近30 a來東江三角洲潮汐變化規(guī)律淺析

張勝強(qiáng)

(廣東省水文局惠州水文分局，廣東 惠州 516000)

1 概述

東江三角洲以東莞市石龍鎮(zhèn)為頂點(diǎn)，南北介于東江南北兩水道之間的廣袤地帶，因地理位置近海，極易受咸潮影響，潮汐形態(tài)屬不規(guī)則半日潮，月內(nèi)有朔望日大潮和上下弦小潮，同時存在月潮不等、日潮不等的現(xiàn)象[1-3]。東江三角洲東莞境內(nèi)現(xiàn)有樊屋、石龍(二)、大盛和泗盛圍4個基本潮位站，分布在東江干流和南北兩水道上，東江經(jīng)樊屋站后一分為二，分南支流和北干流，南支流經(jīng)泗盛圍站后在虎門出海，北干流經(jīng)石龍(二)、大盛站后匯入獅子洋，博羅(二)站位于東江三角洲上游，是東江干流下游重要的控制站，長期以來在流域水情監(jiān)測預(yù)警方面發(fā)揮著不可替代的作用，博羅(二)站的極值流量更為下游東江三角洲地區(qū)開展防汛抗旱工作提供著堅(jiān)實(shí)可靠的水文數(shù)據(jù)支撐。樊屋、石龍(二)、大盛、泗盛圍和博羅(二)站的位置分布示意如圖1所示。

圖1 各站位置分布示意

本文有關(guān)數(shù)據(jù)來源于水文年鑒或年度水文資料整編成果，涉及潮位的高程均以珠江基面表示，通過實(shí)測潮位數(shù)據(jù)和博羅(二)站極值流量資料整理分析近 30 a 來樊屋、石龍(二)、大盛和泗盛圍4站潮汐變化，研究時段為1991—2020年，時間軸以逢5逢0之年每5 a進(jìn)行劃分，共劃分出6個年份區(qū)間進(jìn)行研究。

2 潮汐變化規(guī)律分析

2.1 潮位總體變化

2.1.1時間變化

按照1991—1995年、1996—2000年、2001—2005年、2006—2010年、2011—2015年、2016—2020年6個區(qū)間計算樊屋、石龍(二)、大盛和泗盛圍4站自1991年來每5 a高高潮、高低潮的變化情況，分析發(fā)現(xiàn)4站最高潮位出現(xiàn)在汛期的比例占100%，最低潮位出現(xiàn)在非汛期的比例占92%[4]，樊屋和石龍(二)站最高潮位出現(xiàn)在前汛期的比例占42%，出現(xiàn)在后汛期的比例占58%，而大盛和泗盛圍站最高潮位出現(xiàn)在前汛期的比例僅占17%，出現(xiàn)在后汛期的比例占83%。

以潮高為縱軸，月份為橫軸繪制樊屋、石龍(二)、大盛和泗盛圍4站多年月平均高潮位變化情況，分析發(fā)現(xiàn)近30 a來樊屋和石龍(二)站最高月平均高潮位一般出現(xiàn)在6月，大盛和泗盛圍站最高月平均高潮位一般出現(xiàn)在10月，各站多年月平均高潮位變化見圖2～圖5。

圖2 樊屋站多年月平均高潮位變化示意

圖3 石龍(二)站多年月平均高潮位變化示意

圖4 大盛站多年月平均高潮位變化示意

圖5 泗盛圍站多年月平均高潮位變化示意

2.1.2與上游徑流來水極值流量對應(yīng)變化

逐年分析2010—2020年博羅(二)站出現(xiàn)最大洪峰流量和最小流量的日期與樊屋、石龍(二)兩站出現(xiàn)高高潮和高低潮日期的對應(yīng)情況，發(fā)現(xiàn)樊屋和石龍(二)站年最高水位較博羅(二)站年最大流量同日或臨近2 d內(nèi)出現(xiàn)的比例分別為82%和55%；樊屋和石龍(二)兩站高低潮變化較博羅(二)站最小流量無明顯規(guī)律可循。

石龍(二)與泗盛圍或大盛站同1 d或臨近2 d出現(xiàn)高高潮、高低潮的比例要明顯高于同博羅(二)站同時出現(xiàn)最大、最小流量的比例，尤其在低潮情況下石龍(二)站高低潮與泗盛圍或大盛站的對應(yīng)規(guī)律更明顯。相較之下可以發(fā)現(xiàn)樊屋站受徑流來水影響較石龍(二)站更加明顯，石龍(二)站受潮汐影響強(qiáng)度略強(qiáng)于樊屋站，大盛和泗盛圍站潮位總體特征與天文大潮頂托和臺風(fēng)風(fēng)暴增水影響關(guān)系密切，與上游徑流來水影響關(guān)系較弱。樊屋和石龍(二)站年最高水位與博羅(二)站年最大流量的對應(yīng)變化如圖6所示。

圖6 各站年最高水位和年最大流量變化示意

2.2 潮汐特征值變化

2.2.1高高潮、高低潮和平均高低潮

按照1991—1995年、1996—2000年、2001—2005年、2006—2010年、2011—2015年和2016—2020年6個年份區(qū)間計算出樊屋、石龍(二)、大盛和泗盛圍站自1991年以來每5 a高高潮及平均高潮[5-7](見表1)，再以年份為橫軸，潮高為縱軸繪制出近30 a來各站高高潮及平均高潮的變化情況(如圖7～圖8所示)。

表1 近30 a來各站高高潮及平均高潮 m

圖7 近30 a來各站高高潮變化示意

圖8 近30 a來各站平均高潮位變化

分析可見，各站高高潮總體變化規(guī)律為樊屋>石龍(二)>大盛>泗盛圍，泗盛圍站在個別年份的高高潮略高于大盛站，主要受臺風(fēng)帶來的風(fēng)暴增水疊加導(dǎo)致，如1991—1995年泗盛圍站受1991年9107號臺風(fēng)和1993年9316號臺風(fēng)登粵的影響，使高高潮較大盛站高出0.11 m，平均高潮位的變化規(guī)律為1991—2000年樊屋>石龍(二)>大盛>泗盛圍，2001—2005年大盛>泗盛圍>石龍(二)>樊屋，2006—2010年大盛>石龍(二)>泗盛圍>樊屋，2011—2020年大盛>泗盛圍>石龍(二)>樊屋，自2005年起樊屋和石龍(二)兩站平均高潮位有明顯變化，干流樊屋站平均高潮位開始略低于北干流石龍(二)站。

由圖8可看出：1991—2005年樊屋、石龍(二)兩站平均高潮位總體呈明顯下降趨勢，2006—2010年有所上升，2011—2015年略有下降，2016—2020年有所上升，兩站平均高潮位之差在1991—2000年每5 a逐漸減小，其間后1個5 a的平均高潮位之差較前1個5 a減小了0.01 m，2005年之后每5 a逐漸增大，期間后1個5 a較前1個5 a依次增大了0.04 m、0.03 m和0.01 m，2005年后石龍(二)平均高潮位略高于樊屋站，自1991—2020年石龍(二)較樊屋站平均高潮位累計增大了0.15 m。大盛和泗盛圍站近30 a來平均高潮位整體呈上升趨勢，2站平均高潮位之差在2006—2010年明顯增大，1991—2020年30 a間近15 a的平均高潮位之差較前15 a明顯增大。

按照同樣6個年份區(qū)間計算出樊屋、石龍(二)、大盛和泗盛圍站自1991年以來每五年高低潮及平均低潮[8](見表2)，再以年份為橫軸，潮高為縱軸繪制近30 a來各站高低潮及平均低潮的變化情況(如圖9～圖10所示)。

圖9 近30 a來各站高低潮變化示意

圖10 近30 a來各站平均低潮位變化

表2 近30 a來各站高低潮及平均低潮 m

分析可見4站高低潮及平均低潮的變化規(guī)律均為樊屋>石龍(二)>大盛>泗盛圍，近30 a來各站高低潮均值自樊屋到石龍(二)到大盛到泗盛圍分別降低了0.17 m、0.68 m和0.15 m，各站平均低潮位均值自樊屋到石龍(二)到大盛到泗盛圍分別降低了0.08 m、0.61 m和0.06 m，與各站所處的地理位置高程變化存在良好的對應(yīng)關(guān)系。2011—2015年大盛站高低潮有明顯下降，主要原因是大盛站所處的東江北干流河段因人工開挖使原主航道偏移導(dǎo)致，在此期間大盛與泗盛圍2站高低潮之差較1991—2020年前20 a的平均水平減小了0.09 m。

樊屋和石龍(二)2站高低潮之差在1991—2000年有所增大，2001—2005年有所減小，2006—2020年每5年逐漸增大，期間后1個5 a較前1個5 a 2站高低潮之差依次增大了0.07 m、0.05 m和0.03 m，2站平均低潮位之差自1991年至2020年每5 a逐漸增大，期間后1個5 a較前1個5 a依次增大了0.07 m、0.03 m、0.02 m、0.07 m和0.04 m，近30 a平均增大了0.05 m。

大盛和泗盛圍兩站平均低潮位變化趨勢與樊屋和石龍(二)兩站相比明顯較穩(wěn)定，2站平均低潮位之差總體上在0.03～0.08 m范圍浮動。4站年高高潮和高低潮之差在入海口附近較小，越往上游越大[9-10]，總體規(guī)律為樊屋>石龍(二)>泗盛圍>大盛。

2.2.2漲落潮潮差和歷時

按照同樣6個年份區(qū)間計算樊屋、石龍(二)、大盛和泗盛圍自1991年以來每5 a漲落潮潮差和歷時[11-12](見表3～表5)，并繪制近30 a來4站漲落潮潮差和歷時變化(如圖11～圖13所示)。

表3 近30 a來各站漲潮最大和平均潮差 m

圖11 近30 a來各站漲潮最大和平均潮差示意

由表3和圖11分析可見：漲潮最大和平均潮差總體變化規(guī)律為樊屋<石龍(二)<大盛<泗盛圍，樊屋與石龍(二)2站漲潮最大潮差之差在研究時段前10 a每5 a逐漸減小，累計減小了0.23 m，后20 a每5 a依次增大，累計增大了0.87 m，近30 a來兩站漲潮平均潮差之差每5 a逐漸增大，樊屋站近30 a來漲潮平均潮差有減小趨勢，石龍(二)站1991—2010年漲潮平均潮差略減小，2011—2020年有一定增大，大盛和泗盛圍站漲潮平均潮差總體呈增大趨勢，樊屋和石龍(二)兩站漲潮平均潮差之差每5 a逐漸增大，大盛和泗盛圍2站漲潮平均潮差之差相近，維持在0.02 m左右，總體規(guī)律為泗盛圍漲潮平均潮差大于大盛漲潮平均潮差。

分析發(fā)現(xiàn)近30 a來漲潮最大和平均潮差在入?？诟浇畲螅酵嫌沃饾u減小，在某一年份區(qū)間內(nèi)泗盛圍和大盛站出現(xiàn)漲潮潮差最大的年份往往對應(yīng)該年份區(qū)間出現(xiàn)最高或最低潮位的年份。

由表4和圖12分析可見：落潮最大和平均潮差總體變化規(guī)律為樊屋<石龍(二)<大盛<泗盛圍，樊屋站近30 a來落潮平均潮差有減小趨勢，石龍(二)站1991—2010年落潮平均潮差略有減小，2011—2020年略有增大，近30 a來樊屋和石龍(二)兩站落潮平均潮差之差每5 a逐年增大，期間累計增大了0.39 m。大盛和泗盛圍站落潮平均潮差總體呈增大趨勢，兩站落潮平均潮差之差相近，維持在0.02 m左右，總體規(guī)律為泗盛圍落潮平均潮差大于大盛落潮平均潮差。

圖12 近30年來各站落潮最大及平均潮差示意

表4 近30 a來各站落潮最大和平均潮差 m

近30 a來樊屋、石龍(二)、大盛和泗盛圍各站漲潮和落潮平均潮差之差的均值都約為0 m，可以看出各站漲落潮平均潮差幾乎相當(dāng)，變化趨勢較穩(wěn)定，落潮最大和平均潮差同樣在入?？诟浇畲?，越往上游越小，結(jié)合各站潮水位月報表分析可見4站月最大、最小潮差多為落潮潮差最大、最小值。

由表5和圖13分析可見：漲潮歷時為石龍(二)<樊屋<大盛<泗盛圍，落潮歷時為石龍(二)>樊屋>大盛>泗盛圍，4站落潮歷時均明顯大于漲潮歷時。根據(jù)多年實(shí)測資料，在不考慮轉(zhuǎn)潮和失潮的情況下，漲潮歷時自泗盛圍站到大盛站用時一般約為0.5 h，自大盛站到石龍(二)和樊屋站用時一般約為2～2.5 h。

圖13 近30 a來各站漲落潮歷時示意

表5 近30 a來各站漲落潮平均歷時 m

1991—2010年泗盛圍和大盛站漲潮平均歷時差較為穩(wěn)定，期間每5 a的漲潮平均歷時差均為0.19 h，2011—2015年的歷時差為0.12 h，2016—2020年的歷時差為0.06 h，落潮平均歷時差同樣在1991—2010年較為穩(wěn)定，約為0.18 h，2011—2015年的歷時差為0.11 h，2016—2020年的歷時差為0.06 h，說明近 10 a來大盛和泗盛圍站的漲落潮平均歷時差在逐漸縮小。樊屋和石龍(二)站漲潮平均歷時差則正好相反，漲潮平均歷時差自1991—2020年每五年逐漸增大，落潮平均歷時差除2006—2010年略有縮小外，其他年份區(qū)間逐年增大。漲潮平均歷時總體表現(xiàn)為泗盛圍和大盛站>樊屋和石龍(二)站，落潮平均歷時總體表現(xiàn)為樊屋和石龍(二)站>泗盛圍和大盛站。

3 潮汐變化規(guī)律成因簡析

以上分析可見近30 a來樊屋和石龍(二)站的高低潮明顯高于大盛和泗盛圍站，各站高低潮變化規(guī)律主要是地理位置決定的，樊屋和石龍(二)站位于東江三角洲上游頂點(diǎn)，大盛和泗盛圍處在東江北干流和南支流的下游入?？?，從上游至下游隨著地勢逐漸降低，潮位亦逐漸降低。大盛和泗盛圍站平均高潮位逐年抬高，主要由于入?？诤拥罃嗝孑^上游開闊，在流量一定的情況下此處水流流速較慢，利于泥沙淤積，同時受潮水頂托的原因使流速進(jìn)一步降低，東江攜帶的泥沙在入海口逐年淤積使河床明顯抬升，潮位隨之緩慢抬高。樊屋和石龍(二)站在20世紀(jì)90年代末到本世紀(jì)初平均高潮位明顯下降，主要受河道非法采砂導(dǎo)致河床下切迅速，潮位隨之下降。

石龍(二)站漲潮歷時較干流樊屋站明顯短暫，主要由于石龍(二)站所處的東江北干流河道順直，漲潮消耗的能量較少[13]，漲潮歷時因此縮短，2019年水利部門在石龍(二)站所處的東江北干流進(jìn)行河堤升級改造時拓寬了東江北干流河道，使東江北干流與南支流的分流比發(fā)生了一些變化，未來一段時期內(nèi)石龍(二)站漲落潮潮高、潮差和歷時的變化趨勢還有待繼續(xù)監(jiān)測分析。

4 結(jié)語

文章對東江三角洲區(qū)域內(nèi)4個典型潮位站近30 a來的潮汐特性進(jìn)行了歸納總結(jié)和計算分析，并與東江三角洲上游博羅(二)站近10 a極值流量的對應(yīng)變化進(jìn)行了簡要分析，總結(jié)了各站潮汐特征值近30 a來的變化規(guī)律和影響因素，對以后繼續(xù)研究東江三角洲潮汐變化規(guī)律和相關(guān)區(qū)域開展風(fēng)暴潮預(yù)警預(yù)報等自然災(zāi)害防御工作具有一定參考意義，同時也在前人對東江三角洲潮汐變化的研究基礎(chǔ)上做了延續(xù)和補(bǔ)充。