錢塘江河口區(qū)潮汐特性及日漲落潮量分析—以之江水文站為例

丁 奕，陳金浩，邵加健

（浙江省水文局，浙江 杭州 31000 9）

錢塘江河口區(qū)潮汐特性及日漲落潮量分析—以之江水文站為例

丁 奕，陳金浩，邵加健

（浙江省水文局，浙江 杭州 31000 9）

為了掌握錢塘江河口區(qū)感潮河段的潮汐特性和日漲落潮量變化規(guī)律，對漲潮潮差、漲潮最大流速、日漲落潮潮量和日平均漲潮流量等重要指標進行分析，總結(jié)各潮汐要素在月內(nèi)和全年的變化規(guī)律。結(jié)果得出，各潮汐要素的變化較為同步，在月內(nèi)和全年都表現(xiàn)為周期性變化的特點，同時也受到風暴潮、徑流、江道地形等因素的影響。

錢塘江；河口；潮汐特性；漲落潮量；之江水文站

1 問題的提出

錢塘江河口區(qū)潮汐屬于不正規(guī)半日潮，因受杭州灣喇叭形及江道地形的影響，隨著潮水上溯動力不斷加強，形成了聞名天下的強涌潮奇觀。每當大潮汛時期，潮頭涌高可達2 m以上，漲潮流速可達3 m/s以上，場面蔚為壯觀。

錢塘江河口區(qū)的潮汐特性，隨潮汐上溯的水資源量是否具有統(tǒng)計規(guī)律，能否掌握潮汐要素運動變化的基本規(guī)律，迫切需要解決研究，特別是對日漲、落潮量的分析。但由于錢塘江河口區(qū)潮量實測資料的缺乏，一直未能實施。本文以錢塘江河口區(qū)新設立的之江水文站的潮流量實測資料為基礎[1-2]，分析潮汐特性及日漲、落潮量的變化情況，以期掌握潮汐特性及漲落潮量的變化規(guī)律。

2 不正規(guī)半日潮基本特性

之江水文站所在錢塘江河口區(qū)的潮汐屬于不正規(guī)半日潮[3]。不正規(guī)半日潮是指由于受淺海、河口水下地形、徑流等影響，在一天中有2次高潮，2次低潮，潮位不等，漲、落潮歷時也不等的半日潮。一個太陰日歷時24.83 h，因此半日潮的先后2次低潮或2次高潮的時間間隔約為12.42 h。

低潮潮位和高潮潮位大小各不相同。徑流的大小對低潮潮位產(chǎn)生影響，徑流大則高潮位抬高，低潮位也相應抬高，徑流小則低潮位降低。潮汐大小變化也會對低潮潮位產(chǎn)生影響，隨著潮動力的逐日增強，河床水位將會不斷抬高，低潮位也呈逐日抬高的趨勢，當大潮汐日過后，潮動力呈逐日遞減趨勢，低潮位則同步表現(xiàn)為遞減的變化趨勢，某一個農(nóng)歷月內(nèi)的潮位變化過程線見圖1。

圖1 某一個農(nóng)歷月內(nèi)的潮位變化過程線圖

漲、落潮歷時[4]差異大，特別是在錢塘江河口區(qū)，涌潮特性明顯，漲潮歷時大大小于落潮歷時。圖2為之江站斷面上某大潮汛日期典型的半日潮流量變化過程圖。由圖2可知，漲潮歷時為2.92 h，而落潮歷時則長達9.33 h。以2014年1月數(shù)據(jù)為例，全月漲潮總歷時為174.78 h，全月落潮總歷時為569.22 h，漲潮歷時與落潮歷時的比值約為1∶3。

漲潮流量和落潮流量也存在較大差異（見圖2）。從圖2典型半日潮（2014年9月11日，農(nóng)歷八月十八）的流量變化過程來看，從15∶40起漲開始計算，2 min后就出現(xiàn)漲潮憩流，20 min后出現(xiàn)漲潮最大流量，2.92 h后出現(xiàn)落潮憩流，6.00 h后出現(xiàn)落潮最大流量，隨后流量變化呈遞減趨勢，直到12.25 h后下一個半日潮起漲為止。以此典型大潮為例，漲潮最大流量為 - 10 200 m3/s，落潮最大流量為6 100 m3/s，漲潮最大流量約為落潮最大流量的1.7倍。而該日的平均漲潮流量為6 350 m3/s，平均落潮流量為3 370 m3/s，平均漲潮流量約為平均落潮流量的1.9倍。

圖2 某一大潮汛日期的半日潮流量變化過程線圖

3 潮汐要素月內(nèi)變化規(guī)律分析

潮汐現(xiàn)象是由于地球上的水體受到來自太陽和月亮的太陽力和太陰力作用而產(chǎn)生的，當太陽和月亮在運動中相對于地球處于不同位置時，就會對地球上的水體產(chǎn)生不同大小的牽引力。相應的，潮汐現(xiàn)象在不同日期也會表現(xiàn)出各不相同的潮動力大小。當太陽、月亮和地球處于同一直線上時，牽引力達到最大，即每個月農(nóng)歷初一和十五是海水受牽引力最大的日期。而牽引力體現(xiàn)在潮流動力上存在2 ～ 3 d的滯后期，因此每個月農(nóng)歷初三和十八是潮水最大的日期，潮汐漲落呈現(xiàn)出以15 d為1個周期的變化規(guī)律（見圖1）。

漲潮潮差是反映潮汐大小最直觀的指標，因此漲潮潮差在月內(nèi)不同日期上的變化也具備周期性。每月農(nóng)歷初三的漲潮潮差達到最大，而后潮動力逐日遞減，農(nóng)歷十一前后漲潮潮差達到最小值，隨后又呈逐日遞增趨勢，到農(nóng)歷十八前后漲潮潮差達到最大值，隨后又逐日遞減，如此以半個月為1個周期，往復循環(huán)，周而復始。圖3為1個月的漲潮潮差的變化過程圖，呈現(xiàn)出以15 d為1個周期的變化規(guī)律。

圖3 某一個農(nóng)歷月內(nèi)的漲潮潮差的變化分布圖

漲潮最大流速是反應潮流量特性的重要指標，也隨著潮動力一起呈現(xiàn)周期性變化的特點。圖4為某月的漲潮最大流速在月內(nèi)各農(nóng)歷日期上的分布情況圖。由圖4可知，農(nóng)歷初三的漲潮最大流速達到最大值，而后潮動力逐日遞減，農(nóng)歷十一前后漲潮最大流速達到最小值，隨后又呈逐日遞增趨勢，到農(nóng)歷十八前后漲潮最大流速達到最大值，隨后又逐日遞減，往復循環(huán)，周而復始。

圖4 某農(nóng)歷月內(nèi)的各潮漲潮最大流速的變化分布圖

日漲潮量和日平均漲潮流量也是反應潮流量特性的重要指標，且日漲潮量和日平均漲潮流量作為日總水量的統(tǒng)計指標能更加客觀真實地體現(xiàn)潮動力的變化趨勢。日漲潮量是指1 d中由于潮汐作用在某斷面上向上游上溯的總水量。日平均漲潮流量表示漲潮階段的平均流量值，由日漲潮量除以日逆流歷時計算得出。

日漲潮量和日平均漲潮流量也隨著潮動力呈周期性變化規(guī)律（見圖5），呈現(xiàn)出以15 d為1個周期的變化特點。且變化趨勢更加穩(wěn)定，漲落波動性小，對于潮動力具有更好的代表性。

圖5 某農(nóng)歷月內(nèi)的各日漲潮量和各日平均漲潮流量的變化分布圖

綜合以上分析，漲潮潮差、漲潮最大流速、日漲潮量和日平均漲潮流量都是反應潮汐特性的重要指標，其在月內(nèi)的變化都遵循潮汐的周期性變化規(guī)律。

4 潮汐要素全年變化規(guī)律分析

漲潮潮差在全年的分布變化規(guī)律主要體現(xiàn)在早晚潮差差異在各月間的分布、月初月半潮差差異在各月間的分布以及大潮汛日期的潮差在各月間的分布3個方面。

早潮和晚潮的差異較明顯，在1 d中的2次低潮潮位和高潮潮位各不相同，漲潮潮差也各不相同。圖6為2013年各月最大早晚潮差月間分布情況。由圖6可知，4 — 8月（農(nóng)歷三月至七月）的月最大早潮潮差普遍比晚潮潮差大，11月至次年2月（農(nóng)歷十月至次年一月）的月最大晚潮潮差普遍比早潮潮差大，而3月（農(nóng)歷二月）、9月（農(nóng)歷八月）和10月（農(nóng)歷九月）早晚潮的潮差差異不明顯。

圖6 2013年各月最大早潮潮差和各月最大晚潮潮差的月間分布圖

月初月半的潮水也存在差異。3 — 7月（農(nóng)歷二月至六月）月半的潮水潮差普遍比月初的大，10 — 12月（農(nóng)歷九月至十一月）月初的潮水潮差普遍比月半的大，而8 — 9月、1月至次年2月的月初和月半潮差大小差不多。

分析全年各月的月最大漲潮潮差分布情況(見圖6)，7月和8月（農(nóng)歷六月和七月）的月最大漲潮潮差達到最大值，月最大早潮潮差可以達到1.8 m及以上；5 — 10月的月最大漲潮潮差分布在1.3 ～ 1.8 m；3月和11月的潮差次之，其他月份的月最大漲潮潮差最小，主要分布1.3 m以下。而從全年來看，各月的月最大漲潮潮差都能達到0.6 m以上。

潮流量在全年的分布變化規(guī)律主要體現(xiàn)為月漲潮最大流速、月漲潮量、月平均漲潮流量3項指標的分布變化特征。

從之江站2013年實測資料中的流速流量分布情況來看，最大潮流速分布在- 2.5 ～ - 2.0 m/s，最大潮流量達到- 10 000 ～ - 15 000 m3/s。在不受洪水影響的情況下，最大落潮流速分布在1.0 ～ 1.5 m/s；最大落潮流量分布在6 000 ～ 8 000 m3/s范圍內(nèi)。

2013年月漲潮最大流速在全年各月的分布情況見圖7。由圖7可知，月漲潮最大流速值在全年的分布也具有周期性，8月份（農(nóng)歷七月）的月漲潮最大流速值達到最大，8月前后表現(xiàn)為逐月遞增或遞減。

各月的月漲潮量和月平均漲潮流量作為各月漲落潮量的重要參數(shù)，也是反應潮汐特性的重要指標。其在全年的變化規(guī)律與月漲潮最大流速的變化趨勢相同(見圖8)，8月（農(nóng)歷七月）的月漲潮量和月平均漲潮流量為全年度各月份的最大值，其前后月份則表現(xiàn)為逐月遞增或遞減。

圖7 2013年各月漲潮最大流速的月間分布圖

圖8 2013年各月漲潮量和月平均漲潮流量的月間分布圖

5 外界因素對潮汐特性影響分析

半日潮在受太陽力和太陰力作用下呈現(xiàn)周期性變化的同時，也受到地球上一些外界因素的影響。如風暴潮、河川徑流、江道地形等因素都會對潮汐特性及日漲落潮量產(chǎn)生一定影響。

風暴潮是指由于劇烈的大氣擾動，如強風和氣壓驟變（通常指臺風和溫帶氣旋等災害性天氣系統(tǒng)）導致海水異常升降，使受其影響的海區(qū)的潮位大大超過平常潮位的現(xiàn)象。潮位異常升降的幅度稱為風暴潮增水，如果風暴潮恰好與影響海區(qū)漲潮相重疊，就會使高潮位與風暴潮增水相疊加，水位暴漲，漲潮潮差大大增加，潮流量也大大增加，漲潮最大流量、漲潮量和平均漲潮流量也相應增加。

河川徑流對潮汐特性的影響主要體現(xiàn)在河川徑流大小的不同會影響起漲前潮位、漲潮潮差和潮流量大小等。首先，河川徑流下泄量的增加會使河床水位相應抬升，起漲前潮位也相應抬升，低潮位和高潮位都會較平水期有所抬升。其次，河川徑流的下泄過程會增加潮汐運動沿河床上溯過程中的沿程阻力，使潮動力較平水期偏小，漲潮潮差減小，漲潮最大流量、漲潮量和平均漲潮流量也相應偏小，潮區(qū)界較平水期向下游移動，反之亦然。

江道地形的沖淤變化同樣影響潮汐特性。一方面，在江道被沖刷后，河床平均高程降低，低潮位和高潮位都會降低；另一方面，沖刷后的河道平均水面線下移，潮汐上溯沿程阻力減小，潮動力增強，漲潮潮差增大，漲潮最大流速、漲潮量和平均漲潮流量也增大，反之亦然。

6 結(jié) 語

本文對錢塘江河口區(qū)的潮汐特性及日漲落潮量進行了分析，總結(jié)了各要素在月內(nèi)和全年的運動變化規(guī)律，是對錢塘江河口區(qū)進行潮汐研究和水資源計算等工作的基礎。首次從潮量的角度總結(jié)了漲潮最大流速、日漲潮量和日平均漲潮流量等要素的變化規(guī)律。

[1] 呂耀光，黃士穩(wěn)．錢塘江河口區(qū)聲學多普勒測流及資料整編[J]．河海大學學報(自然科學版)，2010，38(6)：680 - 687．

[2] 呂耀光，陳金浩，丁奕，等．改進代表流速相關(guān)法在潮流量整編中的應用[J]．水電能源科學，2015，33(7)：25 - 29．

[3] 周忠遠，舒大興．水文信息采集與處理[M]．南京：河海大學出版社，2005．

[4] 中華人民共和國水利部． SL 247 — 2012水文資料整編規(guī)范[S]．北京：中國水利水電出版社，2012．

（責任編輯 黃 超）（責任編輯 黃 超）

TV123

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1008 - 701X(2017)04 - 0017 - 04

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.04.005

2017-03-13

丁 奕(1984 - )，男，工程師，大學本科，主要從事水文測驗技術(shù)與水文綜合管理工作。

E - mail：12033816@qq.com