本、世界其他各国也加大投入进行海啸防灾减灾方面的研究，由于这些破坏性海啸的影响非常深远，至2016年16WCEE召开，研究热度依旧没有得到下降，本届论文数量也与15WCEE保持一致。

2. 14WCEE国际海啸研究热点

综合分析此次会议的口头及张贴报告、发表论文情况，总结此次会议海啸研究主要涉及以下四方面内容：
      1）海啸动水力实验，研究海啸边缘波效应、海啸波荷载如何作用于钢筋混凝土房屋及桥梁结构、结构上开孔对海啸作用力的减弱效果、海岸红树林对海啸冲击力的减弱作用。
      2）海啸危险性评估，2004苏门答腊地震海啸引起了全世界对海啸灾害的关注，许多国家相继开展了海啸危险性评估，如新西兰、中国、意大利、美国、冰岛、加拿大。
      3）海啸避难疏散相关研究，主要是沿海海啸避难建筑的设计准则，海啸避难疏散状况模拟预测。
      4）海啸相关社会学问题研究，如灾后重建规划、海啸防灾信息宣传、海啸对旅游业的冲击与恢复等。

图1.历届WCEE有关海啸研究文章数量统计

3. 15WCEE国际海啸研究热点

1）海啸荷载（主要包括静水压力、拖曳力、浮力、冲击力、残骸撞击力）相关研究，主要分为：各种作用力的计算方法研究，沿海建筑物及基础设施在海啸荷载作用下的结构性能分析，考虑海啸荷载的结构设计规范检验、修订与编制，甚至提出了海啸避难建筑基于性态的设计方法。

2） 2011东日本地震海啸引起的破坏情况调查，有对钢筋混凝土结构建筑、供水设施、木结构建筑、钢结构建筑、诸如海堤等的岩土工程、诸如桥楼、道路等的基础设施的调查。

3）海啸避难疏散相关研究，2011东日本大地震海啸的深刻教训促使人们对海啸避难疏散的重视。主要研究设定地区居民的海啸避难疏散状况模拟预测以及从东日本大地震海啸中吸取的相关经验教训。

4）海啸危险性评估，2011东日本地震海啸的规模和破坏力出乎人们意料，引起了各国开始关注本国的地震海啸危险性，从而相继开展危险性评估，如葡萄牙、秘鲁、法国、土耳其、美国、日本。

5）海啸数值模拟，运用震源破裂过程反演结果计算初始位移场，多重网格的海啸传播数值模拟过程中球坐标体系与笛卡尔坐标体系的衔接计算，离散元法模拟海啸爬岸过程。

6）其他前沿性研究：海啸烈度新定义、海啸易损性函数、海啸波退潮理论、海啸引起沙土液化机理、地震面波反演与海啸格林函数相结合的海啸预警方法等。

4. 16WCEE国际海啸研究热点

1）概率海啸危险性分析（PTHA）。主要包括海啸潜在源的确认、PTHA方法改进、震源模型对PTHA的影响、PTHA结果运用于海啸区划编制、PTHA不确定性分析等。

2）建筑结构海啸荷载作用及规范编制。主要围绕海啸引起的荷载类别、荷载在建筑结构的作用分布、荷载的计算方法、规范的编制、有限元数值模拟、荷载实验等。

3）海啸疏散模拟与指南建议编制。包括海啸发生时驾驶汽车的疏散方法、人员密集场所的疏散原则、疏散管理与决策系统的研发、疏散风险评估、现有疏散指南的验证与改进等。

4）海啸潜在风险评估及早期预警。针对全球各沿海地区开展海啸风险评估、设定地震的海啸传播模拟、对历史大地震进行重现数值模拟以评估海岸风险、利用现代观测仪器进行海啸早期预警等。

5）其他前沿性研究。包括海啸引起的结构易损性分析、天文潮与海啸波混合数值模拟、区域性海啸研究综述、新技术应用于灾害调查、海啸水槽实验、大海啸经验总结、海啸后的垃圾存储与处理。 另外，可发现有8篇论文是基于2011年东日本大地震引起的海啸为例进行研究分析，可见此次地震尽管时隔近6年，其影响依旧很深远。

5. 跟踪国际海啸研究动态

1）海啸数值模拟技术基本上趋于成熟。现有常用的数值模型，如COMCOT、MOST 、TUNAMI已基本满足实践计算的需要。这些模型计算结果的准确性基本取决于基础数据的精度，单纯从计算方法角度提高数值计算的精确性已很难实现。由于概率海啸危险性分析、地震预警、海啸区划图编制对大规模数值计算的需求，并行计算技术已逐步应用于海啸数值模拟过程中。

2）海啸荷载是海啸研究领域近十年的热点课题。2004年苏门答腊海啸之后，工程界开始关注这方面研究，最初利用海啸动力水实验、水槽实验研究海啸荷载的作用原理、海啸荷载作用下的结构特性以及海啸的计算方法等；2011年东日本海啸之后，日本和美国开始研究如何在结构设计规范中合理考虑海啸荷载，ASCE7-16标准中已增加一个新的章节，为沿海结构设计提供如何考虑海啸荷载的具体条款。未来这方面研究依旧是热点，一方面规范的适用性需要实践验证，另一方其他国家的规范将以此为蓝本进行修订。

3）海啸避难疏散相关研究是热点问题。三届WCEE均有很多文章涉及此方面研究。受2011东日本地震海啸的深刻教训，人们对海啸避难疏散愈加重视。海啸避难建筑的规划与设计、沿海海啸避难疏散状况的预测模拟、疏散的管理与决策以及指南编写是重点研究问题。未来这方面研究依旧是热点，主要原因是合理的疏散路线、快速的疏散原则是海啸逃生的最有效手段。我国在这方面研究已逐步开展，例如，Hou等人假设日本琉球群岛发生9.0级地震，对模拟浙江台州椒江区海门街道进行海啸疏散的模拟和演练。

4）世界上易受海啸影响的国家基本上都开展了海啸危险性评估，大多采用确定性的方法，给出了定性的评价结果；能给出定量结果的概率性海啸危险性分析（PTHA）正逐渐被采用，其结果将被主要用于沿海城市规划与防灾措施决策、海啸荷载规范的编制、沿海重大工程的选址等方面；另外，如果合理考虑PTHA的不确定性是未来需要解决的关键问题。

5）世界各国越来越关注海啸研究，包括我国在内研究队伍逐渐壮大，并且涉及领域逐渐扩大、相互交叉，不仅仅局限于以前的主要涉及的地震学、海洋性和流体动力学，还涉及到结构工程、岩土工程、桥梁工程、社会学、经济学、政策研究、高性能计算等，正逐渐成为一门综合性学科。