2018年10月30日 星期二

要防海水會升多高 - 香港和人工島的世紀考慮

(2018.11.1 修訂 )

東大嶼人工島最近成為熱門話題,加上今年颱風山竹期間海水淹浸大澳、將軍澳、鯉魚門村、杏花邨、海怡半島等地,未來氣候變化帶來的海水上升成為我們必須關心的問題,究竟我們要防海水升多高?

人住在陸地上,不能讓海水淹沒地面是常識,不論是香港原有居民點還是擬建的人工島,都一樣面對:潮汐漲退、颱風帶來的風暴潮和極端海浪、全球暖化引致海平面上升等。

香港維港內的潮汐最高可達海圖基準面以上2.7,現時的平均海平面高於海圖基準面1.4,單講潮汐,海岸必須高於海平面1.3

風暴潮是颱風帶來的額外海水上升,今年(2018)颱風山竹襲港,維港內錄得2.35的風暴潮(註1),今次山竹最接近時還有一百公里距離,再靠近的話則不只此數,而且全球暖化下颱風會愈來愈強,風暴潮有再上調的條件,讓我們保守地為風暴潮預留2.5的保障高度。

足以抵禦潮汐和風暴潮疊加的海堤高度應為1.3 + 2.5 = 3.8以上,另外海面不會永遠波平如鏡,海堤還需要預留安全高度,抵禦颱風襲港時的海浪,這個問題另文討論過(註2),稍後再談。

預計容納數十萬人的人工島,必須做好防災準備,填海造人工島時,地面高度必須把未來一、兩世紀全球暖化引起的海水上升幅度納入視野,當然我們不可以忘記現有的居民點,其中不少舊海岸線位於較低海拔高度,海平面上升也會增加水淹風險,有需要開始構想海堤之類的防禦工程。

聯合國政府間氣候變化專門委員會(簡稱IPCC)於2013年發表的第五次評估報告,對氣候變化導致的海平面上升作出了推算(註3)。


所謂情景,指人類社會的生活方式,以使用化石燃料排放二氧化碳的程度來區別,RCP2.6/4.5/6.5都假設人類大幅減排二氧化碳,目前看不可能實現,RCP8.5最能反映目前人類生活的實際情況,因此未來的規劃一般都參考RCP8.5的推算結果,眾多研究的平均海平面上升幅度是74 cm,這是平時我們聽到不少人講海平面到2100年上升約0.7的源頭。

不過大家必須注意:這個數字只是研究工作中多個可能性的平均數字,如果我們的工作是防災備災,則需要掌握超出平均數字的可能性,前人智慧強調「不怕一萬,只怕萬一」,為了防災參照百分之一概率出現的高增幅是比較合理的,並應以此為基礎,設計匹配的防禦工程和建立匹配的對應制度,情況就像設計汽車,外殼的防撞強度不可以用平均車速去設計,而必須採用可能達到的最高車速,才能達到保障乘客安全的目的。

來源:註4
美國國家海洋及大氣局(簡稱NOAA)依循這條思路,以概率方式把未來的海平面高度升幅計算出來(註4),對於2100年海平面上升的結果見附表,RCP8.5情景下海平面上升1.5的概率是1.3%,超過百分之一,根據這個數據,我們填海造島或保護舊居民點時,如果視野去到2100年,應該預防1.5以上的海平面上升,而不是0.7

目前熱議的人工島規模巨大,預計是數十萬人的家園,牽涉無數人畢生積買入的家園,我們有責任保障他們和子孫長遠在人工島上不受海水上升傷害,我們的視野必須最少伸延到2200

來源:註4
NOAA在這方面也作出了推算,相對於2100年的1.5情景,2200年的海平面上升數字是5.1,增幅很大,主要因為海平面水升滯後於大氣層升溫。為了向人工島市民的安全負責,填海建人工島必須以海平面上升5.1為設計指標,把這個數字疊加在前面得出的3.8人工島的地面高度和原有居民點的海堤高度應為3.8 + 5.1 = 8.9以上,而這個數字還未計防禦颱風海浪的額外需要。

團結香港基金有關人工島建議的報告,沒有就氣候變化下海平面上升和颱風的風暴潮作出任何估計,是重大的遺漏,雖然說工程師有辦法解決人世間所有問題,但是造價是否高到香港不能負擔的數目,則是不可逃避的現實問題。

讓我們回頭看海浪,颱風帶來的海浪包括風浪和湧浪,土木工程拓展署在交椅洲(即人工島選址)記錄過5以上的海浪(註5),據了解交椅洲的儀器間中會壞(對安裝海中的儀器不能苛求),往往在颱風襲港期間風力未到最強時已經失效,因此「5」這個數字只是下限,設計時還應提高多些,我以有限資源從天文台橫瀾島數據粗略估計,也許要考慮浪高10的可能性(註4),究竟設計應該採用浪高多少米需要深入研究,目前暫且以兩個數字中間的7.5作為參考數字,一半是3.8(數字四捨五入,粗略講海浪一半在海平面以上,一半在以下),即是防禦海浪應該預留3.6以上。

這樣的話,人工島的海堤設計不得低於8.9 + 3.8 = 12.7這個數字還未計海浪衝擊海堤會撞出更高的浪花

面積1020平方公里的人工島填高到這個地步,加上接駁交通如鐵路、道路和隧道等,要花多少錢煩請專家計算,不過就算相關的防禦工程可以用錢興建,重大的哲學問題是:為甚麼要花大量金錢,買一個本來沒有的額外風險送給香港幾十萬市民?

香港現有居民點全部面對同樣的海水上升威脅,部份地區如大澳、鯉魚門及比較老舊的海岸線如堅尼地城特別高危,香港政府必須立即啟動工程規劃,查明甚麼地方急需提高海堤和盡早展開工程,同時要以世紀時間尺度的視野,同步規劃對付2100年海水上升1.52200年上升5.1的全港整全工程策略,及時和循序漸進地施工,確保香港不出現去年(2017)澳門海水淹浸市區的場面。這項相當於沿岸興建海上長城的工程規模巨大,所需資金數目相信以千億元計,因此香港政府必須預留所需資金,最怕此刻建人工島,既為香港增添天災風險,又抽走急需用於保護原有社區的海岸工程的資金。

橫看豎看,建人工島貼錢買難受,為香港自找麻煩,呼籲政府尊敬大自然規律,聚焦氣候變化和海水上升的跨世紀威脅,放棄人工島,為現有居民點做好防禦海水入侵的工程吧!


1     香港天文台網頁,201897:破紀錄的「山竹」 http://www.hko.gov.hk/forecaster_blog/2018/fb_20180917_uc.htm
2     《草雲居》,20181013:東大嶼人工島有多大浪?  https://bit.ly/2zaSmdU
3     IPCC, 2013: Fifth Assessment Report (Chapter 13).  https://bit.ly/1X5n28w
4     NOAA, 2017: Global and Regional Sea Level Rise Scenarios for the United States.  NOAA Tech. Report NOS CO-OPS 083.  https://bit.ly/2jgZnRb
5     土木工程拓展署網頁:波浪測量  https://www.cedd.gov.hk/tc/services/modeling/index.html


2018年10月17日 星期三

敬告工程顧問先生


這幾天我清楚說明了團結香港基金的工程顧問嚴重搞錯海浪的概念和低估颱風襲港帶來的浪高。
不幸地今天報章報道有關顧問代表繼續公開堅持「約2米」的錯誤說法,還企圖抛出技術名詞唬嚇市民。
謹此敬告該位先生:
你們在報告裏講了「颱風期間的波浪高度限於約2米」,任何人看了這樣一句話,只有一個解釋,即是波浪最高就是「約2米」。
一則政府土木工程拓展署的數據顯示已在交椅洲量得高於5米的浪,你們的推算肯定錯了,二則你說海浪不會轉彎,讀物理的中學生都知道你錯了。
我懷疑你(1)專業水平不足(2)專業操守失當。
奉勸你知錯要認和不得再企圖以話語矇騙市民,再見到你重複如此,必向香港工程師學會投訴。
須知事故頻頻, 工程師行業風雨飄搖,你有責任緊守專業道德守則,以保工程師行業清譽。

2018年10月15日 星期一

海浪不懂轉彎?顧問搞錯了!



較早時我寫了對人工島的觀察(註1),提到團結香港基金報告聲稱颱風來襲時海浪最高只有約兩米是粗疏的結論,指出他們忽略了颱風帶來的湧浪,後來又以香港天文台的資料加以論證(註2),強調兩米是嚴重的低估。

受聘於基金的工程顧問公司高層嘗試反駁,向記者說:「海浪不懂轉彎」,堅稱香港以南的擔桿列島會保護香港,颱風來襲時,東大嶼人工島的海浪最高只有「約兩米」(註3)。

對不起,這家公司名氣雖大,但是犯了簡單但嚴重的技術性錯誤。

第一,       任何波浪(wave)在適當情況下都會轉彎,稱為衍射作用(diffraction),海浪不例外,這是十分基本的物理學常識,以下實例充分展示海浪轉彎的能力,所謂「海浪不懂轉彎」絕對錯誤。


從東北角來的波浪穿過缺口A後,向左右兩方轉彎擴散,
通過位置B的波浪,有本事繞到島嶼的後面,甚至與缺口A過來的波浪匯合。

 第二,       海浪有多高,口講無憑,數據最實際,土木工程拓展署在交椅洲(人工島所在)設有波浪監測儀器,先後於20082009錄得5以上海浪,遠超該顧問聲稱的「約2


交椅洲波浪紀錄:20082009錄得最高浪高超過5
來源:土木工程拓展署網頁 https://bit.ly/2ElpDst


第一,       顧問分不清或不認識海浪有兩個構成部份:風浪wind-driven wave)和湧浪(swell,前者是一時一地由風力「炒起」的波浪,後者則是外地的海浪形成後傳播過來的波浪。他們只計算了風浪,以他們的假設風向風速,只能「炒起」2波浪,但是顧問忘記了或不知道颱風北半圓的大風可以在外海「炒起」波浪後,再以「湧浪」形式傳播到香港

綜合而言,顧問雖然有名,但畢竟只是工程顧問,不懂氣象學和海洋學,在人工島海浪高度方面,完全搞錯概念,甚至沒有做好功課,看漏了土本工程拓展署早已存在的5浪高紀錄,搞出「約2」的笑話。

香港一向崇拜名字聽起來洋化的工程或管理顧問,不過我們必須破除迷信,認真檢查他們交的貨,這個案例顯示,所託非人的話,會得到錯誤的功課,甚至帶來尷尬!


1  《草雲居》,20181011:對施政報告的觀察:人工島  http://tiandiyouqing.blogspot.com/2018/10/blog-post_11.html
2  《草雲居》,20181013:東大嶼人工島有多大浪?  http://tiandiyouqing.blogspot.com/2018/10/2-1-2-1957-1971-1971-2-10.html
3  明報,20181015:團結基金林超英人工島隔空駁火  https://bit.ly/2QTqrGB  奧雅納工程顧問董事劉偉棠不點名反駁稱,香港東南面的擔桿列島可保護香港,海浪亦不懂轉彎,若颱風進入香港水域後才轉風向,令浪朝北面推進,由於距中部水域不遠,浪可儲到的能量不多,因此海浪不會太高


2018年10月13日 星期六

東大嶼人工島有多大浪?


團結香港基金有關東大嶼山人工島的報告,在「波浪和風暴潮」標題之下,展示了一張模擬計算圖,並稱:「被南面現有的島嶼屏蔽,颱風期間的波浪高度限於約2,足以確保人工島的風暴抵禦能力」(註1),對於風暴潮則沒有任何文字。

看過颱風山竹襲港期間在香港島以南海怡半島屋苑拍得的錄像的人都知道,仿如小山的海浪來自南方海面,驚濤拍岸,浪頭高達十層樓,海浪的高度橫看豎看絕不可能只有「約2」。

19571971十三年間香港天文台在橫瀾島量度過海浪高度,1971年颱風露絲打爛了儀器後停止了。根據所得數據香港天文台出版了技術報告(註2)。儀器失靈前量度得最大浪高是10.4周期約12,反映是遠道來自颱風的湧浪。當時露絲位於香港以南約160公里,後來露絲北上橫跨大嶼山,肯定帶來更高的海浪,可惜儀器已經損毀了。

技術報告展示了一張圖,顯示在香港南面掠過的熱帶氣旋(颱風或強列熱帶風暴級別)在不同位置時橫瀾島量度得的平均(黑色)和最大(紅色)浪高,圖中方格每邊約200公里,可以見到颱風在廣泛海域足以為橫瀾島帶來超過6的湧浪,在200公里內浪高可超過10(反映露絲錄得數據)。
 
1957-71橫瀾島海浪觀測:

香港以南掠過颱風及強烈熱帶氣風暴帶來的浪高(米)
黑色數字:平均   紅色數字:最高

相對來說較大的浪高數字來自位於香港以南的颱風,廣東沿岸相應的風向大致偏東,颱風吹起的湧浪從東面入侵,可以從橫瀾島與擔桿列島之間的海域吹入香港島和大嶼山以南的海域,去到海怡半島及人工島方向,雖然擴散會令海浪能量分散,但是由深海走向淺海,波浪的高度會升高,兩者互為抵消,因此人工島和海怡半島的海浪也許比橫瀾島略打折扣,但是相差不會太多。


香港天文台為全部所得海浪資料進行統計分析,推算橫瀾島不同重現期的海浪高度,結果如下,右邊一欄是保守地打了五折的數字,作為人工島可能要面對的海浪高度的參考值:

重現期
橫瀾島
浪高
人工島參考
(假設50%)
10
22
11
25
27
14
50
29
15
100
34
17

團結香港基金報告以一次沒有具體說明的所謂颱風模擬計算,作出浪高只有約2的結論,是輕率和嚴重的低估,因為顧問只算了本地海域由風吹起的波浪,忽略了遠處傳來的颱風湧浪,反映他們不懂氣象學和海洋學。

基於橫瀾島實測數據和統計推算,如果硬要建人工島,恐怕必須設計針對10以上高度湧浪的防禦工程,以免出現比杏花邨及海怡半島更難堪的場面。

還有一點,香港天文台技術報告面世已經四十多年,科技有了長足進步,加上氣候變化因素,也許是時候政府投入資源,以現代科技更新對香港海岸(包括人工島)面對的海浪風險評估。


1     團結香港基金:「強化東大嶼都會」計劃  [57 - 波浪和風暴潮]
2     香港天文台,1973Sea Waves at Waglan Island, Hong Kong.  Tech. Note No. 36.


2018年10月11日 星期四

對施政報告的觀察:人工島



今天發表的施政報告稱:「政府決定馬上展開研究在交椅洲和喜靈洲附近分階段填海,建造合共約1700公頃的多個人工島」,以及「會研究興建一條新的主要運輸走廊,以道路和鐵路連接屯門沿海地帶、北大嶼山、中部水域人工島和港島北的傳統商業中心,並會推展一條與北大嶼山公路並行的高速公路和擴建龍門路, 消息人士稱人工島和基建設施的造價「四、五千億港元走唔甩」(註1),相當於政府總儲備的一半之譜,近年超支是常態,因此造價應視為儲備一半以上。

過去一段日子,我盡了所謂讀書人的言責,點出巨型人工島概念的不恰當處,包括沒有需要(人口預算過高)、財政風險造價近乎儲備)、氣候變化風險、有違國家新時代的生態文明思維等(註23)。

現在政府決意把意念推到研究階段,作為關心香港、關心生態、關心基層生活、對氣候變化有認識的人,我建議政府:

1.      人工島項目必須分階段進行,切忌一步到位去到1700公頃規模,以免「洗濕個頭」,於世界政局或經濟形勢突變時,無法適度抽身。

2.      研究必須包括財務分析及相關風險評估,防止項目產生破壞性的財務後果,如影響支付香港其他範疇工程項目費用的能力,甚或侵蝕政府經常賬的正常運作。

3.      研究必須以保守的態度估算未來兩世紀氣候變化帶來的風險,包括局部地區性暴雨增多增強、海平面上升、超強颱風增多及連帶風力、海浪和湧浪增強,以此指導排洪規劃、人工島填海地面高度、海堤高度、防波堤結構、沿岸地區規劃,以免將來災難到來時,造成難以承受的損失。

4.      研究必須以認真和專業的態度做好環境影響評估,嚴格把關,政府亦應該提前在香港境內提高生態容量,即是「先保育,後破壞」,體現政府對生態的重視。

5.      除了工程研究,政府還必須仔細籌劃將來大量人口轉移到人工島的過程,怎樣在一片荒地上從無到有建立一個沒有歷史(甚或靈魂)的社群,是十分複雜的社會學議題,我們必須避免當年屯門和天水圍建成新市鎮初期的「悲情」。

為甚麼提到「兩世紀」?目前香港的主要基建工程(如排洪)都以「二百年一遇」為設計標準,建一個住一百萬人的新城,自然需要以二百年的視野去設計。

至於與氣候變化有關的研究,政府應該用好自己內部的專家,即是香港天文台,不可外判給工程顧問公司,他們不是這方面的專家,對問題欠缺深入認識,會犯下氣象學家看來其實很簡單的錯誤。

山竹為海怡半島帶來湧浪,工程顧問不認識這種現象
最新的例子是團結香港基金聘請的工程顧問公司只用了一個(沒有清楚說明的)颱風案例,用數值模式運算了一次,就作出人工島附近海浪最高只有兩米的結論,認為建人工島沒有問題。除了推論極度粗疏,這間顧問公司還完全不知道颱風會為香港海域帶來湧浪的現象,外行扮內行而出醜!看過山竹襲港時在海怡半島屋苑拍攝的錄像的人都知道,湧浪如小山般從大海走過來,高度遠超兩米,湧上岸時更高如幾層樓!兩米?傻人才會信,但是基金的報告照單全收,典型的「盲人領着盲人走」(the blind leading the blind),誠心希望政府不要犯同樣的錯誤。

人工島不建最好,要建則必須以人民的福祉為指導思維,做好災難管理,以免遺禍後代。

1  東網,20181010日:施政報告:「明日大嶼」涉1700公頃  https://bit.ly/2PoU02n
2  《草雲居》,2018829:宏觀看人工島 - 只輸不贏的世紀大賭博  http://tiandiyouqing.blogspot.com/2018/08/blog-post_29.html
3  《草雲居》,2018813:填海造地是恐龍概念,違反中央治國新理念  http://tiandiyouqing.blogspot.com/2018/08/blog-post_13.html




2018年10月7日 星期日

颱風過後誰不倒?



超強颱風山竹襲港之日,沒有人因風死亡,但是非常多樹木在風中倒下,包括不少大樹。

今次風力強勁,多年未見,香港的樹木嬌生慣養多年,難怪一下子頂不住,不過事後到處察看,發現一向給人柔弱印象的路邊花草,反而似乎絲毫無損,依然屹立不倒,若無其事。

路旁的野甘草,颱風過後,綠葉茁壯,繁花盛開

為甚麼小草無懼狂風,剛強的大樹反而受不了?

察看倒下的大樹,部份也許歲數已經差不多,樹身內部早有傷殘,今次不倒也逃不過下次,部份尚在壯年,卻見連根拔起,而根部連泥土(暫且稱為樹腳)的尺寸與樹冠相比小得可憐,難怪抓不住土地,頂不住樹冠承受的風力衝擊。

新聞報道已有專家說過,樹腳細小,源於城市建設很少為樹木着想,石屎把樹木根部困在細小的空間,無法長大,樹腳因而小得可憐,但是地上的樹冠卻自由發展,愈長愈大,加上所謂「修樹」往往不得其法,不斷把低處樹枝削走,逼得樹木只顧向上生長,樹的重心同時升高,結果頭重尾輕,落得被風吹倒的下場

去年新種的樹頭菜今年倒下,樹腳體積明顯細小,抓地力量不足

另外一種情況是市區種樹,不從樹苗種起,為了趕快「改善市容」,種的都是已有一定高度的樹木,但是為了方便運輸,在原種植地挖起時,通常把樹根切斷,留下一個小小的樹腳,來到市區落地時,樹腳放入預先挖好的洞,回填一些泥土,配以支撐架就完工,談不上有甚麼抗風能力。去年天鴿襲港吹倒了一些樹,補種的樹就是這個樣子,今年不幸碰上山竹,這樣的新樹就給報銷了。

颱風過後誰不倒?答案:以柔靭之力順應自然力量的路邊花草屹立不倒,以剛強之勢硬抗颱風的樹木則失敗倒下,其中又以人工裁種、違反自然規律的樹木最易連根拔起。

人世間做事,原理相同,必須尊重自然之道,順勢而行,勉強以人工斧鑿逆天行道,恐怕將以折枝倒樹告終。