福建三沙灣白馬港海域潮流動(dòng)力特征分析

游遠(yuǎn)新

(福建省水產(chǎn)研究所，福建 廈門 361013)

潮流是海灣最為重要的動(dòng)力之一，對海洋工程建設(shè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、海上交通、污染物擴(kuò)散和泥沙輸運(yùn)等都有重要影響。因此，對海灣潮流的研究具有重要意義。白馬港位于三沙灣北部，是閩東的中心港口，港內(nèi)不凍不淤，是天然的避風(fēng)良港，其上游徑流主要是賽江。賽江是內(nèi)陸交溪流經(jīng)溪柄納入西洋溪，到賽岐首村納入穆陽溪后而得名，經(jīng)白馬門后注入三沙灣；其流域面積5 549 km2，河流長868 km，年均徑流量69.69 億 m3。近年來，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，白馬港的中下游主要開發(fā)建設(shè)有湖塘墾區(qū)和大型碼頭泊位等，開發(fā)強(qiáng)度較大，所以，有必要對其生態(tài)環(huán)境開展基礎(chǔ)調(diào)查研究。

目前，已有文獻(xiàn)報(bào)道三沙灣潮流方面的相關(guān)研究。林建偉等[1-2]利用數(shù)值模擬的方法，研究了三沙灣海域的潮流場和余流場；2006年，福建省海灣數(shù)模與環(huán)境研究以2004年三沙灣圍填海為基準(zhǔn)對各圍填工況進(jìn)行水動(dòng)力數(shù)值模擬研究[3]；Lin H等[4]等運(yùn)用二維有限元模式研究了三沙灣的水動(dòng)力和水體半交換周期；林建偉等[5]根據(jù)三沙灣鹽田港實(shí)測潮流數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)和分析，對鹽田港海域的潮流特征進(jìn)行初步分析。前人多采用數(shù)值模擬的方法對三沙灣整個(gè)海域的潮流場進(jìn)行研究，但尚無利用海流觀測資料對白馬港的潮流動(dòng)力特征進(jìn)行的調(diào)查研究。本文在收集大潮期實(shí)測資料的基礎(chǔ)上，對白馬港的潮流動(dòng)力特征進(jìn)行初步分析。通過本文的研究，將有助于了解該海區(qū)的大潮潮流特征，并為潮流數(shù)值模擬提供校驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)，也可為今后深入研究白馬港的海洋環(huán)境變化提供參考。

1 材料與方法

潮流性質(zhì)判定根據(jù)《港口與航道水文規(guī)范》，通常用F=(WO1+WK1)/WM2來判別：F≤0.5為規(guī)則半日潮流；0.54.0為規(guī)則全日潮。

潮流的運(yùn)動(dòng)形式一般以橢圓率K的絕對值大小來判斷，當(dāng)|K|=1時(shí)，潮流成圓形，為理想旋轉(zhuǎn)流；當(dāng)|K|=0時(shí)，潮流橢圓為一直線，為典型往復(fù)流。|K|值通常介于0～1之間，兩種形式都有，|K|值越大，旋轉(zhuǎn)流的形式越顯著，|K|值越小，往復(fù)流的形式越明顯。實(shí)際中理想的旋轉(zhuǎn)流和往復(fù)流很少，往往是兩種形式并存，規(guī)定|K|在0～0.2時(shí)為往復(fù)流，|K|大于0.2為旋轉(zhuǎn)流。潮流的旋轉(zhuǎn)方向，通常是以橢圓率K的正負(fù)號(hào)來判斷。K為“+”號(hào)，表示潮流逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(左旋)，K為“-”號(hào)，說明潮流是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(右旋)。

2 結(jié)果與分析

2.1 潮汐特征

運(yùn)用前述分析方法對T1和T2臨時(shí)潮位站的觀測資料進(jìn)行調(diào)和分析，分別得到兩個(gè)潮位站的調(diào)和常數(shù)(表1)和潮汐性質(zhì)特性數(shù)據(jù)(表2)。

表1 T1和T2潮位站的潮汐調(diào)和常數(shù)

表2 T1和T2潮位站潮汐性質(zhì)特性統(tǒng)計(jì)表

由表1可見，兩個(gè)臨時(shí)潮位站均以半日分潮起主導(dǎo)作用，且M2和S2分潮的振幅值分別相差不大。圖2是T1和T2潮位過程曲線；由圖2可見，觀測期間，T1和T2潮位過程基本一致，一天包含兩漲和兩落；T1和T2平均潮差約為6.2 m。

由表2可見，T1和T2兩個(gè)臨時(shí)潮位站的潮型判別數(shù)值分別為0.184和0.213，均小于0.5，說明白馬港海域的潮汐類型屬于正規(guī)半日潮。

2.2 潮流特征

由圖1可見，B1、B2、B3、B4、B5和B6站位分別位于三沙灣北部海域白馬港的口門至灣中部位置。圖3是6個(gè)潮流觀測站流速、流向過程曲線。由圖3可見，在半潮期間，處于白馬港口門之外的B1站，表、中、底層流速依次減小，表層流速最大，為1.33 m/s，流向?yàn)?62°，底層流速最小，為0.70 m/s，流向?yàn)?28°；與B1站相似，B2站表、中、底層流速依次減小，表層流速最大，為1.11 m/s，流向?yàn)?53°，底層流速最小，為0.40 m/s，流向?yàn)?34°；B3站也是表層流速最大，為0.98 m/s，流向?yàn)?14°，底層流速最小，為0.58 m/s，流向?yàn)?32°；B4站表層流速最大為1.1 m/s，中層最大流速為1.1 m/s，底層最大流速為1.07 m/s，垂向各層流速相差小；B5站表層流速1.03 m/s，中層流速為0.89 m/s，底層流速為0.83 m/s，垂向各層流速相差小。B6站表、中、底層流速依次減小，表層流速最大，為1.18 m/s，流向?yàn)?66°，底層流速為0.23 m/s，流向?yàn)?52°?？梢姡鼴4和B5站外，其余各站的潮流結(jié)構(gòu)特征均表現(xiàn)為表層最大，中層次之，底層最??；B4和B5站的各層相差不大，說明B4和B5站的垂向混合較充分。

本文根據(jù)各個(gè)觀測站的實(shí)測流速、流向資料繪制了定點(diǎn)觀測站垂直平均流矢圖(圖4)和表、中、底層流矢疊加圖(圖5)。從圖4可清晰看出，白馬港海域6個(gè)觀測站漲落潮流的運(yùn)動(dòng)方向基本在一條線上，表現(xiàn)出往復(fù)流特征，漲潮方向基本朝NW～N，落潮方向主要朝SE～S。從圖5表、中、底層流矢疊加圖可見，各觀測站表、中、底層流矢走向基本一致，潮流層化結(jié)構(gòu)不明顯。

表3為觀測期間白馬港海域大潮潮流特征值。由表3可見，從觀測期間漲、落潮流速來看，除B3站漲潮流速略大于落潮流速外，其余觀測站的落潮流速均大于漲潮流速，這是由于B3不處于上游徑流的下泄通道，主要受漲潮流的影響；從觀測期間最大流速來看，實(shí)測最大流速為0.89～1.21 m/s，B5站可能受徑流影響而最大流速較大，最大流速方向?yàn)榘遵R港的落潮方向，而B3站的最大流速較小，其最大流速方向?yàn)闈q潮方向；從觀測期間漲、落潮歷時(shí)來看，白馬港海域表現(xiàn)出大潮期間的落潮歷時(shí)大于漲潮歷時(shí)的特點(diǎn)，一般來說，由于受地形等因素的影響，即使是正規(guī)半日潮流，漲、落潮流歷時(shí)也會(huì)不同，有時(shí)甚至差異很大[9]。

2.3 潮流性質(zhì)

根據(jù)規(guī)范，可計(jì)算出潮流形態(tài)數(shù)F，計(jì)算結(jié)果如表4所示。由表4可見，各觀測站的表、中、底層的F值均小于0.5，因此白馬港海域潮流為規(guī)則半日潮流。

淺海中，一般用G=(WM4+WMS4)/WM2的大小來表征淺水分潮流在總海流中影響的指標(biāo)[10]。經(jīng)計(jì)算得到，表層G值在B1、B2、B3、B4、B5和B6分別為0.14、0.13、0.05、0.16、0.06和0.13(表4)，表明觀測期間白馬港海域淺水分潮顯著。

表3 白馬港海域大潮潮流特征值

表4 6個(gè)站位潮流、淺水分潮性質(zhì)

2.4 潮流橢圓要素

為進(jìn)一步了解白馬港海域潮流的特性，通過調(diào)和分析分別計(jì)算出各站6個(gè)主要分潮的潮流橢圓要素(表5)。

根據(jù)上述分析，白馬港海域潮流性質(zhì)為規(guī)則半日潮流，因此，以M2分潮流的橢圓率對潮流運(yùn)動(dòng)形式作近似分析。由表5可見，B1站M2分潮流的橢圓率為-0.05～0.04；B2站M2分潮流的橢圓率為-0.06～-0.03；B3站M2分潮流的橢圓率為0.06～0.09；B4站M2分潮流的橢圓率為-0.1～0.00；B5站M2分潮流的橢圓率為-0.27～0.03；B6站M2分潮流的橢圓率為-0.21～0.04。除B5和B6站的底層橢圓率|K|值略大于0.2外(B5和B6站底層表現(xiàn)為順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn))，其余觀測站各層的M2分潮流的橢圓率|K|值均小于0.2，因此觀測期間白馬港海域潮流表現(xiàn)為明顯的往復(fù)流運(yùn)動(dòng)形式。

表5 6個(gè)站位橢圓要素

續(xù)表5

2.5 最大流速和流向

潮流橢圓長半軸和傾角代表了分潮流的最大流速和流向，由于白馬港海域的潮流性質(zhì)是正規(guī)半日潮流，以M2分潮流為主，所以本文采用M2分潮流的橢圓長軸和傾角變化來說明潮流最大流速和流向。由表5可見，在白馬港海域，各觀測站表層M2分潮的長軸變化范圍為59～67 cm/s，平均值為64 cm/s，傾角變化范圍為88～219°；中層M2分潮的長軸變化范圍為42～66 cm/s，平均值為56 cm/s，傾角變化范圍為114～223°；底層M2分潮的長軸變化范圍為32～67 cm/s，平均值為47 cm/s，傾角變化范圍為117～249°。

各觀測站M2分潮的橢圓長軸和傾角具有一定的空間差異性，在白馬港海域的口門B1站和頂部的B5、B6站長軸較大，其余較小。表層，B6站的長軸最大，傾角為219°，B3站最小；中層，B1站的長軸最大，傾角為127°，B5站最小；底層，B5站的長軸最大，傾角為249°，B2站最小。這可能是因?yàn)榭陂TB1站受潮流的影響較大；頂部的B5和B6站受潮流和徑流的共同影響，徑流對白馬港海域影響顯著；而中部的B2、B3和B4站也受潮流和徑流的共同影響，但兩股勢力相互削弱，無明顯優(yōu)勢動(dòng)力，長軸較小。

3 結(jié)論

通過對以上計(jì)算結(jié)果分析，本文得到了三沙灣白馬港海域在觀測期間的潮流特征。

1)根據(jù)觀測期間的潮汐特征分析，白馬港海域的潮汐類型屬于正規(guī)半日潮，與林航[11]的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)論相吻合；準(zhǔn)調(diào)和分析結(jié)果表明該海域潮流性質(zhì)屬于規(guī)則半日潮流，這與《中國海灣志》[12]文獻(xiàn)報(bào)道相吻合。調(diào)查海域潮流的運(yùn)動(dòng)形式是往復(fù)流形式；各觀測站受南北向狹長地形的影響較為明顯。

2)觀測期間，白馬港海域6個(gè)觀測站垂直平均漲潮方向基本朝NW～N，落潮方向主要朝SE～S；各觀測站表、中、底層流矢走向基本一致，潮流層化結(jié)構(gòu)不明顯；表層流速最大，中層次之，底層最小，B4和B5站的各層相差不大，垂向混合較充分；除B3站漲潮流速大于落潮流速外，其余觀測站落潮流速大于漲潮流速；落潮歷時(shí)長于漲潮歷時(shí)。

3)各觀測站M2分潮的橢圓長軸和傾角具有一定的空間差異性。白馬港口門主要受潮流的影響，橢圓長軸較大，越往頂部，徑流影響越顯著，橢圓長軸也越大。