警惕海灘隱形殺手
——離岸流

田海平 伊興睿 王 維

?(太原理工大學(xué)力學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，太原030024)

?(太原理工大學(xué)流體力學(xué)科研創(chuàng)新中心，太原030024)

1 離岸流的危害

離岸流，又稱裂流，是在海浪和淺灘地形的共同作用下，形成的一股在沖浪區(qū)中迅速遠(yuǎn)離海岸的狹窄海流[1]。離岸流在波浪出現(xiàn)的海岸上無(wú)處不在，且離岸流發(fā)生區(qū)域的海面一般較為平靜，具有很強(qiáng)的迷惑性。它能迅速將沒(méi)有防備的游泳者帶離淺灘，帶入深水區(qū)，甚至造成溺亡事故。

離岸流多發(fā)于夏季、大浪和落潮時(shí)，其持續(xù)時(shí)間由幾分鐘到幾十分鐘不等，長(zhǎng)度可達(dá)30～100 m，甚至更長(zhǎng)，并可能沿著海岸線移動(dòng)，其發(fā)生的位置及其特征因海浪入射角度和沿岸地形的不同而產(chǎn)生變化。離岸流的流速大多在0.5～2 m/s，最快可達(dá)到3 m/s。我國(guó)著名游泳運(yùn)動(dòng)員孫楊在2016 年里約奧運(yùn)會(huì)男子200 m 自由泳決賽中以1 min 44.65 s 的成績(jī)奪冠，成為亞洲第一位男子200 m 自由泳奧運(yùn)冠軍，然而他奪冠時(shí)的速度也不超過(guò)2 m/s。因而，一般人是很難在復(fù)雜的海況下在離岸流中逆流而上并游回海岸的。

綜上所述，離岸流的迷惑性、不確定性和不可抗性，使它成為海灘上的隱形殺手，成為濱海游客的主要危險(xiǎn)來(lái)源，它的存在已經(jīng)嚴(yán)重威脅到濱海游客的生命安全[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約有80%～90%的海邊救援與離岸流有關(guān)，在全球范圍內(nèi)離岸流每年致數(shù)百人溺水死亡，令數(shù)萬(wàn)人陷入危險(xiǎn)。圖1 所示是2012 年8 月4 日發(fā)生在韓國(guó)釜山海云臺(tái)浴場(chǎng)的大型離岸流事故，當(dāng)時(shí)有143 名游客被離岸流卷走。

圖1 大型離岸流事故

在美國(guó)，離岸流是首要的濱海災(zāi)害。在2013—2018 年間，美國(guó)每年由離岸流事故造成的死亡人數(shù)約為70人，其中佛羅里達(dá)州每年死于離岸流的人數(shù)超過(guò)了因雷暴、颶風(fēng)和龍卷風(fēng)而死亡的人數(shù)總和。在2019年間，截止7月31日，據(jù)美國(guó)國(guó)家氣象局的不完全統(tǒng)計(jì)，在全美范圍內(nèi)沖浪區(qū)死亡人數(shù)大致為55人，其中由離岸流造成的死亡人數(shù)為37人，占到了60%以上。

我國(guó)海岸線長(zhǎng)度為1.8 萬(wàn)公里，居世界第十位，擁有眾多的濱海旅游資源。值得注意的是，一些熱門(mén)濱海旅游海灘也存在著離岸流現(xiàn)象和大量溺水記錄：三亞的大東海海灘每年至少營(yíng)救溺水人員上百人，有時(shí)一天營(yíng)救4～5 人，溺水事故的主要原因是離岸流；2017 年7 月8 日，廣東省陽(yáng)江市海陵島發(fā)生了嚴(yán)重溺水事故，事故造成4 人死亡和1 人失蹤，國(guó)家海洋局海洋減災(zāi)中心調(diào)查后確定為離岸流所致；2018 年8 月5 日，青島黃島區(qū)萬(wàn)達(dá)公館南側(cè)的沙灘上，來(lái)自北京的一對(duì)8 歲雙胞胎女孩溺亡，也被認(rèn)為與離岸流有關(guān)[3]。因而，離岸流也是影響我國(guó)濱海旅游經(jīng)濟(jì)的不利因素。相較于國(guó)外，國(guó)內(nèi)公眾和海灘管理部門(mén)對(duì)離岸流的概念比較模糊，常將這類事故與“暗流”等模糊海況相聯(lián)系，缺少對(duì)離岸流的本質(zhì)認(rèn)識(shí)，同時(shí)公眾對(duì)避險(xiǎn)知識(shí)也不甚了解。

2 典型離岸流的形成

典型離岸流的形成與“風(fēng)生水起”有一定的關(guān)系。風(fēng)使海面泛起波浪，風(fēng)浪的波動(dòng)沿著海面?zhèn)鞑?。?dāng)風(fēng)浪傳播到近岸淺水區(qū)時(shí)，波高加大，且由于海底摩擦阻力迅速增大，波浪將會(huì)翻卷破碎(圖2(a))，從而形成肉眼可見(jiàn)的破碎帶(圖2(b)中白色的浪花帶)。在這個(gè)過(guò)程中，波浪會(huì)帶著大量海水沖擊海岸，當(dāng)它們遇到海岸使得動(dòng)能消耗殆盡時(shí)，海水達(dá)到最高位置。在自身重力的作用下，只能穿過(guò)碎浪帶回流到海中。

圖2

若沙岸環(huán)境較為平緩，海水緩慢回落，此時(shí)便不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)勁的離岸流。但當(dāng)海水受外界條件影響聚集起來(lái)，回落的時(shí)候就可能形成較強(qiáng)的離岸流。如果沿著海岸有沙脊或沙洲，沙脊或沙洲與海岸間又構(gòu)成了狹長(zhǎng)的凹陷帶或海溝(圖2(b)中橢圓圈所示)，就必定會(huì)產(chǎn)生離岸流。在這種地帶，波浪因攜帶大量動(dòng)能可以使海水輕松越過(guò)沙脊或沙洲沖上海灘，但也因此消耗了太多的能量導(dǎo)致海水在回落過(guò)程中難以再越過(guò)沙脊或沙洲返回大海。凹陷帶中的海水會(huì)越聚越多，最終大量的海水便從沙脊或沙洲上的某幾處較低的缺口沖出，形成強(qiáng)勁的離岸流[4]?？梢钥闯?，離岸流的產(chǎn)生本質(zhì)上是重力作用下水的自發(fā)流動(dòng)。青島第一海水浴場(chǎng)、廈門(mén)椰風(fēng)寨海濱浴場(chǎng)以及悉尼和墨爾本等地的多處海濱浴場(chǎng)都有這種沙脊－海溝地貌，也就多有離岸流導(dǎo)致的溺水事件發(fā)生。

這種以沙脊－海溝地貌為特征的典型離岸流類型，又被稱為溝道離岸流，它主要由流根、流頸和流頭三部分組成(圖3)[5]。

(1)流根：離岸流的源頭，流根里的水來(lái)自于兩側(cè)的沿岸流，可以稱其為補(bǔ)給流，補(bǔ)給流中的水則來(lái)自于涌向海岸的波浪。向岸波浪、補(bǔ)給流和離岸流共同構(gòu)成了一個(gè)近岸水循環(huán)。

(2)流頸：流頸是離岸流寬度的最窄處，是離岸流的通道，寬從十多米至三十米不等，流動(dòng)方向基本與岸邊垂直，流速最大，是最危險(xiǎn)的區(qū)域。流頸中的水來(lái)自流根，這些水經(jīng)由流頸延伸到深海區(qū)和更遠(yuǎn)的地方，在那里，它最終減速并消散為一個(gè)膨脹的離岸流流頭。流頸部分的水面通?？雌饋?lái)比較安靜，沒(méi)有白浪，顏色為深藍(lán)色。但當(dāng)沙脊缺口的海底狀況較為粗糙或落差較大時(shí)，也可使得流頸處的海面泛起白沫(圖3(b))，并有泥沙集中漂向深海。

(3)流頭：由通過(guò)流頸的水匯聚而來(lái)，是離岸流向深海擴(kuò)散的區(qū)域，達(dá)到流頭的水可以通過(guò)波浪再一次被運(yùn)輸至岸邊，完成近岸的水循環(huán)。流頭呈扇形，可達(dá)100 多米，并有顯著的渦動(dòng)。且由于渦動(dòng)的影響，離岸流頭的邊緣常伴隨出現(xiàn)泡沫帶和海水渾濁現(xiàn)象。

3 離岸流的分類及各自的特征

典型離岸流的形成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是最容易被公眾理解的，但離岸流的類型和形成機(jī)制是復(fù)雜多樣的。根據(jù)驅(qū)動(dòng)離岸流流動(dòng)的不同機(jī)制，可以將離岸流定義為三種常見(jiàn)的類型：(1) 在沒(méi)有任何地形影響的情況下，完全受水動(dòng)力的影響造成的純水動(dòng)力離岸流；(2)沿岸地理形態(tài)的變化強(qiáng)烈影響著海浪區(qū)和內(nèi)陸架附近的水動(dòng)力過(guò)程，從而產(chǎn)生的水深離岸流(第二部分所述的典型離岸流屬于其中一種)；(3)主要受剛性邊界的影響，如天然岬角或人造結(jié)構(gòu)，而形成的邊界離岸流，也稱結(jié)構(gòu)離岸流。

在以上基礎(chǔ)上，由于波浪入射角、地形等多種因素的影響，按照Castelle 等[6]的理論和觀點(diǎn)，每種離岸流又可以細(xì)分為兩種有所區(qū)別的離岸流，因此一共可劃分為六種離岸流類型：純水動(dòng)力影響的閃流和剪切不穩(wěn)定離岸流，它們?cè)跁r(shí)間和空間上都是可變的，發(fā)生在沿岸均勻的海灘上；受水深差異影響的溝道離岸流(即第二部分所述的典型離岸流)和聚焦離岸流，發(fā)生在相對(duì)固定的位置上，是由沿海岸地形的變化帶動(dòng)的水動(dòng)力過(guò)程驅(qū)動(dòng)的；受剛性邊界影響產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)離岸流和暗流，發(fā)生在自然岬角或人造結(jié)構(gòu)附近。下面我們遵循Castelle 等[6]的理論和觀點(diǎn)將分別簡(jiǎn)要介紹這六種離岸流類型。

3.1 水動(dòng)力控制的離岸流

此類離岸流完全受水動(dòng)力的影響，只產(chǎn)生于沿岸均勻的海灘或海灘上平坦的部分。它們?cè)诳臻g和時(shí)間上的發(fā)生是短暫的，因此不可預(yù)測(cè)(圖4)。

圖4 水動(dòng)力控制的離岸流

3.1.1 閃流

在沿岸均勻的開(kāi)闊海灘上，由于波浪的自然擴(kuò)散，尺度在十米左右的渦旋會(huì)隨著破碎波浪的向岸運(yùn)動(dòng)而發(fā)生演化。這些渦旋一部分因摩擦消散，另一部分演化為更大尺度(可達(dá)百米)的渦旋，并經(jīng)破碎帶沖回外海。閃流，與這些短暫存在的大尺度渦旋相關(guān)聯(lián)，是發(fā)生在近海的突發(fā)性的射流運(yùn)動(dòng)(圖4(a)和圖4(b))，其發(fā)生是不可預(yù)測(cè)的，因而稱作閃流。目前仍缺乏與閃流相關(guān)的波浪及其形態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。閃流具有以下顯著特征：(1) 壽命相對(duì)較短(2～5 min)；(2) 傾向于向下遷移；(3) 多發(fā)生在沿岸均勻的階梯海灘。

3.1.2 剪切不穩(wěn)定離岸流

在沿岸均勻開(kāi)闊的海灘上，斜入射波驅(qū)動(dòng)著沿岸沖浪區(qū)的洋流形成沿岸流。沿岸流可能在跨岸方向發(fā)生剪切作用，因而是不穩(wěn)定的，其剪切不穩(wěn)定性表現(xiàn)為沿岸形成不穩(wěn)定的前進(jìn)渦旋，其時(shí)間尺度為百秒，長(zhǎng)度尺度為百米，渦旋經(jīng)常會(huì)在近海岸邊脫落分離。這種剪切不穩(wěn)定性與局部近海洋流的向下漂移有關(guān)，因此稱為剪切不穩(wěn)定離岸流(圖4(c)和圖4(d)。

在大多數(shù)天然海浪區(qū)中，剪切不穩(wěn)定渦旋的機(jī)制與水動(dòng)力作用相比微不足道。因此剪切不穩(wěn)定離岸流并不常見(jiàn)，只有在高度傾斜入射的海浪和沿岸均勻的海灘附近才可能發(fā)生剪切不穩(wěn)定離岸流。

3.2 受水深影響的離岸流

在波浪和潮汐情況穩(wěn)定的條件下，受水深影響的離岸流在時(shí)間和空間上相對(duì)穩(wěn)定。沿岸地形的不同會(huì)導(dǎo)致不同的水動(dòng)力機(jī)制，由此產(chǎn)生兩種受水深影響的離岸流(圖5)。

圖5

3.2.1 溝道離岸流

溝道離岸流易于測(cè)量，在全球存在性廣，容易預(yù)測(cè)，是記錄最豐富、被人們理解最透徹的離岸流類型。本文第二部分便是以這種最典型的離岸流為例，對(duì)離岸流的形成機(jī)制進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹的。溝道離岸流中斷了海邊的淺灘，占據(jù)著沖浪區(qū)沙洲之間的深水通道，因此異常明顯。

溝道離岸流在時(shí)間上相對(duì)穩(wěn)定，它們可以在相對(duì)固定的位置持續(xù)數(shù)天、數(shù)周甚至數(shù)月，相對(duì)容易識(shí)別(圖5(a)和圖5(b))。

3.2.2 聚焦離岸流

聚焦離岸流也發(fā)生在固定位置，與溝道離岸流不同，這種變化是由于外部波浪區(qū)或內(nèi)部沙洲不同位置的水深有差別，因此從外部來(lái)看特征并不明顯，可能發(fā)生在沿海岸均勻的沖浪區(qū)海灘上。入射波在具有水深差別的海灘處向岸流動(dòng)時(shí)，有可能會(huì)產(chǎn)生方向相反的沿岸水流。此時(shí)，若沿岸流動(dòng)相反的兩股水流匯聚在一起并離岸運(yùn)動(dòng)，即形成聚焦離岸流(圖5(c)和圖5(d))。

3.3 邊界控制的離岸流

離岸流也容易發(fā)生在人造結(jié)構(gòu)(堤壩、防波堤和碼頭等)以及天然的地質(zhì)特征(岬角和露頭巖石等)的附近，稱其為邊界離岸流。這些人造結(jié)構(gòu)以及地質(zhì)特征(剛性邊界)可以有效地對(duì)其附近的離岸流的產(chǎn)生施加橫向的阻力控制。邊界離岸流是對(duì)結(jié)構(gòu)的離岸流，因此有時(shí)也稱其為結(jié)構(gòu)離岸流或永久離岸流，它們?cè)谖恢蒙媳３植蛔?，即使在小波浪的條件下也有可能發(fā)生。在某些情況下，它們的發(fā)生與剛性結(jié)構(gòu)相鄰的深水域有關(guān)，此時(shí)，這些水便顯示為較暗的水域(圖6)。

3.3.1 暗流

在受斜入射波影響的均勻海灘上，剛性障礙物對(duì)波浪的阻礙作用會(huì)引起沿岸波浪高度和波浪能量耗散的變化。在障礙物遮蔽側(cè)的波浪能量較小，而在遠(yuǎn)離障礙物的地方波浪的能量較大，產(chǎn)生的壓力梯度使得沿海岸的水流“向后”流向障礙物，之后在障礙物的旁邊形成離岸流(圖6(a)和圖6(b))，因此暗流常發(fā)生于剛性邊界的下波側(cè)(遮蔽側(cè))。同時(shí)，斜入射波的暗流活動(dòng)還受到波高、周期和入射波與海岸的夾角的影響。

3.3.2 偏轉(zhuǎn)離岸流

在直的海灘上，以某一角度接近并沖擊海岸線的波浪能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的沿岸流。當(dāng)它們到達(dá)障礙物附近沿岸時(shí)，由于障礙物的阻礙作用，沿岸流受物理邊界影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而沿著障礙物向外海流動(dòng)。因此，偏轉(zhuǎn)離岸流(圖6(c)和圖6(d))發(fā)生在剛性邊界(障礙物)的上波側(cè)(外露側(cè))。實(shí)際上，如果在均勻平直的海岸上出現(xiàn)天然岬角(或類似人造結(jié)構(gòu))，在斜入射波的作用下，岬角兩側(cè)都可能會(huì)出現(xiàn)離岸流，只是離岸流的類型不同：其上波側(cè)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)離岸流，下波側(cè)產(chǎn)生暗流。

圖6

4 如何保證自身安全

離岸流具有高度動(dòng)態(tài)性和強(qiáng)烈的不穩(wěn)定性，目前來(lái)看，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)所有類型離岸流的發(fā)生時(shí)間和產(chǎn)生位置仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，普通大眾對(duì)離岸流的辨識(shí)方法、易發(fā)區(qū)域及逃生策略，也沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí)。大多數(shù)游客被卷入離岸流后容易產(chǎn)生慌張無(wú)助的情緒，使用錯(cuò)誤的逃生策略，往往會(huì)給自身帶來(lái)危險(xiǎn)。因此，深入了解如何避開(kāi)離岸流易發(fā)區(qū)域，準(zhǔn)確識(shí)別離岸流，清晰認(rèn)識(shí)離岸流的流動(dòng)規(guī)律，以及身處離岸流中又有哪些應(yīng)對(duì)策略等等，有益于人們?cè)鰪?qiáng)安全意識(shí)，保障自身安全。在海濱旅游度假，遠(yuǎn)離離岸流危險(xiǎn)，要從以下三個(gè)方面著手。

4.1 遵守海灘規(guī)則

離岸流的類型眾多，發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)無(wú)法確定，因此對(duì)于對(duì)離岸流欠缺了解的普通游客，更應(yīng)該遵守海灘安全規(guī)則。

(1)盡量選擇管理正規(guī)的沙灘旅游區(qū)，提前與救生員了解海況，注意海邊的警示牌。在劃定的游泳區(qū)域游泳，并始終處于救生員的視線范圍內(nèi)。盡量不要去人煙稀少的野海灘和野海灣區(qū)域游玩，不要獨(dú)自下海。

(2)觀察海邊情況，避開(kāi)有缺口的沙丘以及有狹窄渾濁的條狀水流的水區(qū)。

(3)在旅游之前查閱一下當(dāng)?shù)氐暮＠祟A(yù)報(bào)和潮時(shí)，因?yàn)榈统?、大浪時(shí)更容易產(chǎn)生離岸流。風(fēng)浪大的時(shí)候一定避免下海游玩。

4.2 準(zhǔn)確辨識(shí)離岸流避開(kāi)易發(fā)區(qū)域

在遵守海灘游玩規(guī)則的前提下，還應(yīng)學(xué)會(huì)辨識(shí)常見(jiàn)的離岸流的方法，避開(kāi)離岸流易發(fā)區(qū)域。對(duì)于離岸流來(lái)說(shuō)，斷裂的海浪是其重要的標(biāo)志，其位置并不固定，一般發(fā)生于距海岸30～40 m 處，其出現(xiàn)地點(diǎn)的海底比兩邊低。離岸流具有一些肉眼可見(jiàn)的特征，了解這些特征，有助于人們發(fā)現(xiàn)離岸流，遠(yuǎn)離危險(xiǎn)。

(1)在較高處俯瞰海灘相對(duì)更容易發(fā)現(xiàn)離岸流(圖7(a))。

(2)溝道離岸流最容易識(shí)別，通常表現(xiàn)為處于破碎波浪和急流之間較暗的、狹窄的離岸流動(dòng)的水流間隙。它們可能會(huì)以較暗的路徑出現(xiàn)在海浪中，因此要在破碎的波浪線中尋找間隙(圖7(b))。

(3)離岸流會(huì)攜帶大量泥沙向海流動(dòng)，因此水色較深(圖7(c))甚至偏黃。

同時(shí)，離岸流具有突發(fā)性，了解一些離岸流的易發(fā)區(qū)域，有助于人們深入辨識(shí)離岸流，遠(yuǎn)離離岸流危險(xiǎn)。離岸流的易發(fā)區(qū)域主要有以下幾種(圖 8)[7]：

(1) 白浪中斷的水域(波浪線出現(xiàn)不連續(xù)的地方) (圖8(a))，或有白色泡沫、泥沙集中漂向海中的相對(duì)平靜水域。

圖7

圖8

(2) 兩新月形沙洲中間的區(qū)域(圖8(b))。

(3) 垂直于海灘，流過(guò)沙洲之間的深水通道(圖 8(c))。

(4) 存在剛性障礙物的海灘，如礁石區(qū)域以及人造防波堤(圖8(d))。

(5) 袋狀海灣中，發(fā)生在海灣的中心或一端或兩端(圖8(e))。

4.3 選擇正確逃生策略

若不可避免地被卷入離岸流中：

(1)保持冷靜。離岸流只會(huì)將人帶離海岸，一般不會(huì)把人向下拖拽。吸足氣，人體會(huì)自然漂浮。不要嘗試逆流游回岸邊。

(2)尋求救援。隨離岸流漂流，保存體力，及時(shí)呼救。即用最省力的方式踩水或漂浮在水面上，用大聲呼喊或揮手的方式尋求救援。

圖9 身陷離岸流時(shí)的逃生路線示意圖

(3)若周圍無(wú)人，要明確自我逃生策略(圖9)：首先，可嘗試向與海岸保持平行的方向游動(dòng)，看能否擺脫強(qiáng)勁的離岸流。如果成功擺脫，就繼續(xù)與海岸保持平行游動(dòng)一段距離，然后再朝著破碎波浪的方向游回岸邊；如不能，就在離岸流的作用下繼續(xù)向外海漂流，沉著地等待時(shí)機(jī)。等流速有明顯減緩后，繼續(xù)與海岸保持平行游動(dòng)(注意此時(shí)仍然不要嘗試直接游回岸邊)，然后朝著破碎波浪的方向游動(dòng)，隨后游回岸邊。

(4)另外，作為普通游客，如果你在岸邊發(fā)現(xiàn)有離岸流溺水者，請(qǐng)立即向救生員求助或撥打救援電話?？蓪ふ移∥锵蚰缢咄稊S。請(qǐng)勿擅自下海救援。

5 結(jié)語(yǔ)

離岸流是濱海旅游溺亡事故的隱形殺手。近年來(lái)，離岸流也愈發(fā)引起我國(guó)相關(guān)部門(mén)的重視。為應(yīng)對(duì)頻發(fā)的致命性海灘溺水事故，自然資源部海洋減災(zāi)中心正在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展我國(guó)首次濱海旅游區(qū)離岸流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)排查，發(fā)現(xiàn)大量濱海休閑海灘存在淺灘沙壩和裂流現(xiàn)象，排查中對(duì)一些高風(fēng)險(xiǎn)海灘進(jìn)行了判定，并樹(shù)立了離岸流警示標(biāo)識(shí)(圖10)。盡管如此，公眾對(duì)于濱海旅游安全問(wèn)題仍缺乏應(yīng)有的關(guān)注，離岸流相關(guān)知識(shí)更是十分匱乏：有沖浪者將離岸流作為進(jìn)入深海的快速通道，甚至有游客在海邊游玩時(shí)偏向選擇到?jīng)]有波浪破碎帶的“平靜海面”戲水！本文綜合國(guó)內(nèi)外的一些相關(guān)研究對(duì)離岸流的形成機(jī)制以及分類進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，總結(jié)了辨識(shí)離岸流的方法和離岸流的多發(fā)區(qū)域，并在如何正確應(yīng)對(duì)離岸流方面給出了一些建議。

圖10 海南等地的離岸流警示標(biāo)識(shí)

致謝本文引用了部分來(lái)自網(wǎng)絡(luò)以及其他文獻(xiàn)的相關(guān)圖片，只作為科普文使用，在此表示感謝。