樂清灣水域納潮量演變分析

王誠超, 潘國富, 許雪峰, 陳培雄

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樂清灣水域納潮量演變分析

王誠超1, 2, 潘國富1, 許雪峰1, 陳培雄1

(1. 國家海洋局第二海洋研究所 工程海洋學重點實驗室, 浙江 杭州 310012; 2. 舟山市港航管理局, 浙江 舟山 316000)

基于1965年以來的不同時期水深地形數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感影像資料, 對樂清灣岸線和不同特征值水深所圍水域面積的歷史變化進行研究, 根據(jù)GIS技術(shù)計算樂清灣近50 年的不同水域面積的演變特征。利用實測地形資料和水文數(shù)據(jù)建立樂清灣海域二維潮流數(shù)學模型分析樂清灣水域納潮量的演變情況。結(jié)果表明: (1) 樂清灣海域納潮量近50 年減少3.16×108m3, 2013年較1965年減少17.69%, 年均遞減速率由0.06×108m3/a增加至近年的1.96×108m3/a; (2) 海灣不同區(qū)域圍填海造成相應海區(qū)水域面積的縮減, 但納潮量對水域面積改變的響應程度有顯著差別。內(nèi)灣灘涂圍墾對樂清灣不同灣區(qū)納潮量影響十分有限, 外灣圍墾對納潮量的影響由外灣向內(nèi)灣明顯遞減。漩門灣二期工程顯著改變樂清灣的潮流形態(tài), 造成各個灣區(qū)納潮量均出現(xiàn)大幅度的調(diào)整。本研究可以為海灣的生態(tài)環(huán)境保護和預測海灣的發(fā)展趨勢提供量化的參考數(shù)據(jù)。

樂清灣; 水域面積; 納潮量; 演變分析

樂清灣是一個與東海相通的半封閉型強潮海灣, 外灣地形相對開闊, 水深自西向東逐漸增大, 西部潮灘寬廣, 東部潮流沖刷槽貫通南北[1](如圖1)。中灣和內(nèi)灣島嶼散落其中, 舌狀潮灘和樹枝狀潮汐汊道交錯分布[2]。灣底地貌總趨勢保持西北向東南傾斜, 由淺灘向深水槽漸變的格局。以樂清市的華秋洞和玉環(huán)縣的連嶼為分界線, 南北地形差異較大。此線以北(中灣, 內(nèi)灣)島嶼眾多、水道交錯, 地形起伏大, 灣底潮汐汊道與舌狀、連島壩狀灘地相間, 水深自南向北減小。此線以南(外灣)水域開闊, 水深自西向東逐漸增大, 西部為寬廣的華岐潮灘, 東部發(fā)育有潮流沖刷槽。近50 年為緩解樂清灣沿岸城市發(fā)展所需的土地資源緊缺問題, 對樂清灣寬廣的潮灘實施了大規(guī)模的圍海造地工程。這些圍堤填海和港口建設(shè)工程改變了區(qū)域邊界條件, 納潮量可能會因潮流形態(tài)的改變產(chǎn)生不同程度的影響。

納潮量是海灣環(huán)境評價的重要指標, 其大小直接影響海灣的水交換能力和污染物質(zhì)的擴散輸移, 直接制約著海灣的自凈能力和環(huán)境容量, 對于維護海灣特別是半封閉海灣的生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要[3]。有關(guān)河口海灣納潮量的研究和分析成果較多, 如喬貫宇等[4]采用聲學多普勒海流剖面方法對膠州灣口進行走航觀測, 得到了膠州灣的納潮量; 葉海桃等[5]將灘涂和水域分開, 計算了三沙灣的納潮量和水體交換時間; 陳紅霞等[6]同時采用海圖和ADCP測流計計算和分析了膠州灣的納潮量; 楊世倫等[7]通過考慮河口潮灘面積因圍墾而變化的情況, 引進納潮量計算的新公式, 對膠州灣的納潮量進行了重現(xiàn)計算和分析; 吳隆業(yè)等[8]采用遙感影像資料得到了?？诟鄣乃蛎娣e進而計算了納潮量的變化; 方神光等[9]對伶仃洋水域面積和岸線的歷史演變進行了分析和總結(jié), 并利用遙感資料計算了過去近30 年內(nèi)伶仃洋水域面積的演變情況。

有關(guān)樂清灣的大多數(shù)研究成果集中在與樂清灣納潮量變化密切相關(guān)的海灣水動力、水環(huán)境及水文地貌方面。20世紀90年代以前的研究主要集中在樂清灣的潮流特性、水體交換、細顆粒泥沙沉積作用[10-12],在對樂清灣的動力環(huán)境與潮汐潮流、泥沙輸移環(huán)境、海洋資源開發(fā)現(xiàn)狀等方面的研究取得了一系列成果。隨著技術(shù)進步和對生態(tài)環(huán)境、海洋資源的開發(fā)利用的重視, 相關(guān)學者對樂清灣的生態(tài)、海洋動力環(huán)境進行了深入探討。季小梅等[13]利用3個年份的歷史海圖資料對比研究了樂清灣近期海岸變化, 認為近期岸線由于圍墾持續(xù)向海淤進, 各等深線所圍水域面積不斷減小。李佳[14]建立樂清灣的潮流數(shù)值模型系統(tǒng)研究了樂清灣的環(huán)境水力特性, 通過分析斷面的潮通量較準確地計算了海灣的納潮量。單慧潔等[15]利用海岸工程建設(shè)監(jiān)測資料和數(shù)值模擬方法探討圍填海工程對海洋動力環(huán)境的疊加影響。楊曉東等[16]運用機制分解法將懸沙凈輸移通量分解成多個動力項并討論不同區(qū)域懸沙輸移的時空分布特征。

圖1 樂清灣地貌圖

前人對樂清灣納潮量的專門研究成果相對較少, 已有研究主要限于某一個特定年份海灣空間幾何條件下的納潮量統(tǒng)計, 從近幾十年較長時間尺度和較大空間范圍系統(tǒng)研究樂清灣的納潮量對多年海岸工程的響應鮮有報道。本文通過建立不同年份樂清灣水域二維水動力模型, 探究樂清灣近50年納潮量的演變規(guī)律。為區(qū)域海洋資源開發(fā)利用、港口規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境保護供科學依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

利用GIS軟件對1965、1988、2005 年3個年份的海圖進行數(shù)字化, 并與2013年實測地形數(shù)據(jù)進行坐標和參考基準面的統(tǒng)一校準, 獲取樂清灣近50年不同時期的水深地形數(shù)據(jù)。結(jié)合1988、2005、2013 年衛(wèi)星遙感影像資料, 提取樂清灣歷史岸線并計算樂清灣不同水深所圍水域面積。根據(jù)獲得的歷史水深和圍填海數(shù)據(jù), 構(gòu)建4個年份的二維潮流數(shù)值模型, 通過計算不同海區(qū)的納潮量, 系統(tǒng)地分析樂清灣不同時期納潮量的變化過程, 探究圍填?；顒訉{潮量演變的影響。

1.1 納潮量計算方法

通常情況下, 納潮量是指平均潮差條件下一個海灣可以容納的海水量。傳統(tǒng)的納潮量計算一般采用的公式為[6, 17]:

=??

式中,為平均潮差條件下的納潮量; ?為平均潮差; ?為平均水域面積(即平均高低潮位所對應水域面積的均值), 平均潮差可根據(jù)驗潮站的多年實測資料求得。該計算方法簡單, 計算結(jié)果較為一致。但是?的計算比較復雜。海圖上一般只標示0 m線(理論最低潮面)和岸線(相當于最大高潮線), 位于兩者之間的平均高潮線和平均低潮線需通過地形推算求出。

對于灣內(nèi)島嶼交錯、岸線曲折、潮灘寬廣的海域由于地形變化較快, 潮水漫灘歸槽使潮差在海灣不同區(qū)域差別較明顯, 納潮量變化的計算誤差較大。本文基于樂清灣復雜的地貌特征, 采用不同時期的地形數(shù)據(jù)和岸線資料, 基于建立的樂清灣二維潮流數(shù)學模型, 通過設(shè)置特征斷面來統(tǒng)計樂清灣的納潮量。對潮差隨空間變幅明顯、流態(tài)多變的海灣具有較強的適應性和準確性。因工程建設(shè)產(chǎn)生的納潮量改變, 用該方法的計算結(jié)果可以更好地對比因不同圍填海等海岸工程對納潮量的影響。

1.2 數(shù)學模型

運用二維潮波運動方程建立正交曲線坐標系下沿水深平均的水動力數(shù)學模型, 根據(jù)Boussinnesq假定、靜水壓強假定建立樂清灣水域的二維水動力模型如下[18-19]:

沿水深積分的連續(xù)方程:

動量方程:

1.3 模型初始及邊界條件

初始條件:

邊界條件:

開邊界: 邊界上主要參考了石塘港、北麂、南麂和琵琶4個潮位站的長期觀測資料, 站位如圖2所示。采用水位控制, 即用潮位預報的方法得到開邊界條件。

圖2 樂清灣模型網(wǎng)格邊界

開邊界采用潮位預報邊界條件:

調(diào)和常數(shù)選用11個分潮, 其中日分潮4個(Q1, O1, P1, K1), 半日分潮4個(N2, M2, S2, K2), 淺水分潮3個(M4, MS4, M6)。分潮調(diào)和常數(shù)取自邊界附近潮位站, 參考同潮圖, 根據(jù)模型邊界與長期驗潮站的距離關(guān)系對調(diào)和常數(shù)進行適當調(diào)整后用于模型。

閉邊界: 在閉邊界取流速的法向?qū)?shù)為零, 在潮灘區(qū)采用漫灘邊界處理。

2 樂清灣特征水深所圍水域面積變化

2.1 納潮水域面積演變

對1965—2005 年的海圖和2013年的實測地形數(shù)據(jù)及1988、2005、2013 年衛(wèi)星遙感影像資料綜合分析, 顯示: 近50 年樂清灣各等深線所圍水域面積持續(xù)減小。20世紀80年代初至21世紀初期, 由于圍塘造陸使岸線向海推進加速, 外灣西部的華岐潮灘岸線外推速率明顯增大。

通過對樂清灣潮灘演變進行詳細的分析, 得出不同水深圍成水域面積的變化狀況。結(jié)果如表1、表2所示: (1)1965—1988年, 樂清灣0 m以上灘涂(岸線至理論最低潮面)的面積減小45.11 km2, 年均減速1.96 km2/a。0~2 m灘涂水域面積減小0.76 km2, 年均減速0.03 km2/a。2~5 m灘涂水域面積減小1.94 km2, 年均減速0.08 km2/a。樂清灣5 m水深水道潮溝所圍水域面積23年僅減小0.89 km2, 占總水域面積的25%, 表明潮汐通道的動力沉積環(huán)境處于相對平衡狀態(tài), 漩門灣的堵港工程并未對潮汐主通道的沉積動力產(chǎn)生明顯影響;淺灘深槽水域面積在近23年減小幅度較小, 海灣平面形態(tài)和整體地形地貌除因個別工程影響產(chǎn)生局部調(diào)整外未現(xiàn)大范圍變化。(2)1988—2005年, 樂清灣0 m以上灘涂(岸線至理論最低潮面)的面積減小了23.28 km2, 年均減速1.37 km2/a。0~2 m灘涂水域面積減小6.11 km2, 年均減速0.36 km2/a。2~5 m灘涂水域面積減小7.87 km2, 年均減速0.46 km2/a。樂清灣5 m水以下水道潮溝所圍水域面積17年減小19.30 km2, 占總水域面積的24%; 不同水深所圍水域面積均出現(xiàn)不同程度減小, 淺灘由于漩門二期筑堤蓄淡對中灣的動力環(huán)境產(chǎn)生顯著改變而出現(xiàn)面積大幅消減; (3)2005—2013年樂清灣0 m以上灘涂(岸線至理論最低潮面)的面積減小了32.31 km2, 年均減速4.04 km2/a。0~2 m灘涂水域面積減小0.09 km2, 年均減速0.01 km2/a。2~5 m灘涂水域面積減小4.79 km2, 年均減速0.59 km2/a。樂清灣5 m以下水道潮溝所圍水域面積8 年增加0.98 km2, 占總水域面積的26%。樂清灣外灣西北側(cè)的華岐潮灘圍海造陸使淺灘面積減小, 但0 m以下不同水深所圍水域面積卻因束水集流作用有擴大趨勢, 深槽不同程度朝深寬方向發(fā)展, 深槽的泥沙輸運能力提高。

表1 不同特征值水深所圍水域面積

Tab.1 Water areas enclosed by different depth of eigenvalues

注: “[”表示大于等于, “]”表示小于等于, “(”表示大于, “)”表示小于, 表2同

表2 特征值水深所圍水域面積變化

Tab.2 Change value of water areas enclosed by different depth of eigenvalue

2.2 樂清灣岸線演變

樂清灣絕大部分為基巖質(zhì)岸線, 在內(nèi)灣的東部、頂部和外灣的北部分布有寬廣的淤泥質(zhì)潮灘。海灣近50年處于弱動力沉積環(huán)境中, 基巖海岸抗侵蝕性強, 泥沙在灣內(nèi)的懸浮與落淤處于相對平衡狀態(tài), 岸線在自然條件下未現(xiàn)明顯變化。但近幾十年來, 人工圍塘促淤、圍海造陸工程顯著改變了海灣的動力條件和岸線演變速率。根據(jù)歷年海圖和遙感影像資料做出了1965—2013年樂清灣海域的水域面積變化(圖3), 水域面積統(tǒng)計結(jié)果見表3。分析表明: (1)由于近50 年圍海造地工程, 特別是漩門二期和華岐潮灘圍墾, 整個樂清灣水域面積減小約141.47 km2, 年均減小速率2.95 km2/a。(2)樂清灣圍堤具有明顯的階段性特征, 1965—1988年, 海灣開發(fā)處于低頻率狀態(tài), 23 年水域面積減小48.71 km2, 占近50 年總圍墾面積的34.43%, 水域面積年均減小速率2.44 km2/a。1988年后海洋開發(fā)速率加快, 圍填海工程加速實施。1988—2005年圍墾面積56.55km2, 水域面積年均減小速率2.83 km2/a, 占總圍墾面積的39.97%, 漩門二期圍堤的修建使海灣水域面積減小, 對海灣動力環(huán)境產(chǎn)生明顯改變。2005年后, 出于海灣保護的慎重考慮, 對樂清灣的圍墾活動主要集中在外灣的西北部的華岐潮灘。2005—2013年的8 年圍墾總面積36.21 km2, 水域面積年均減小速率3.62 km2/a。(3)近50 年,位于外灣西北側(cè)的華岐潮灘圍區(qū)的圍墾總面積約48.33 km2, 占樂清灣總圍墾水域面積的34.08%; 漩門二期的圍墾面積約36.32 km2, 占樂清灣總圍墾水域面積的25.61%。位于樂清灣內(nèi)灣寬廣潮灘之上的圍墾面積約為43.52 km2, 占樂清灣總圍墾水域面積的30.68%, 且1965—1988年圍墾面積占內(nèi)灣總圍墾面積的86.83%。分析表明1988—2013年樂清灣的圍墾區(qū)域主要集于外灣西北側(cè)的華岐潮灘的近岸水域。

圖3 歷年圍墾面積變化

表3 樂清灣不同時期水域面積變化

Tab.3 Change of reclamation area of the Yueqing Bay in different periods

注: 負號表示減少, 下同

綜合以上分析, 樂清灣岸線在自然沖淤動力條件下相對較穩(wěn)定, 但近幾十年人類岸線開發(fā)利用活動已對水域面積產(chǎn)生直接影響。近50 年, 樂清灣海域面積減小約141 km2。1988年前圍墾集中于內(nèi)灣; 1988—2005年主要有華岐潮灘圍墾和漩門灣二期工程, 僅漩門灣筑堤蓄淡工程就使樂清灣水域面積縮小7%; 2005年后圍墾區(qū)域集中在外灣西北部的近岸潮灘區(qū)域, 這期間中灣、內(nèi)灣圍填海工程受到嚴格限制, 只出現(xiàn)小規(guī)模圍墾工程, 灣內(nèi)島嶼因處于較嚴格保護狀態(tài)中而未有較大規(guī)模的圍海擴建工程。

3 樂清灣數(shù)值模型

3.1 模型計算水域

樂清灣水域數(shù)值計算范圍如圖2所示, 東西向距離約45 km, 南北距離約125 km。整個計算水域包括樂清灣、隘頑灣、漩門灣、溫州灣、甌江口等。上邊界至石塘鎮(zhèn); 下邊界分別為飛云江口南岸、南麂列島。東邊界達牛山島、披山島、洞頭列島、北麂列島20 m水深水域。東邊界始于甌江、飛云江。采用局部加密的曲線正交網(wǎng)格劃分研究區(qū)域, 樂清灣區(qū)域網(wǎng)格尺度控制在100 m左右, 最大網(wǎng)格步長達1 000 m左右。計算時間步長取1 min。

3.2 模型驗證

本文采用樂清灣水域同步的實測潮位和潮流觀測資料對模型進行驗證(站位如圖4)。本模型選取樂清灣頂部的江夏驗潮站W(wǎng)1、茅埏島驗潮站W(wǎng)2、中灣西部的悅海臨時潮位站W(wǎng)3、連嶼驗潮站W(wǎng)4和小門島驗潮站W(wǎng)5實測數(shù)據(jù)對模型潮位進行驗證; 選取6條水文測驗垂線對樂清灣的大、中、小潮潮流進行驗證。各點計算潮位與實測潮位擬合較好, 高低潮位誤差一般在±15 cm以內(nèi), 相對誤差在5%以內(nèi), 計算潮位與實測潮位相位基本一致。計算流速與實測資料相位一致, 漲落急流速和流速變化過程較為一致, 相對誤差控制在10%以內(nèi), 流向的擬合亦較好, 無論漲潮還是落潮與實測值相比, 差值一般在10%以內(nèi)。限于篇幅, 本文僅列出C3站大潮向速流速和W2站的潮位過程線驗證結(jié)果(如圖5、圖6)?？傮w而言, 潮位與潮流的計算結(jié)果較為滿意, 說明模型計算參數(shù)設(shè)置是準確、合理的, 所構(gòu)建的潮流模型是準確可靠的, 可以用于樂清灣海區(qū)不同納潮量演變的歷史分析及預測。

圖4 模型觀測站位

圖5 C3站大潮流向、流速驗證

Fig.5 Verification of tidal direction and flow speed in the C3 location

圖6 W4站潮位過程驗證

4 樂清灣納潮量演變分析

4.1 納潮量斷面布設(shè)

根據(jù)樂清灣地貌特征, 在所建立的數(shù)學模型中設(shè)置特征觀測斷面, 統(tǒng)計樂清灣不同水域的范圍不同時刻的潮流通量, 分析該水域在一個潮周期內(nèi)的納潮量。因此, 本研究在樂清灣全域分別布設(shè)了4個特征潮量觀測斷面, 分別為樂清灣口門斷面、外灣與中灣分界的打水灣-連嶼斷面、內(nèi)灣與中灣分界的茅埏島-分水山斷面和東山頭-茅埏島斷面(如圖4)。

4.2 不同時期納潮量比較分析

通過建立的樂清灣二維潮流數(shù)學模型, 對不同時期的的一個潮周期進行模擬計算。對樂清灣不同歷史時期各個斷面的納潮量變化進行比較分析, 特征值統(tǒng)計結(jié)果見表4、表5。

1) 樂清灣總納潮量在近50 年減小3.16×108m3, 減少了17.69%。1965—1988年間納潮量減小0.01× 108m3, 1988—2005年間納潮量減小1.21×108m3, 2005—2013年納潮量減小1.96×108m3。納潮量分別減少了0.06%、6.79%、11.75%。三個時期的樂清灣水域面積分別減少了9.46%、12.13%、8.8%。由此可見, 納潮量減少比例與樂清灣水域面積同期減小比例并不具有一致性, 而與圍墾區(qū)域的布局密切相關(guān)。

表4 樂清灣不同時期納潮量

Tab.4 tide volume of the Yueqing Bay at different years

表5 樂清灣不同時期納潮量變化

Tab.5 Variation of the tide volume of the Yueqing Bay in different periods

2) 近50 年由于海灣內(nèi)各種海岸工程的修建, 改變了海灣的邊界條件。內(nèi)、中、外海域的納潮量分配比例有較大調(diào)整。內(nèi)灣納潮量由1965年的5.43× 108m3減少至2013年的4.40×108m3, 減少了19.00%。除1988—2005年納潮量減少1.14×108m3, 其他各個時期納潮量有不到0.1×108m3微小幅度的增加, 這主要是由于1999—2001年漩門灣二期工程的圍填海工程對樂清灣水動力產(chǎn)生非常明顯的影響, 漩門灣二期圍堤顯著改變了經(jīng)中灣上溯的潮流流態(tài), 納潮量由于內(nèi)灣水域面積的大幅縮減而大幅度減少。其他時期內(nèi)灣水域動力條件相對穩(wěn)定。中灣納潮量由1965年的3.53×108m3減小至2013年的3.16×108m3, 減少了10.59%, 僅1988—2005年納潮量減少量占近50 年總減少量的85%, 模擬結(jié)果顯示漩門灣二期圍堤改變潮流流態(tài)。2005年后中灣納潮量處于相對穩(wěn)定狀態(tài), 呈小幅度減少趨勢。外灣水域開闊, 納潮量受西北部近岸圍墾工程影響呈現(xiàn)明顯的階段性。外灣納潮量1965—2013年減小1.75× 108m3, 2013年相較1965年減少19.72%, 表現(xiàn)為先減小再增加最后又大幅度減小的變化過程。僅2005—2013年的8 年減少幅值就達1.89×108m3, 而1988—2005年間由于漩門灣二期圍堤阻滯潮流上溯, 外灣潮差增大, 導致納潮量有0.25×108m3的小量增加。

3) 各個時期樂清灣不同水域占整個灣區(qū)納潮量的百分比也出現(xiàn)明顯的階段性改變(表6所示), 這主要是由于不同時期海灣內(nèi)海岸工程的布局不同所致。內(nèi)灣分配潮量基本維持在31.37%~31.80%, 漩門灣二期工程導致2005年內(nèi)灣潮量占比減少至26.54%; 中灣則由1965年的20.05%增加至2013年的23.40%, 期間由于漩門灣二期工程縮窄水道造成2005年的潮量占比減少至19.96%; 外灣分配納潮的變化幅度明顯大于其他灣區(qū), 由1965—1988年的約48.5%增加至2005年的53.50%, 之后減少為2013年的45.03%。上述結(jié)果表明漩門灣二期和華岐潮灘圍涂工程顯著改變了樂清灣的潮流動力和潮量分配狀況。

表6 不同海域潮量占總水域潮量的比例

Tab.6 The ratio of tide to tidal volume in different waters

4) 中灣通向內(nèi)灣的茅埏島東西兩側(cè)水道潮量分配比例有略微調(diào)整, 具體變化見表7。東側(cè)的茅埏島-分水山水道分配的潮量由1965年40.24%增加至2013年的40.99%。期間東側(cè)水道的潮通量呈小幅度減小, 之后由于漩門灣二期工程海堤有向北挑流作用及外灣西北部的圍墾工程造成西側(cè)潮流通量減小, 潮流向東側(cè)水道集中, 導致東側(cè)水道分潮比由40.24%持續(xù)增加至40.99%。

5) 不同灣區(qū)圍墾量對納潮量的影響程度差異較大, 數(shù)據(jù)分析見表8。1965—1988年內(nèi)灣圍墾面積37 km2, 占同時期全灣總圍墾面積的76%, 但內(nèi)灣、中灣納潮量卻基本未變化, 外灣有少量減小。1988~ 2005年間, 內(nèi)灣區(qū)域由于漩門灣二期工程的顯著影響, 造成內(nèi)灣水域面積減少41 km2, 占同期水域面積減少量的73%, 內(nèi)灣納潮量的減少量也占同期納潮量減少量的67%。中灣也出現(xiàn)一定程度的減少, 但外灣卻有0.25×108m3的潮量增加, 占變化潮量的14%。2005—2013年, 圍墾區(qū)域集中在外灣的西北部潮灘, 圍墾面積占同期總圍墾量的89%, 外灣納潮量減少量亦占同期變化量的96%, 中灣有小幅度減少, 但內(nèi)灣納潮量基本未變。

表7 茅埏島東、西兩側(cè)水道潮通量

Tab.7 The tidal fluxes in the east and west of the Maoyan Island

表8 不同灣區(qū)圍墾面積與納潮量變化對比

Tab.8 Comparison of reclamation area and tide variation in different area

上述分析表明, 樂清灣近50 年的海灣幾何形態(tài)和地貌演變造成該海區(qū)納潮量減小3.16×108m3。2013年較1965年減少17.69%。灣內(nèi)不同海區(qū)分配的潮量比例在不同時期有較大調(diào)整, 不同海區(qū)潮量變化值和變化率差別明顯。在整個樂清灣海域納潮量顯著減小的情況下, 中灣納潮量總體變化不大。內(nèi)灣和外灣由于大規(guī)模圍墾工程造成相關(guān)海域水域面積出現(xiàn)大幅度變化而對納潮量產(chǎn)生較大影響。內(nèi)灣1988年前的潮灘大規(guī)模圍墾對整個海灣的納潮量影響并不顯著。但之后漩門灣二期圍堤對中灣、內(nèi)灣的潮流場改變明顯, 縮減了內(nèi)灣水域面積, 減小內(nèi)灣、中灣的納潮量但卻增加了外灣的納潮量。2005—2013年外灣西北部潮灘的大規(guī)模圍填海工程對外灣納潮量影響明顯, 期間外灣納潮量減小1.89×108m3, 甚至大于近50 年來的總減小幅度1.75×108m3, 但對內(nèi)灣影響較小, 內(nèi)灣納潮量基本未變。外灣圍填海工程造成中灣納潮量有2.37%的減少, 內(nèi)灣納潮量甚至有0.14%微小幅度的增加。位于內(nèi)灣的漩門灣二期海堤的修建改變了潮流流路, 流向楚門灣海域的一股潮流通道直接被阻斷, 從外灣上溯的潮流由于堤壩的挑流作用使中灣流速增加, 但流經(jīng)茅埏島東西兩側(cè)水道的潮量變化只是發(fā)生微小調(diào)整, 東側(cè)水道潮通量略有增加。

5 結(jié)論

樂清灣水域近50年來由于圍海造地等海灣開發(fā)利用活動, 水文動力及地貌形態(tài)發(fā)生不同程度改變。為探究樂清灣海域納潮量對海灣建設(shè)的響應, 本文基于實測水文資料、歷史地形數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感影像, 采用數(shù)值模擬方法對樂清灣海區(qū)納潮量演變情況進行分析和探討。通過對不同年份的地貌形態(tài)與納潮量變化的對比研究, 總結(jié)如下:

1) 數(shù)值模擬結(jié)果顯示樂清灣海域納潮量近50年減小3.16×108m3, 納潮量減少17.69%。隨著海灣開發(fā)建設(shè)活動加速, 樂清灣海域納潮量減少速率加快, 變化速率由0.06×108m3/a遞增為近年的1.96×108m3/a。

2) 樂清灣海域內(nèi)、中、外灣三個灣區(qū)的納潮量調(diào)整差別較大, 且具有較大的階段性特征。內(nèi)灣在1988—2005年納潮量減少20.62%, 其他時段潮量改變比例小于2%, 特別在2005—2013年, 內(nèi)灣納潮量有微小幅度的增加; 中灣納潮量經(jīng)歷了一個小幅增加—大幅減小—小幅減小的過程, 1988—2005年納潮量有8.92%的減小, 其他時段變化幅度小于2.5%。外灣納潮量很大程度受制于外灣西北部潮灘圍墾狀況的影響, 2005年前各時段納潮量變化幅度控制在3%以內(nèi), 2005—2013年外灣納潮量劇烈改變, 減少了20.91%。

3) 內(nèi)、中、外灣納潮量約占總納潮量的30%、20%、50%左右, 不同水域納潮量占比在不同時期有一定程度的調(diào)整。1988—2005年潮量分配發(fā)生明顯改變, 外灣調(diào)整幅度最大, 中灣最小, 內(nèi)灣幅度次之。內(nèi)灣潮灘圍墾對樂清灣各個灣區(qū)納潮量影響較小, 外灣圍墾對內(nèi)灣、中灣影響亦較小。

4) 由于漩門灣二期圍堤的修建阻斷了向楚門灣漫灘的潮量, 部分潮流由于堤壩的挑流作用進入茅埏島東側(cè)水道, 但茅埏島東西兩側(cè)潮量分配比例并未出現(xiàn)明顯調(diào)整, 東側(cè)潮通量只是微小幅度改變, 分潮比由40.24%增加至40.99%。

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(本文編輯: 劉珊珊)

Analysis of evolution of tidal prism of the Yueqing Bay

WANG Cheng-chao1, 2, PAN Guo-fu1, XU Xue-feng1, CHEN Pei-xiong1

(1. Key Laboratory of Engineering Oceanography, Second Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Hangzhou 310012, China; 2. Zhoushan Port Administration, Zhoushan 316000, China)

In this study, we investigated the historical change conditions along the Yueqing coastline and the different characteristic water depths around the area. Based on the topographical data of different periods and satellite remote sensing image data since 1965, we accurately calculated the evolution characteristics of different water areas over these 50 years. Also, using actual measured topographical and hydrological data, we developed a two-dimensional tidal mathematical model of the Yueqing Bay to analyze the evolutionary changes in the tidal volume. The results reveal that: (1) The tidal volume in the Yueqing Bay has decreased by 3.16 × 108m3over the past 50 years. Compared with the tidal volume in 1965, the tidal volume of 2013 shows it to have decreased by 17.69%. The average annual decline rate has changed from 0.06 × 108m3/a to the current 1.96 × 108m3/a. (2) Enclosing and reclamation processes in different areas have shown some impact on the reduction of the sea water area, but the tidal volume impact is significant. The inner enclosing impact has been small whereas the outer enclosing impact has obviously diminished from inside the bay to the inner bay. The second phase of the Xuanmen Bay has had a great impact on changes in the Yueqing Bay’s tidal status, and has greatly affected the tidal volumes in all bays in the area. As demonstrated in this study, it is possible to provide quantitative reference data for the ecological environment protection of the bay and to forecast the development trend of the gulf by exploring the mutual responses of the change in the tidal volume and the reclamation activity in the Yueqing Bay.

the Yueqing Bay; water area; tidal prism; evolution analysis

[Provincial Natural Science Foundation of Zhejiang, No. LY13D06000]

Oct. 19, 2016

TV148.2 ; X55

A

1000-3096(2017)08-0076-10

10.11759/hykx20161019001

2016-10-19;

2016-12-14

浙江省自然科學基金項目(LY13D060003)

王誠超(1990-), 男, 江西撫州人, 碩士研究生, 主要從事河口海岸過程及工程運用研究, 電話: 18258874206, E-mail: 1059453335@qq.com