海陸分界與江蘇沿海理論最高潮位研究

王義剛，袁春光，黃惠明，?；勖?，陳 橙

（1.河海大學(xué)海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210098；2.江蘇省測(cè)繪工程院，南京210013）

海陸分界與江蘇沿海理論最高潮位研究

王義剛1，袁春光1，黃惠明1，?；勖?，陳 橙1

（1.河海大學(xué)海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210098；2.江蘇省測(cè)繪工程院，南京210013）

海岸線的劃分對(duì)于人類管理海洋資源和陸地資源都具有十分重要的意義，但是，海岸線的定義多年來仍然沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)以往一直沿用多年平均大潮高潮面的方法來確定海岸線，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和海陸資源開發(fā)的不斷深入，用這種界定方法定義海岸線，人為因素的影響，以及定義中比較模糊的缺點(diǎn)逐漸顯露出來，這對(duì)海洋管理和資源開發(fā)是很不利的。針對(duì)此問題，提出以理論最高潮位面代替常年大潮平均高潮面作為劃分海陸分界的依據(jù)，并將這種方法的可行性和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了分析。同時(shí)，以江蘇沿海為例，建立了二維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，計(jì)算得出了江蘇沿岸理論最高和理論最低潮位的分布。

海陸分界；海岸線；理論最高潮位；江蘇沿海

近年來，隨著海洋開發(fā)的不斷深入，我國(guó)的海岸帶資源分布與環(huán)境保護(hù)問題越來越受到大家的廣泛關(guān)注。但是，由于相關(guān)法律法規(guī)對(duì)于海岸線的定義比較含糊，使得各個(gè)地方海岸帶的管理存在一定爭(zhēng)議?！逗Ｓ蚴褂霉芾矸ā分赋?，海陸分界線就是海岸線［1］，是海、陸交通的轉(zhuǎn)換處。地貌學(xué)上給海岸線的定義是：海水向陸達(dá)到的極限位置的連線，即海岸線的向陸一側(cè)是永久性陸地［2］，這條連線隨潮漲潮落（或因?yàn)?zāi)害天氣）而頻繁地移動(dòng)。個(gè)別地方把當(dāng)?shù)赝恋毓芾聿块T和海洋管理部門過去沿用的管理界線作為海岸線。實(shí)際上，作為海陸交界線的“海岸線”原來就是因潮汐風(fēng)浪影響而變化的，因此不同的科技文獻(xiàn)中將高潮位、中潮位或低潮位線定為海岸線的都有，認(rèn)識(shí)尚不一致［3-7］。在我國(guó)，長(zhǎng)期以來，涉海部門的各項(xiàng)管理工作，都至少包括了平均高潮線以下的海域，大部分將海陸分界線定為平均大潮高潮線（圖1）。

1 理論最高潮面

1.1 理論最高潮面定義、含義和基本實(shí)現(xiàn)

理論最高潮面的定義為由主要分潮組合所得的理論上可能最高潮高，與理論最低潮面相對(duì)應(yīng)，以字母L表達(dá)。理論最高潮面的隨地變化特性使其定義以逐點(diǎn)計(jì)算的方式實(shí)現(xiàn)，因此，理論最高潮面的算法在一定程度上等價(jià)對(duì)應(yīng)于中國(guó)海區(qū)海圖深度基準(zhǔn)的基本定義方式。按照上述定義，深度基準(zhǔn)值由各分潮調(diào)和常數(shù)綜合表達(dá)的潮高的可能最低值計(jì)算。通常只顧及量值較大的主要分潮，理論最高潮面采用11個(gè)分潮組合潮高的極值，這11個(gè)分潮包含天文潮8個(gè)：和；淺水分潮3個(gè)和。理論最高潮面算法，即弗拉基米爾法求取最高潮高的關(guān)鍵在于根據(jù)全日分潮和半日分潮相角的4對(duì)組合規(guī)律，將潮高表達(dá)模型化簡(jiǎn)為單一變量的函數(shù)，從而便于在其中的基本分潮的一個(gè)周期內(nèi)，通過數(shù)值方法求解極值。在此基礎(chǔ)上，以改正的模式附加淺水分潮與長(zhǎng)周期分潮對(duì)最高值的貢獻(xiàn)。

1.2 用理論最高潮位面替代常年平均大潮高潮面作為海陸分界標(biāo)準(zhǔn)的重要理由

所謂的“常年平均大潮高潮線”，雖然有相應(yīng)的理論公式來支撐，但在使用過程中，存在兩個(gè)比較嚴(yán)重的不足之處：

（1）“常年平均”的概念比較含糊。有的測(cè)站實(shí)測(cè)資料過少，甚至采用幾個(gè)月的大潮平均。缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和受實(shí)際條件限制，各處海岸線劃定情況相差甚遠(yuǎn)，這將給各類行政管理和海洋開發(fā)活動(dòng)帶來諸多不便。而理論最高潮面由各分潮調(diào)和常數(shù)綜合表達(dá)的潮高的可能最高值計(jì)算，準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性都大大優(yōu)于常年平均大潮高潮面的計(jì)算。

（2）海面并不平靜，由波浪影響形成上沖流，上沖流會(huì)把海陸交界線推向陸地一段距離，形成的痕跡線在大多數(shù)情況下其位置要高于大潮平均高潮位與陸地的交界線。而這條線兩側(cè)有著海洋環(huán)境和陸域境最根本的差異。由于理論最高潮面高于常年平均大潮高潮面，與常年平均大潮高潮面時(shí)的水陸分界線相比，理論最高潮位面與陸地相交形成的界線更靠近海岸帶上實(shí)際的“痕跡線”。

由此可見，以理論最高潮面替代平均大潮高潮面作為海陸分界線是規(guī)避上述缺陷的最合理選擇。

2 江蘇沿海潮波運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬

2.1 研究區(qū)域概況

江蘇海洋位于東海大陸架中部，屬黃海南部和東海北部。海岸帶北起蘇魯交界的繡針河口，南抵長(zhǎng)江口北岸，位于我國(guó)沿海中部，南北自31°33′～35°07′跨3.5個(gè)緯度。全省大陸海岸線全長(zhǎng)約954 km，島嶼岸線長(zhǎng)約27 km。海岸類型有3種：粉砂淤泥質(zhì)海岸、砂質(zhì)海岸和基巖港灣海岸。粉砂淤泥質(zhì)海岸是最主要的類型，岸線平直，長(zhǎng)約884 km，占全省岸線總長(zhǎng)度的90%以上。另有海涂面積7 624 km2，已圍灘地2 335 km2，仍有2/3以上的灘涂未得到開發(fā)［8］。

2.2 數(shù)學(xué)模型

平面二維潮流運(yùn)動(dòng)的基本方程為

式中：t為時(shí)間；x、y為右手Cartesian坐標(biāo)系；η為水面相對(duì)于計(jì)算基面的水位；h為計(jì)算平面下的總水深；u、v分別為流速在x、y方向上的分量；為當(dāng)?shù)卮髿鈮?；ρ為水密度為參考水密度；f=2Ωsinφ為Coriolis參量（其中Ω=0.729×10-4s-1為地球自轉(zhuǎn)角速率，φ為地理緯度）和為地球自轉(zhuǎn)引起的加速度為輻射應(yīng)力分量；為水平粘滯應(yīng)力項(xiàng)，S為源匯項(xiàng)，（）源匯項(xiàng)水流流速。上述式中帶有上橫線的值代表沿水深均值。

離散方法及參數(shù)選?。耗Ｐ筒捎?階Runge-Kutta方法，潮波數(shù)值模擬主要為天文潮及其傳播變形的模擬，溫鹽場(chǎng)對(duì)潮波運(yùn)動(dòng)的影響甚小，于是在模擬中使用的是正壓模型，溫度和鹽度為常數(shù)（即密度為常數(shù)），比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同的溫鹽值對(duì)結(jié)果影響不大，所以模型中將鹽度定為32‰，水溫取為10℃。計(jì)算亦不考慮風(fēng)場(chǎng)和海氣交換等因素，故分別設(shè)表面熱通量、鹽通量分別賦為零值，風(fēng)應(yīng)力賦零值。水位初值賦為0m，流速初值為0m/s（即冷啟動(dòng)）。濕水深太小會(huì)產(chǎn)生不切實(shí)際的高流速，產(chǎn)生穩(wěn)定問題，因此本模型結(jié)合江蘇沿海實(shí)際地形，經(jīng)過反復(fù)試算調(diào)試，干水深取0.1 m，淹沒深度取0.05m，濕水深取0.1m。

計(jì)算時(shí)間為2006年12月31日0時(shí)～2007年1月31日23時(shí)，自2007年1月1日0時(shí)開始輸出計(jì)算結(jié)果，共31 d（744 h）的水位、流速結(jié)果作為進(jìn)一步討論分析的依據(jù)。

2.3 地形水文資料

研究區(qū)域的地形資料，包括來自NOAA的全球地形資料（分辨率為2′×2′），長(zhǎng)江口、江蘇沿海、山東沿海的海圖及CAD測(cè)圖資料。模型的外海開邊界潮位由東中國(guó)海潮波數(shù)學(xué)模型提供；水位、流速流向的驗(yàn)證資料，采用2007年江蘇近海海洋綜合調(diào)查中的近海海域海洋水文周日連續(xù)觀測(cè)的潮汐和潮流數(shù)據(jù)。

2.4 模型網(wǎng)格及參數(shù)設(shè)置

模型計(jì)算域包括江蘇近海和長(zhǎng)江口附近海域，南北范圍為30°54′N～35°36′N，東西范圍為119°13′E～123°19′E（圖2）。模型網(wǎng)格采用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格，整個(gè)計(jì)算區(qū)域包括13 226個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，25 486個(gè)單元，網(wǎng)格間距在60～6 690m，時(shí)間步長(zhǎng)取2min。

2.5 模型結(jié)果驗(yàn)證

2.5.1 水動(dòng)力驗(yàn)證資料

本文率定用的水文資料采用2007年1月1日0時(shí)～2007年1月31日23時(shí)之間部分非固定時(shí)段的江蘇沿海同步實(shí)測(cè)資料，其中包括4個(gè)潮位站，13個(gè)流速、流向測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)分布見圖3。

2.5.2 驗(yàn)證結(jié)果

通過連云港、燕尾、大豐和呂四4個(gè)測(cè)點(diǎn)潮位驗(yàn)證和13個(gè)測(cè)點(diǎn)流速流向驗(yàn)證得出，潮位和流速流向的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值變化趨勢(shì)一致，數(shù)值吻合比較良好，說明本模型基本上反映了江蘇沿海的潮波運(yùn)動(dòng)規(guī)律，模擬精度滿足研究的需要。下列圖（圖4～圖5）中“°”為實(shí)測(cè)資料，“—”為計(jì)算值。水位圖中縱坐標(biāo)為水位，單位為m；橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位為h。流速驗(yàn)證圖所示數(shù)據(jù)，為其中的第50～300 h。流速驗(yàn)證圖中縱坐標(biāo)為流速，單位為m/s；流向驗(yàn)證圖中取正東方向?yàn)?°縱坐標(biāo)為流向，單位為度。

3 江蘇沿海理論最高潮位面計(jì)算與分析

本文在江蘇沿海選取了地形特征較為顯著的共36個(gè)河口和港口作為站點(diǎn)，對(duì)各個(gè)站點(diǎn)用以上模型模擬一個(gè)月的潮位過程資料進(jìn)行調(diào)和分析，得到8個(gè)主要天文分潮、和3個(gè)淺水分潮的調(diào)和常數(shù)值，并計(jì)算其理論最高潮位與理論最低潮位值，據(jù)此研究江蘇沿海的理論最高潮位面分布特征。這36個(gè)站點(diǎn)分別為：繡針河口、柘旺河口、興莊河口、青口河口、臨洪口、埒子口、燕尾港、灌河口、中山河口、扁擔(dān)河口、廢黃河口、夸套河口、雙洋河口、運(yùn)糧河口、射陽(yáng)河口、新洋港、斗龍港、四卯河口、大豐港、竹港口、川東港、東臺(tái)河口、梁垛河口、方塘河口、新川港、小洋口港、掘苴口、洋口港、東凌港、遙望港、大洋港、大唐電廠、塘蘆港口、協(xié)興港、圓陀角和崇明東灘。其分布情況如圖6所示。

36個(gè)站點(diǎn)的理論最高和最低潮位計(jì)算結(jié)果如表1所示。分析表中數(shù)據(jù)可以看出，沿海各站點(diǎn)的理論最高潮位面和理論最低潮位面大體呈關(guān)于平均海面對(duì)稱關(guān)系，且沿海岸變化趨勢(shì)一致。因此這里重點(diǎn)討論理論最高潮位面的分布情況。

理論最高潮位與平均海面距離的最小值處出現(xiàn)在廢黃河口，為205.6 cm，最大值出現(xiàn)在東臺(tái)河口，為529.7 cm；理論最高潮位面值在201～250 cm之間的有繡針河口、柘旺河口、興莊河口、埒子口、燕尾港、灌河口、中山河口、廢黃河口、扁擔(dān)河口和崇明東灘共10個(gè)站點(diǎn)；在251～300 cm之間的有青口河口、臨洪口、夸套河口、掘苴口、遙望港、塘蘆港口、協(xié)興港和圓陀角共8個(gè)站點(diǎn)；在301～350 cm之間的有雙洋河口、運(yùn)糧河口、方塘河口和大唐電廠共4個(gè)站點(diǎn)；在351～400 cm之間的有射陽(yáng)河口、新洋港、四卯酉口、梁垛河口、東凌港和大洋港口共6個(gè)站點(diǎn)，在400～450 cm之間有斗龍港和洋口港2個(gè)站點(diǎn)，在450～500 cm之間的有大豐港和竹港口2個(gè)站點(diǎn)，在500～550 cm之間的有川東港、東臺(tái)河口、新川港和小洋口港共4個(gè)站點(diǎn)。

從變化趨勢(shì)來看，江蘇沿岸從繡針河口到廢黃河口一段，理論最高潮位呈略微增大再慢慢減小的趨勢(shì)，平均高度在270 cm左右，其中廢黃河口最低，為205.6 cm；由廢黃河口開始，到崇明東灘站點(diǎn)，理論最高潮位呈現(xiàn)變化較明顯的增大再減小趨勢(shì)，平均高度在400 cm左右，在梁垛河口達(dá)到最大值，為575.5 cm。這種分布情況是由于江蘇近海海域是南黃海的一部分，具有獨(dú)特又相對(duì)穩(wěn)定的潮汐動(dòng)力環(huán)境，其潮汐與潮流反映出外圍南黃海帶來的一種響應(yīng)潮波系統(tǒng)和響應(yīng)潮流場(chǎng)特征，此響應(yīng)潮波系統(tǒng)為由東海前進(jìn)潮波和黃海旋轉(zhuǎn)潮波輻聚而成的移動(dòng)性駐潮波［9］。江蘇海岸線大致可分成3個(gè)岸段，即北部的海州灣和廢黃河三角洲岸段，中部的射陽(yáng)河口至弶港岸段，南部的輻射沙洲岸段。江蘇沿海主要受兩大潮波系統(tǒng)支配，在江蘇沿海南面，太平洋潮波經(jīng)東海以前進(jìn)波的形式，繼續(xù)由南向北推進(jìn)，而在江蘇沿海北部，由于受南黃海西部旋轉(zhuǎn)潮波系統(tǒng)的制約，其波峰線由北向南傳播。這兩股運(yùn)動(dòng)方向大致相反的潮波在弶港至莊家沙一帶海域輻合［10-12］，形成一二分水，此處潮差最大。根據(jù)江蘇沿海潮流特點(diǎn)對(duì)比可知，本文得到的江蘇沿海的理論最高、最低潮位所呈現(xiàn)的變化趨勢(shì)和量級(jí)特征與江蘇沿海的潮流特征是一致的。

4 結(jié)語(yǔ)

以理論最高潮位面代替常年平均大潮高潮面作為岸線劃分的依據(jù)，既可以避免“常年”時(shí)間段選取的模糊性，準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性都有所提高；同時(shí)，又能更加接近真實(shí)的海陸分界線。建立江蘇沿岸二維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型。模型比較好的反映了江蘇沿海水動(dòng)力運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并通過計(jì)算，得出了江蘇沿岸理論最高潮位和理論最低潮位的分布。這對(duì)海洋資源的開發(fā)與保護(hù)提供了借鑒意義。

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［2］楊世倫.海岸環(huán)境和地貌過程導(dǎo)論［M］.北京：海洋出版社，2003.

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［9］陶建峰，張東生，龔政.江蘇近海潮汐潮流數(shù)值模擬［C］//中國(guó)海洋工程學(xué)會(huì).第十四屆中國(guó)海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集.北京：海洋出版社，2009.

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［11］宋志堯，嚴(yán)以新，薛鴻超，等.南黃海輻射沙洲形成發(fā)育水動(dòng)力機(jī)制研究：Ⅱ.潮流運(yùn)動(dòng)立面特征［J］.中國(guó)科學(xué)：D輯，1998，28（5）：411-417. SONG Z Y，YAN Y X，XUE H C，et al.Research of radial sand ridges hydrodynamic development mechanism in south yellow sea：Ⅱ.vertical characteristics of tidal current movement［J］.Science in China：Series D，1998，28（5）：411-417.

［12］任美鍔.江蘇海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查［M］.北京：海洋出版社，1986.

貴州將打通“北入長(zhǎng)江、南下珠江”水運(yùn)“大動(dòng)脈”

本刊從不久前貴州省發(fā)布的“全省水運(yùn)建設(shè)三年會(huì)戰(zhàn)實(shí)施方案”中獲悉，貴州將從明年起開展水運(yùn)建設(shè)三年會(huì)戰(zhàn)，打通“北入長(zhǎng)江、南下珠江”水路“大動(dòng)脈”。到2016年，貴州高等級(jí)航道將達(dá)到700 km以上，水運(yùn)能力達(dá)2 000萬t以上，港口碼頭吞吐能力突破3 000萬t。未來幾年，將推進(jìn)烏江、紅水河航道規(guī)劃等級(jí)由四級(jí)提升為三級(jí)，打通貴州“北入長(zhǎng)江、南下珠江”，連接長(zhǎng)三角、珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)的兩條出省水運(yùn)主通道。同時(shí)將加快建設(shè)赤水河、都柳江、清水江、錦江四條水運(yùn)出省輔助通道。計(jì)劃到2016年全面建成赤水河航運(yùn)擴(kuò)能工程，改善航道217 km，形成1 000萬t/a通航能力。（殷缶，梅深）

曹妃甸十年：“十二五”末有望躋身世界大港前五位

隨著河北沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃于2011年末上升為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，曹妃甸開發(fā)的龍頭地位得到進(jìn)一步凸顯，正全速駛?cè)氚l(fā)展的“快車道”。曹妃甸港正在由集疏大港向綜合貿(mào)易大港轉(zhuǎn)變。25萬t級(jí)礦石碼頭、30萬t級(jí)原油碼頭、煤炭碼頭、通用碼頭等24個(gè)泊位建成通航，20個(gè)泊位正在加緊建設(shè)。按照規(guī)劃，到“十二五”末，曹妃甸貨物吞吐量將超過5億t，有望躋身世界大港前五位。（殷缶，梅深）

Research on sea-land demarcation and maximum theoretical tide level along Jiangsu coast

WANG Yi-gang1，YUAN Chun-guang1,HUANG Hui-m ing1,ZHU Hui-m in2,CHEN Cheng1
(1.Key Laboratory of Coastal Disaster and Defence of Ministry of Education,Hohai University,Nanjing 210098, China;2.Jiangsu Province Surveying&Mapping Engineering Institute,Nanjing 210013,China)

The sea-land demarcation is very important for marine and terrestrial resources management. However,it is not favorable for the marine management and resources development when using the mean high water spring in many years to instead of the coastline.To solve the problem,a method using the maximum theoretical tidal level instead of the mean high water springs of many years was put forward to determine the coastline,and feasibility and advantages of this method were analyzed.Moreover,a two-dimensional mathematical model of tidal current along Jiangsu coast was established.Based on the model,the distribution of the maximum and the minimum theoretical tidal level along Jiangsu coast was obtained.

sea-land demarcation;coastline;the maximum theoretical tidal level;Jiangsu coast

TV 143；O 242.1

A

1005-8443（2013）05-0387-06

2013-01-16；

2013-03-04

國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2012BAB03B01）；南京水利科學(xué)研究院中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（YN912001）

王義剛（1955-），男，浙江省定海人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事泥沙運(yùn)動(dòng)及河口、海岸演變，海岸動(dòng)力學(xué)、航道工程等領(lǐng)域的教學(xué)和科研工作。

Biography：WANG Yi-gang（1955-），male，professor.