臺州灣附近海域潮汐、潮流特性

陸 青,左軍成,郭偉其,馬 越,曹 兵

(1.河海大學(xué)海岸災(zāi)害及防護教育部重點實驗室,江蘇南京 210098;2.河海大學(xué)物理海洋研究所,江蘇南京 210098;3.上海東海海洋工程勘察設(shè)計研究院,上海 200137)

浙江沿海岸線曲折,港灣眾多,近岸島嶼星羅棋布.沿海各港灣及河口的潮差都較大,全年潮差平均值大多在3m以上,杭州灣澉浦的潮差最大達8.93m,加上港灣的蓄潮面積也較大,因此,浙江近海潮汐能資源的蘊藏量十分豐富.

浙江近海各海區(qū)受地形和徑流影響,潮汐、潮流特性復(fù)雜.樂清灣為半日潮海區(qū),灣內(nèi)以10m等深線為界,其東側(cè)漲落潮流向基本在南北方向,其西側(cè)流向較散,有橫向余流,故東側(cè)落潮流歷時長于漲潮流歷時,西側(cè)漲潮流歷時長于落潮流歷時,從而造成樂清灣橫向斷面上轉(zhuǎn)流時間不同.一般漲轉(zhuǎn)落東側(cè)較西側(cè)早0.5～1.0h,實測最大流速基本上是落潮流大于漲潮流,而平均流速漲潮流略大于落潮流[1].曹穎等[2]利用調(diào)和分析潮汐特征值和統(tǒng)計2種方法,研究認為:杭州灣潮波溯源推進過程中,潮差急劇增大,南北差異顯著,主要是M2分潮振幅不同造成的,潮波非線性畸變較小,潮波溯源逐漸接近駐波.伍遠康等[3]認為,近年來,錢塘江七堡站的年最低潮位降低,年最高潮位升高,潮差增大,漲潮歷時縮短.曹欣中等[4]認為,象山港潮汐屬于受淺水分潮影響明顯的半日潮,并且越向頂部越明顯,潮流也有同樣性質(zhì),從而出現(xiàn)漲潮歷時大于落潮歷時、落潮流大于漲潮流,以及頂部憩流時間偏長的特點,一般主港潮流大于支港潮流,余流表層大于底層,其流向具有表出底進的特點.陳德春等[5]認為,椒江河口是山區(qū)性強潮河口,洪水暴漲暴落,洪枯流量變幅很大.

由于臺州灣潮汐特性的研究相對較少,本文利用臨時驗潮站橫門站2008年10月—2009年9月連續(xù)1a的實測潮位觀測資料及4個垂線測站的潮流同步觀測資料(2008年11月),結(jié)合下大陳站長期驗潮資料,分析臺州灣附近海域的潮汐、潮流特征,以及海平面空間變化的原因.

1 數(shù)據(jù)來源

本文所用實測數(shù)據(jù)由海洋公益性行業(yè)科研專項觀測,各測站的地理位置如圖1所示.其中下大陳站為長期驗潮站,橫門站為臨時驗潮站,觀測時段為2008年10月—2009年9月.T-1,T-2,T-3,T-4為潮流測站,垂向觀測層次為5層,即表層(水面下0.5m),0.2H,0.6H,0.8H,底層(底部上0.5m),其中H為測站實測水深.潮流觀測時間如下:(a)小潮,2008年11月5日16時—6日18時,連續(xù)同步觀測27h.(b)中潮,2008年11月16日22時—17日0時,連續(xù)同步觀測27h,T-2,T-3,T-4站因大風僅連續(xù)觀測19h,被迫提前結(jié)束.原計劃中潮于11月9日—10日觀測,因大風無法進行,故在大潮后進行了上述補測.(c)大潮,2008年11月14日11時—15日14時,連續(xù)同步觀測28h.

橫門站水尺零點高程為1985國家高程基準之下490 cm,下大陳站水尺零點與理論最低潮面、平均海平面的關(guān)系見圖2.

圖1 各測站站位分布Fig.1 Observation station distribution

圖2 下大陳驗潮站水尺零點與平均海平面的高程關(guān)系(單位:m)Fig.2 Elevation relationship between gauge zero and mean sea levels at Xiadachen Station(units:m)

2 結(jié)果與討論

2.1 平均海平面

平均海平面是潮汐現(xiàn)象中一個重要的參考面.2008年10月—2009年9月橫門站潮位特征值見表1.橫門站平均海平面變化趨勢與下大陳站一致(圖3).

表1 橫門站潮位特征值Table1 Characteristic tidal levels at Hengmen Station

圖3 2008年10月—2009年9月各月平均海平面變化(1985國家高程基準)Fig.3 Variation of monthly mean sea level from October 2008 to September 2009(1985 National Height Datum)

2008年10月—2009年6月橫門站和下大陳站的月均海平面吻合較好,橫門站海平面略低;但2009年7月—2009年9月,橫門站月均海平面明顯高于下大陳站的同步月均海平面.其主要原因是由于受梅雨和臺風降雨的影響,椒江流域徑流量的年內(nèi)分配極不均勻,主要集中于汛期(4—9月),占全年總量的75%;枯季(10月至翌年3月)徑流量占全年的25%[5-6].橫門站相對下大陳站離椒江口更近,使得汛期橫門站比下大陳站海平面平均高出7cm.

2.2 潮汐特征

2.2.1 潮汐類型

對橫門站2008年10月—2009年9月的實測潮位進行調(diào)和分析[7],其主要分潮調(diào)和常數(shù)見表2.

橫門站及下大陳站分潮平均振幅及其比值見表3.由表3可見,橫門站及下大陳站潮汐類型屬于正規(guī)半日潮類型,這與陳倩等[8-9]的結(jié)論一致.

2.2.2 潮差

潮差的大小直接反映了潮汐的強弱程度.浙江近海是我國的強潮海區(qū)之一.橫門站年平均潮差和各月平均潮差見表4.

月平均潮差具有顯著的季節(jié)變化特征(圖4).橫門站、下大陳站的月平均潮差在1年中呈兩高、兩低的變化,兩高出現(xiàn)在10月和3月,兩低出現(xiàn)在11月和5月.3月和10月期間太陽在赤道附近,月球也在赤道附近,這時的大潮正好是分點潮,故半日潮海區(qū)潮差在1年中最大.

表2 橫門站主要分潮調(diào)和常數(shù)Table 2 Harmonic constants of major tidal constituents at Hengmen Station

表3 分潮平均振幅及其比值Table3 Mean amplitude of tidal constituents and ratios of them

表4 橫門站潮汐特征值Table4 Characteristic tidal ranges at Hengmen Station

圖4 月平均潮差變化Fig.4 Variation of monthly mean tidal range

與下大陳站潮流同步觀測資料進行對比,橫門站有如下特征:

a.橫門站同步年平均潮差大于下大陳站4cm,說明地形效應(yīng)對相距很近的2個站點的潮差仍有很大影響,越往岸邊,潮能輻聚越大;

b.月平均潮差的變化趨勢有著良好一致性;

c.年最大潮差橫門站為557cm,出現(xiàn)在12月13日,下大陳站為554 cm,出現(xiàn)在1月12日,2站的最大潮差出現(xiàn)時間的不一致可能與當?shù)氐牡匦?、氣候及徑流等因素有關(guān).年最小潮差橫門站為91 cm,下大陳站為84cm,皆出現(xiàn)在3月20日(陰歷二月二十四日,春分),此時為下弦小潮,2站最小潮差出現(xiàn)的時間有著較好的同步性.

2.2.3 漲、落潮歷時

近海潮汐的漲、落潮歷時不等現(xiàn)象受淺水分潮M4的影響.下大陳站、橫門站附近海域的漲、落潮歷時相當,漲潮歷時略長于落潮歷時,符合臺州灣東南部漲、落潮歷時規(guī)律[8].橫門站平均漲、落潮歷時見表5.下大陳站同步平均漲潮歷時6h16min,平均落潮歷時6h 09min,歷時差為7min.

2.2.4 最高、最低潮位

觀測時段內(nèi)橫門站極端高潮316cm,出現(xiàn)在2009年9月19日;第2極端高潮位312cm,出現(xiàn)在2009年8月21日;第3極端高潮位302cm,出現(xiàn)在2009年7月24日.下大陳站同步期極端高潮位311cm(1985國家高程基準,下同),出現(xiàn)在2009年9月19日;第2極端高潮位304cm,出現(xiàn)在2009年8月23日;第3極端高潮位303cm,出現(xiàn)在2008年10月17日.

橫門站極端低潮位-278 cm,出現(xiàn)在2009年2月11日;第2極端低潮位-273cm,出現(xiàn)在2009年1月12日;第3極端低潮位-267cm,出現(xiàn)在2008年12月15日.下大陳站同步極端低潮位-276 cm,出現(xiàn)在2009年2月11日;第2極端低潮位-267cm,出現(xiàn)在2009年1月12日;第3極端低潮位-264cm,出現(xiàn)在2009年7月13日.

與下大陳站潮流同步觀測資料進行對比,橫門站有如下特征:

a.橫門站沒有發(fā)生異常的特高、特低潮位.在下大陳站1980—2006年實測資料序列中,只有3a的年最高潮位小于橫門站同步極端高潮位.下大陳站第1極端高潮位364cm,出現(xiàn)在2001年10月;第2極端高潮位361cm,出現(xiàn)在1997年9月.下大陳站同步最高潮位低于該站歷史極高潮位53cm.

b.觀測時段,橫門站與下大陳站第1極端、第2極端的高低潮位發(fā)生的時間一致.

2.3 潮流特征

2.3.1 潮流類型

表5 橫門站漲、落潮歷時Table5 Duration of flood and ebb tides at Hengmen Station

潮流類型主要是根據(jù)全日、半日分潮流的比值來劃分.根據(jù)《港口工程技術(shù)規(guī)范》[10]的規(guī)定,采用 F=(WO1+WK1)/WM2的值作為判別指標,其中 WO1,WK1和WM2分別為O1,K1,M2分潮流的橢圓長軸.由于淺海淺水分潮作用較大,因此,在確定分潮流性質(zhì)時還須考慮淺水分潮流的影響.通常采用G=(W M4+W MS4)/W M2的大小作為衡量標準,其中WM4,WMS4分別為M4,MS4淺水分潮流的橢圓長軸.各站點F＜0.5且G＞0.04.T-1,T-2,T-3,T-4站計算出的潮流F,G特征值見表6.由表6可見,臺州灣附近海域?qū)儆诜钦?guī)半日淺海潮流區(qū),這與陳倩等[11-12]的結(jié)論一致.

2.3.2 潮流的運動形式

潮流的運動形式可由潮流的橢圓旋轉(zhuǎn)率(K)來描述,K值為潮流橢圓的短軸與長軸之比.當＞0.25時,潮流表現(xiàn)出較強的旋轉(zhuǎn)性;而當＜0.25時,潮流主要集中在漲、落2個方向,表現(xiàn)為往復(fù)流.K值的正、負表示潮流的旋轉(zhuǎn)方向,正號表示潮流為左旋,負號表示潮流為右旋.鑒于臺州灣附近海域半日潮流具有支配地位,因此,用M2分潮流的K值來表征潮流的旋轉(zhuǎn)特征.

表6 潮流性質(zhì)F,G特征值Table6 Values of tidal current characteristics F and G

2.3.3 潮流與潮位的位相關(guān)系

浙江外海的潮波屬前進波[14].近岸水域,特別是港灣、河口區(qū),潮波由于碰到岸壁、河床等發(fā)生反射,逐漸喪失了前進波的性質(zhì)而具有前進駐波或者駐波的性質(zhì),這一特點在三門灣以南的近岸水域尤其明顯[8].臺州灣附近海域潮波屬于駐波性質(zhì),漲、落潮最大流速發(fā)生在中潮位附近;漲憩、落憩和轉(zhuǎn)流發(fā)生在高、低潮位附近,這與蔣國俊等[13]的分析結(jié)果一致.

2.3.4 余流

余流是指從實測海流中剔除周期性流以后的水體流動.浙江近海余流主要受制于河川徑流,特別是長江徑流入海后的運動路徑、風的季節(jié)變化和外海流系的消長[14].臺州灣最大余流發(fā)生在T-3站,流速為44 cm/s;余流的量值總體為大潮最大、小潮最小;余流的方向為S—SW 向,與該季節(jié)閩浙沿岸流方向一致.

表7 M 2分潮流橢圓率 K值Table 7 Values of elliptic rotation rate K of tidal constituent M 2

3 結(jié) 論

a.橫門站月平均海平面與下大陳站同步月平均海平面變化基本一致,但2009年7—9月橫門站月均海平面明顯高于下大陳站同步月均海平面,椒江徑流可能是導(dǎo)致此時2站平均海平面明顯差異的原因.

b.橫門站與下大陳站的分潮調(diào)和常數(shù)基本一致,潮汐類型均屬于正規(guī)半日潮.橫門站同步年平均潮差大于下大陳站4cm;2站月均潮差變化有著良好的一致性,呈現(xiàn)兩高、兩低的變化,兩高出現(xiàn)在10月和3月,兩低出現(xiàn)在11月和5月.2站同步平均漲、落潮歷時相當,漲潮歷時略長于落潮歷時.對比下大陳站觀測資料,橫門站在觀測時段內(nèi)沒有發(fā)生異常的特高、特低潮位.2站第1極端、第2極端的高低潮位發(fā)生的時間一致.

c.臺州灣附近海域?qū)儆诜钦?guī)半日淺海潮流區(qū).除T-1站受地形約束,潮流運動形式為往復(fù)流外,其他3站的潮流均為旋轉(zhuǎn)流形態(tài),且變?yōu)轫槙r針旋轉(zhuǎn).臺州灣附近海域潮波屬于駐波性質(zhì),漲落潮最大流速發(fā)生在中潮位附近;漲憩、落憩和轉(zhuǎn)流發(fā)生在高、低潮位附近.

d.臺州灣11月的余流方向為S—SW向,與該季節(jié)閩浙沿岸流方向一致.

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