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【科學新聞】面對大海嘯浩劫提出警訊 成大校長黃煌煇:台灣地處太平洋地震環帶,不能等閒視之

Written By: admin on 四月 20, 2011 1 Comment

【台南訊】日本受到9.0大地震、大海嘯的嚴重摧殘,同處地震頻繁的台灣不得不所有警惕。而從事水工研究數十年、堪稱世界非線性波動力學先驅的成功大學校長黃煌煇說,海嘯由海底地震、火山爆發、或海底大規模坍方引起海面水位突然變化,隨即受到重力作用而以波動形態向外傳播所產生,在傳播過程中有可能因能量集中使水位升高,甚至沿著斜坡淺灘向岸推移,而造成極大的破壞。過去臺灣曾經有6次海嘯紀錄,造成嚴重破壞,對於大型海底地震造成海嘯災害的可能性不能等閒視之。

黃煌煇校長4月11日上午應邀參加新北市政府與余紀忠文教基金會舉辦的「日本大地震、大海嘯之後─新北市面對環境災變的因應與反思」座談會發表專題演說,對於海嘯的生成、海嘯與地震的關係、以及海嘯災害實例,從專業角度提供建言。

在歷史紀錄中尚不曾出現像南亞、日本如此巨大的海嘯破壞,一般人無法想像海嘯來襲的威力,以至於毫無警覺性,於是便付出了慘痛的代價。黃煌煇校長呼籲政府部門宜先整合國內的資源投入研究,掌握先機,事前做好防範規畫,減少可能的災害損失。

到底海嘯如何生成、威力有多大?黃煌煇校長指出,海嘯是屬於周期4分鐘以上,由於地震、火山爆發或海底坍方所引發的重力長波。海嘯的波高雖不是很大,但傳播速度驚人,可達每秒150至215公尺,幾乎與噴射客機同樣快速。海嘯貫穿力強大,可把淺灘或岸線處的物體(包括人畜、斷木、甚至車子)往內陸推移數公里,退水時則可把陸上的行人或物件回刷至較深的水域,威力驚人。

以之前南亞大海嘯為例,它除了造成人畜傷亡、陸上建築物結構破壞受損之外,對於附近環境生態的衝擊更是無法估計。海嘯侵襲海岸後,不但直接重創珊瑚礁,也把陸上許多廢棄物帶到大海而沈積在珊瑚礁上,嚴重破壞了海洋生態,若沒有長期的調養生息,恐怕很難回復生機。再者,海嘯來襲後大量海水溯上推移至內陸數公里,其間海水滲入地下,污染淡水水源及地下水,造成土地鹽化,也是改變內陸生態環境的重大原因,絕對是日後重建災區的一大隱憂。

臺灣是否曾經遭受海嘯的侵襲?黃煌煇校長說,依據歷史記載,臺灣自西元1661年至今疑似海嘯的紀錄即有6次之多。其中較具爭議的是1781年發生在高雄的海嘯,相關記載的傷亡相差頗巨。而較為明確的則屬清同治六年(1867年)的基隆海嘯,是基隆東北方的海底地震所引起的。當時基隆尚未建港,海域是漏斗形的海灣,海嘯進入海灣後,能量容易集中,使水位大幅提高而推升至陸上,捲走居民數百,市街全毀,重創基隆。

從已有的文獻或紀錄雖可得到人畜傷亡的統計資料,藉此推測海嘯對環境生態破壞的威力,但因發生的次數及實測數據太少,而無法由有限的資料去推估其生成、傳動與威力。因此,必須藉由數值模擬與水工模型實驗來呈現海嘯運動的全貌,以協助對海嘯的傳動特性能有多一層的認識,並據以深入探討對環境生態可能造成的破壞,甚至建立預警系統,期能減低傷害。

至於什麼叫做海嘯的數值模擬?黃煌煇校長補充說明,係指把海嘯的運動方程式寫成計算的模式,利用計算機的強大計算能力,輸入地形邊界、深海處的起始運動條件,來計算海嘯生成後在傳播過程中的水位變化、流場中的運動,甚至在淺水地區的推升狀況,以研究海嘯的傳動及相關的運動特性。若要把數值模擬的結果應用到實際的海嘯現象,必須經過非常嚴謹的校核與修正才能接受。

他說,臺灣對海嘯的模擬推算最早是在民國62年(1973年)進行的,當時是為了核能三廠取水口在海嘯來襲時也能安全取水的設計需要,由臺灣電力公司委託成功大學水工試驗所與水利系共同完成〈墾丁海域海嘯及颱風水位推算〉。至民國72年(1983年),又因臺電核能四廠的廠基高度及進水口安全取水的設計考慮,也委由成功大學水工試驗所完成〈臺灣電力公司核能四廠海嘯研究報告〉。

早在1990年8月於南加大召開的國際長波溯上研討會中,對於海嘯的數值模擬就有十分深入的探討。歷經十餘年的研究發展,如今美國康乃爾大學、奧瑞岡州立大學都已有十分成熟的模式問世。由於成功大學水工試

驗所與上述兩所知名大學都有合作研究,因此國內若欲建立海嘯數值模擬的研究,當可立即引入美國已建立的成熟模式,再經臺灣周邊海域環境的修正,以及成大水工模型試驗的校核驗證後,便可在短期內建立適用於臺灣地區的海嘯數值模式。

海嘯水工模型試驗除了做為海嘯數值模擬演算結果的校核印證外,另一目的是藉物理模擬以增加對海嘯運動特性的了解。因此欲建立海嘯研究的深度,水工實驗模擬能力是不可或缺的重要項目。

一般人對於海岸的波浪運動較有概念,颱風來襲時的大風浪都可由電視畫面轉播或親身至海邊觀察加以體會。颱風波浪由深海傳至淺海附近碎波時,都很容易看到浪花四濺、波濤洶湧的壯觀景象。可是很少人知道,當波浪碎波時瞬間沖擊力量雖然很大,但碎波後的波浪威力隨即消逝大半,只要有適當的保護防制措施,縱使颱風波浪也不至於造成沿岸的重大損害。

但是海嘯則不然。由於海底地震、坍方或火山爆發都是瞬變的運動現象,所造成的海嘯高度在深海處雖不大,但它的能量集中,傳播速度迅速,及至淺水區域由於水深漸淺,海嘯逐漸推升,而產生較大的波高,繼續向岸貫穿傳播,甚至把海岸內陸的人畜及結構物體向前推移,直到海嘯溯上能量消散為止,然後再回流下刷,攜帶諸多的結構物體漂流返回海域,造成不可預知的重大災害。這是海嘯與一般波浪傳動不同的地方,尤其是海嘯外相雖不若暴風波浪的凶惡,但它對整體環境的破壞及造成的災害卻是暴風波浪所不及的。

若要在實驗水槽中模擬海嘯波浪,造波機的功能除應具有造波信號與運動機構轉換系統外,模擬的波形也不可超越造波機的保護系統。由於海嘯波是瞬變的運動現象,即使是目前國際上最好的造波系統也不敢貿然進行海嘯波形的模擬,必要時須在滿足造波機保護系統的限制條件下,才能從事擬似海嘯的模擬造波。

日本富士電視臺在2005年3月間派外景攝影隊前來成功大學水工試驗所取經,並拍攝暴風波浪與擬似海嘯波浪的傳動現象,當時設計擬似海嘯的水工模型試驗便是由黃煌煇校長全盤主導;他說,若只要製造瞬變的海嘯傳動(如以孤立波型態模擬),則可不需借用造波機,只需以人造結構瞬時插入或抬升水面以製造海嘯波浪,且更能符合海嘯傳動的特性。有關這項海嘯的模擬能力,包括海嘯溯上、推移、基礎沖刷及結構破壞等相關傳動特性,成大都已具備。

海嘯是一種天災,它的破壞力遠大於平常所見的暴風波浪。雖然目前對於海底發生地震、火山爆發或大規模坍方仍無法做有效的預測,但由其引發的海嘯的預警或相關的模擬研究,目前已累積甚多的成果,而臺灣在海嘯的研究上也已建立很好的基礎。由於台灣地處太平洋地震環帶,有可能受到海嘯的侵襲,最好事前掌握海嘯災害的潛在地區,並進行相關的破壞研究與預防工作。

來源:

成功大學http://news.secr.ncku.edu.tw/files/14-1054-77232,r81-1.php

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