圍填海工程對(duì)福建東山灣潮汐潮流動(dòng)力特征的累積影響研究

宋澤坤，張俊彪，施偉勇，張 峰，3

（1.自然資源部第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；2.杭州國(guó)海海洋工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310012；3.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江 舟山 316012）

海灣作為地球四大圈層交匯地帶，是陸海相互作用最為活躍的區(qū)域，它不僅通過(guò)為海洋生物提供重要的棲息場(chǎng)所而在生態(tài)過(guò)程中發(fā)揮重要作用，而且還在河口環(huán)流等物理和生物地球化學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要作用。為了滿(mǎn)足人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，自20 世紀(jì)50 年代開(kāi)始，大量圍填海、航道開(kāi)挖、跨海大橋等區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)在海灣實(shí)施[1-6]。這些區(qū)域活動(dòng)擾亂了原本天然的潮流和泥沙平衡關(guān)系，導(dǎo)致沉積物的輸運(yùn)發(fā)生變化。除此之外，泥沙顆粒是有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽的承載體，對(duì)物質(zhì)的遷移和循環(huán)具有重要作用，這些區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)也帶來(lái)了不少環(huán)境問(wèn)題。例如，截至1990 年，舊金山灣約有800 km2的填海濕地，其水交換能力和潮汐通量急劇下降，導(dǎo)致生物多樣性下降[7]。ZHU L 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在過(guò)去30 年里渤海灣圍填海導(dǎo)致潮汐通量減少，水交換能力下降，對(duì)渤海灣生態(tài)環(huán)境造成了不利影響。隨著海灣區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)引起的環(huán)境問(wèn)題日益受到重視，海灣的環(huán)境問(wèn)題已成為海洋學(xué)領(lǐng)域的熱門(mén)話題[9-12]。

東山灣位于福建省沿海的半封閉海灣，近年來(lái)區(qū)域人類(lèi)開(kāi)發(fā)活動(dòng)頻繁。迄今為止，眾多學(xué)者對(duì)東山灣開(kāi)發(fā)活動(dòng)的影響進(jìn)行了大量研究。梁群峰等[13]分析了東山灣1954—2008 年海底沖淤變化，認(rèn)為人類(lèi)活動(dòng)是50 年間東山灣局部沖淤變化的控制因素。陸志強(qiáng)等[14]基于可變模糊評(píng)價(jià)模型的海灣生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法，對(duì)東山灣生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。龔旭東等[15]采用平面二維數(shù)學(xué)模型探討灣內(nèi)圍填海對(duì)東山灣水動(dòng)力環(huán)境的影響。在以往的研究成果中，一般側(cè)重于單一工程項(xiàng)目對(duì)東山灣潮流動(dòng)力影響的模擬，然而區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)整體對(duì)潮汐特征和潮汐不對(duì)稱(chēng)影響的研究仍有待深入開(kāi)展。

本文通過(guò)FVCOM 數(shù)值模式建立東山灣潮動(dòng)力過(guò)程數(shù)值模型，并利用實(shí)測(cè)資料對(duì)模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證，最后采用該模型研究了區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)對(duì)東山灣潮汐特征和潮汐不對(duì)稱(chēng)的影響。本文有助于加強(qiáng)對(duì)東山灣潮汐過(guò)程和未來(lái)變化趨勢(shì)的理解，并為我國(guó)海灣的可持續(xù)發(fā)展和綜合管理提供技術(shù)支持。

1 研究區(qū)域概況

本文研究區(qū)域東山灣位于福建省東南沿海（圖1），其西臨云霄縣和東山縣，北鄰漳浦縣，東與東海臺(tái)灣海峽相隔古雷半島。海灣呈南北走向，灣口位于海灣最南端，灣頂位于海灣西北端，是在構(gòu)造型河口海灣基礎(chǔ)上發(fā)育的半封閉性海灣。灣內(nèi)海域面積約248 km2，海岸線長(zhǎng)約110 km。整個(gè)海灣呈不規(guī)則布袋狀伸入陸地，口門(mén)和灣頂狹窄，口門(mén)寬度僅5 km，最大水深36 m，海灣腹部寬淺，灣內(nèi)水域?qū)拸V，腹部寬度約15.5 km，水深10 m 左右。灣內(nèi)刺仔尾站最大潮差約為3.6 m。根據(jù)文獻(xiàn)[15]，東山灣口門(mén)外東海海域?qū)俨徽?guī)半日潮，灣內(nèi)則屬于正規(guī)半日潮。東山灣上游灣頂西岸以弱侵蝕基巖海岸為主，北岸為淤泥質(zhì)海岸，東岸主要為砂質(zhì)海岸（圖1）。為響應(yīng)福建省經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，東山灣自2013 年起進(jìn)行了多次大規(guī)模的圍填海造陸活動(dòng)，面積最大的3 次圍海分別是古雷半島中部圍海、刺仔尾圍海和灣口東側(cè)圍海，三次圍海的面積分別為6.77 km2、0.83 km2和4.17 km2。本文則主要基于無(wú)結(jié)構(gòu)數(shù)值模式評(píng)價(jià)人類(lèi)圍海造陸活動(dòng)對(duì)區(qū)域潮動(dòng)力特征的影響。

圖1 東山灣位置及圍填海概況

2 數(shù)值模式構(gòu)建與驗(yàn)證

2.1 東山灣潮動(dòng)力數(shù)值模式構(gòu)建

東山灣及福建沿海岸線曲折，島嶼眾多，地貌條件復(fù)雜，故本研究中選用無(wú)結(jié)構(gòu)數(shù)值模式FVCOM 構(gòu)建福建東山灣潮動(dòng)力數(shù)學(xué)模型。該模式具有干濕邊界模擬功能，能夠模擬灣內(nèi)潮灘的高潮淹沒(méi)及低潮露出過(guò)程。模式中采用通量有限體積積分的方式對(duì)動(dòng)量方程、質(zhì)量連續(xù)方程進(jìn)行離散求解，模式離散方法簡(jiǎn)單、計(jì)算效率高，同時(shí)也能保證復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的海灣及海洋計(jì)算中的質(zhì)量、動(dòng)量的守恒性。FVCOM 在垂向上使用滓坐標(biāo)系對(duì)不規(guī)則底部地形進(jìn)行擬合，在水平上利用無(wú)結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格對(duì)水平計(jì)算區(qū)域進(jìn)行空間離散。目前該模式已被廣泛應(yīng)用于海灣及近岸海洋動(dòng)力模擬，詳細(xì)的控制方程組及求解方法可參考文獻(xiàn)[16]。

東山灣潮動(dòng)力模型網(wǎng)格如圖2 所示，模型東到119.6°E，北到24.6°N，南到24.8°N，模型范圍覆蓋整個(gè)東山灣、浮山灣、臺(tái)灣海峽及鄰近海域。總?cè)菃卧獢?shù)為108 868 個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為56 486 個(gè)，網(wǎng)格在東山灣內(nèi)進(jìn)行加密處理，空間分辨率最高約100 m，外海開(kāi)邊界分辨率約2 000 m，在垂向上均勻分為6 個(gè)滓層計(jì)算。東山灣內(nèi)水深主要采用2015 年期間的地形測(cè)量資料，外海水深變化較小，采用最新海圖數(shù)字化得到。外海開(kāi)邊界潮位由8 個(gè)主要天文分潮（M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1 和Q1）計(jì)算得到，這些調(diào)和常數(shù)資料來(lái)自NAOTIDE（https://www.miz.nao.ac.jp/staffs/nao99/index_En.html）全球潮動(dòng)力模型。

圖2 模型計(jì)算區(qū)域和網(wǎng)格展示

為研究該區(qū)域人類(lèi)圍墾活動(dòng)對(duì)東山灣潮動(dòng)力特征的影響，本文選取2013 年的海岸線作為工程前岸線，在此基礎(chǔ)上增加3 個(gè)區(qū)域圍填海工程后的海岸線作為工程后岸線。工程前后2 個(gè)工況除了岸線不同以外，其余初始、邊界條件和模型參數(shù)均不變。模型計(jì)算起始時(shí)間為2013 年12 月18 日，終止時(shí)間為2014 年1 月20 日，取后一個(gè)月計(jì)算結(jié)果（即2013 年12 月20 日至2014 年1 月20 日）共31天作為分析數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)值模型結(jié)果驗(yàn)證

模型采用東山灣內(nèi)刺仔尾和東山2 個(gè)潮位站，以及1#至4#潮流站實(shí)測(cè)的整點(diǎn)潮位和潮流數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，刺仔尾站位于東山灣內(nèi)，東山位于東山灣內(nèi)附近，測(cè)站具體位置分布如圖1 所示。圖3 顯示了2 個(gè)站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與潮位模擬數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果，圖4（a）分別1#至4#潮流站在大潮時(shí)段的對(duì)比擬合結(jié)果，圖4（b）分別1#至4#潮流站在小潮時(shí)段的對(duì)比擬合結(jié)果。整體上兩個(gè)潮位站的水位及4 個(gè)潮流站流速流向模擬結(jié)果較好。此外本文采用模型評(píng)價(jià)系數(shù)（SS）來(lái)定量評(píng)價(jià)模型的準(zhǔn)確性。

式中，Xmod、Xobs分別表示模型模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果；為實(shí)測(cè)結(jié)果的平均值。根據(jù)ZHU L 等[17]研究，模型評(píng)價(jià)系數(shù)SS小于0.2 時(shí)認(rèn)為模型的可信度較差或不可信，當(dāng)SS值大于0.65 時(shí)，模型的可信度達(dá)到良好水平。本模型計(jì)算結(jié)果中，刺仔尾和東山站的評(píng)價(jià)系數(shù)分別達(dá)到0.94 和0.88，表明模型就具有較高的可信度，可用于東山灣潮流研究使用。

3 圍海前后潮動(dòng)力特征分析

3.1 圍填前后流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征分析

東山灣圍海工程前后的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖5 和圖6所示。漲急時(shí)刻潮流由東山灣口門(mén)兩個(gè)汊道分別進(jìn)入灣內(nèi)，灣口平均流速約1.5 m/s，最大流速可達(dá)2.1 m/s（圖5（a））。灣內(nèi)由于其橫斷面面積較大，平均流速較小，灣內(nèi)中部主流區(qū)域平均流速約1.0 m/s，隨著向兩側(cè)區(qū)域靠近，平均流速逐漸降低，兩側(cè)靠岸區(qū)域平均流速僅約0.2 m/s（圖5（a））。灣內(nèi)的主流受灣口兩個(gè)島嶼的影響，明顯分為兩個(gè)主流區(qū)域，其中西側(cè)主流區(qū)域流速較大，東側(cè)主流區(qū)域流速略小。從流速大小分布圖來(lái)看，兩主流之間的差值在工程前最為顯著，工程后受灣內(nèi)東側(cè)古雷半島圍海工程的影響，東側(cè)主流區(qū)域流速受擠壓明顯增強(qiáng)（圖5（c））。上游灣口的流速在狹島效應(yīng)的影響下進(jìn)一步增強(qiáng)，增加至約2.0 m/s，且圍海工程前后無(wú)顯著變化。對(duì)比圍海工程前后東山灣的漲急時(shí)刻流速差值和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)（圖6（a））可知，在流場(chǎng)結(jié)構(gòu)上，整個(gè)海灣的流場(chǎng)方向工程前后沒(méi)有顯著區(qū)別，但圍海工程附近區(qū)域的流場(chǎng)方向受工程影響發(fā)生顯著區(qū)別，主要表現(xiàn)在工程后水流方向受工程影響，更多的指向?yàn)硟?nèi)，例如古雷半島中部圍海工程附近，工程后水流明顯偏向?yàn)硟?nèi)，是導(dǎo)致灣內(nèi)東側(cè)主流增強(qiáng)的主要原因。在流速大小上，亦呈現(xiàn)與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)類(lèi)似的影響特征，即整個(gè)海灣的流速影響并不大，但圍墾附近區(qū)域的流速影響較大。以流速差是否超過(guò)0.05 m/s 為界，可大致區(qū)分圍海工程對(duì)漲急時(shí)刻流速影響的范圍，該范圍在南側(cè)（即漲潮方向上游）較大，在北側(cè)（即漲潮方向下游）較小，以刺仔尾附近海域圍墾工程為例，在上游方向影響范圍可達(dá)約5.8 km，在下游方向影響范圍約2.6 km，不足上游的50%。其余兩個(gè)圍海工程的影響半徑類(lèi)似（圖6（a））。從流速影響結(jié)果來(lái)看，漲急時(shí)刻則明顯呈現(xiàn)圍墾區(qū)域南北兩側(cè)（即上下游）流速降低，其中以南側(cè)降低效果最為顯著，3 個(gè)圍墾工程南側(cè)附近區(qū)域流速降低可達(dá)0.40 m/s，北側(cè)附近區(qū)域流速降低僅約0.25 m/s。在靠近灣內(nèi)一側(cè)，圍海工程后流速顯著增強(qiáng)，最大增強(qiáng)幅度約0.35 m/s，且均發(fā)生在圍海工程的北側(cè)靠近灣內(nèi)一角（圖6（a））。

圖5 圍海工程前后典型時(shí)刻流場(chǎng)

圖6 圍海工程前后漲急和落急時(shí)刻流場(chǎng)結(jié)構(gòu)變化

落急時(shí)刻灣內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與漲急時(shí)刻類(lèi)似（圖5（b）和圖5（d）），但是流速方向相反，且流速大小上也明顯低于漲急時(shí)刻，其主要原因是落潮期間是自由出流，漲潮期間是強(qiáng)迫入流，不過(guò)落潮時(shí)長(zhǎng)也略大于漲潮時(shí)長(zhǎng)。在灣內(nèi)靠北小島和灣口汊道的影響下，落急時(shí)刻的流場(chǎng)在灣內(nèi)同樣分為東西兩個(gè)主流，且以東部主流為主，平均流速約0.9 m/s，略低于漲急時(shí)刻流速（圖5（b）和圖5（d））。3 個(gè)圍海工程對(duì)落急時(shí)刻流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響與漲潮類(lèi)似。首先在流場(chǎng)結(jié)構(gòu)上，圍海工程僅影響工程附近區(qū)域的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，在圍海工程附近，工程前后的流速方向發(fā)生顯著變化，不過(guò)整個(gè)海灣的主流區(qū)域，流速結(jié)構(gòu)影響較?。▓D6）。采用流速差是否超過(guò)0.05 m/s 來(lái)衡量影響范圍的話，以刺仔尾圍海工程為例，落急時(shí)刻圍海工程的影響范圍在工程北側(cè)的影響長(zhǎng)度約3.2 km，略大于漲急時(shí)刻，在工程南側(cè)的影響長(zhǎng)度約4.8 km，略小于漲急時(shí)刻，不過(guò)受海灣岸線東北-西南方向的影響，工程附近區(qū)域南側(cè)的影響長(zhǎng)度仍然略高于工程北側(cè)，其余兩個(gè)島嶼的影響范圍及與漲急時(shí)刻的差值類(lèi)似。在流速差值上，落急時(shí)刻仍然呈現(xiàn)工程附近南側(cè)的流速均小于工程前，但靠近海灣一側(cè)的流速大于工程前，這一點(diǎn)與漲急時(shí)刻的影響類(lèi)似，不過(guò)流速增大的區(qū)域從漲急時(shí)刻的灣內(nèi)北角移動(dòng)至灣內(nèi)南角，主要是落潮方向相反的緣故（圖7）。在流速差值上，落急時(shí)刻流速在工程后的增加量最大可達(dá)0.30 m/s（工程附近灣內(nèi)方向南側(cè)），減小量最大約0.4 m/s（工程附近北側(cè)岸線），兩個(gè)值均略小于漲急時(shí)刻的情況，其主要原因是落急時(shí)刻流速略小于漲急時(shí)刻。

圖7 圍海工程前后流速差

3.2 圍海前后潮波振幅特征分析

已有研究和本次數(shù)值模擬均表明，本文研究區(qū)域東山灣以半日分潮為主，全日潮較小，但由于海灣水深較淺，而且灣內(nèi)島嶼眾多，水深變化復(fù)雜，因此淺水分潮也較大。為此本文選取主太陰半日分潮M2 和其衍生的淺水分潮M4 進(jìn)行分析。論文采用T_tide 對(duì)潮位結(jié)果進(jìn)行調(diào)和分析得到各個(gè)分潮的調(diào)和常數(shù)。圖8 和圖9 中顯示了圍海工程前后海域M2 分潮和M4 分潮的分布及變化特征。灣內(nèi)潮波是由外海傳入的潮波所引起的脅迫振動(dòng)，在水深等因素的影響下潮波振幅在灣內(nèi)分布具有顯著差異，各潮波振幅從灣口至灣頂潮差呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。從潮差的角度來(lái)講，灣口為最大潮差約為3.3 m，灣頂可以增大至3.9 m 左右。

圖8 圍海工程前后M2 和M4 分潮同潮圖

圖9 圍海工程前后M2 和M4 分潮振幅差值和相位變化

由圖8（a）和圖8（b）圍海工程前M2 和M4 分潮的同潮圖可知，東海的前進(jìn)波由東山灣南側(cè)灣口進(jìn)入東山灣，等相位線基本垂直于海灣兩側(cè)岸線，因此，從等相位線分布來(lái)看，東山灣內(nèi)潮波由南向北方向傳播。初始進(jìn)入東山灣灣口的M2 分潮振幅大小與外海相差不大，約1.05 m 左右，潮波由灣口向?yàn)稠攤鞑ミ^(guò)程中，海灣縮窄和水深變淺導(dǎo)致能量輻聚、振幅增加顯著。M2 分潮傳播至海灣中心大霜島附近時(shí)振幅增加至1.18 m。而傳播至灣頂M2 振幅可達(dá)1.25 m，相對(duì)于灣口增幅約25%左右。從M2 分潮的等相位線分布來(lái)看（圖8（a），實(shí)線），該分潮的等相位線基本平行于等振幅線，而且越向?yàn)稠斊涞认辔痪€間距越小，說(shuō)明潮波傳播速度越來(lái)越慢，這主要是由于潮波由灣口向?yàn)稠攤鞑ミ^(guò)程中水深減小導(dǎo)致淺水波波速減小而致。M2 分潮的相位在灣口處約為358°，在港頂處約為9°，隨著離灣口距離的增大而增大。最終東山灣潮波從灣口傳播至灣頂附近相位遲滯約11°，歷時(shí)約為0.34 h。同M2分潮類(lèi)似，M4 分潮的振幅沿灣口向?yàn)稠斠灿蟹浅Ｃ黠@的增長(zhǎng)，潮波在向?yàn)稠攤鞑ミ^(guò)程中隨著岸線和水深的劇烈變化，M4 分潮從M2 分潮流攝取能量增加，導(dǎo)致淺水分潮M4 振幅增大（圖8（b））。淺水分潮M4 振幅在灣口僅約為0.02 m，大霜島附近振幅增加至0.11 m，由于東山灣大霜島以北至灣頂岸線收縮明顯，因此M4 振幅增速明顯，灣頂M4 振幅可達(dá)0.22 m，增幅較大霜島之前更為明顯。M4分潮的相位在灣口處約為198°，在灣頂處約為230°（圖8（b），實(shí)線）。

圖8（c）和圖8（d）顯示了圍海工程后東山灣M2和M4 分潮的同潮圖，整體看來(lái)分布模式與工程前相差不大，比較顯著的是工程后兩個(gè)分潮的傳播相位有顯著變化，特別是在刺仔尾圍海工程附近。從圖9 中圍海工程前后兩個(gè)分潮的振幅差值和相位對(duì)比更能夠反映變化情況。從振幅變化來(lái)看，圍填海后東山灣內(nèi)M2 和M4 分潮振幅增減不一。圍填海后灣內(nèi)下寨至灣頂區(qū)域，以及古雷和刺仔尾以南至灣口的區(qū)域M2 分潮振幅下降明顯，尤其是古雷圍填海南側(cè)，M2 分潮振幅下降最大為0.12 m，降幅約11%。灣內(nèi)僅有中部大霜島以北至下寨的小部分區(qū)域內(nèi)振幅略有增大，增幅也較小，最大增大僅為0.02m，增幅約2%左右（圖9（a））。圍填海后灣內(nèi)大部分區(qū)域內(nèi)M4 分潮振幅變化不明顯，僅在刺仔尾和古雷填海區(qū)域周邊的局部區(qū)域發(fā)生了變化，整體上呈現(xiàn)南側(cè)減小北側(cè)增大的規(guī)律。刺仔尾和古雷填海區(qū)域南側(cè)局部M4 分潮振幅最大分別減小0.006 m和0.008 m，降幅分別為6%和10%左右。刺仔尾和古雷填海區(qū)域北側(cè)局部M4 分潮振幅最大分別增大0.003 m 和0.010 m，增幅分別為3%和11%左右（圖9（b））。從圍填海后M2 分潮相位變化來(lái)看（圖9（a），線條），古雷和刺仔尾以南至灣口的區(qū)域（358°~360°）相位有所提前，中部大霜島以北至下寨的區(qū)域（1°~4°）內(nèi)相位有所延遲，下寨至灣頂?shù)膮^(qū)域（5°~9°）相位變化不明顯。從圍填海后M4 分潮相位變化來(lái)看（圖9（b），線條），古雷以南至灣口的區(qū)域（198°~228°）及下寨至灣頂?shù)膮^(qū)域（252°~230°）相位變化不明顯。相位變化不明顯，中部大霜島以北至下寨的區(qū)域（234°~246°）內(nèi)相位有所延遲。

3.3 圍海工程對(duì)海灣潮汐不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)特征的影響分析

在海灣和河口地區(qū)，潮汐不對(duì)稱(chēng)性反映了漲潮和落潮在幅度和持續(xù)時(shí)間上的差異。這種現(xiàn)象主要是由于半日潮汐之間相互作用，水位上升和下降的持續(xù)時(shí)間不對(duì)稱(chēng)引起的。潮汐不對(duì)稱(chēng)性作為海灣和河口重要的潮汐動(dòng)力特征之一，會(huì)影響海灣和河口物質(zhì)的輸運(yùn)和沉積。由于本文研究區(qū)域東山灣以M2 分潮和M4 分潮分別為主要天文分潮和主要淺水分潮，因此本文采用M2-M4 分潮組合來(lái)研究東山灣的潮汐不對(duì)稱(chēng)特征，根據(jù)SONG D 等[18]的研究，海灣地區(qū)潮汐不對(duì)稱(chēng)性指標(biāo)（γ）的計(jì)算公式如下。

式中，AM2、AM4分別為M2和M4分潮的振幅；φM2、φM4分別為M2、M4分潮的相位；M2和M4的振幅和相位由模型的潮位模擬結(jié)果進(jìn)行調(diào)和分析得到。根據(jù)式（2），M2和M4振幅和相位的變化導(dǎo)致潮汐不對(duì)稱(chēng)性的變化，由γ代表其不對(duì)稱(chēng)度。若計(jì)算結(jié)果γ<0，表示漲潮歷時(shí)短于落潮歷時(shí)，落潮占優(yōu)；若γ> 0，表示漲潮歷時(shí)長(zhǎng)于落潮歷時(shí)，漲潮占優(yōu)[19]。

根據(jù)式（2）計(jì)算得到了東山灣圍填海前（圖10（a））和圍填海后（圖10（b））的潮汐不對(duì)稱(chēng)性γ值平面分布，以及東山灣圍填海實(shí)施對(duì)海灣內(nèi)γ值影響的平面分布（圖10（c））。從東山灣圍填海前后γ值分布來(lái)看（圖10（a）和圖10（b）），整個(gè)灣內(nèi)γ值均大于0，這表明整個(gè)東山灣內(nèi)的潮汐過(guò)程中漲潮優(yōu)勢(shì)強(qiáng)于落潮。在橫向上γ值變化不明顯，其等值線基本垂直于海灣兩側(cè)岸線。縱向分布來(lái)看，γ值從灣口向?yàn)稠斣龃竺黠@，灣口的γ值與外海相當(dāng)基本為0，而到達(dá)海灣中部大霜島附近海域時(shí)γ值增大到0.3 左右，灣頂附近海域時(shí)γ值可達(dá)0.54。不對(duì)稱(chēng)性表現(xiàn)出從灣口向?yàn)稠敵毕臐q潮優(yōu)勢(shì)逐漸加強(qiáng)的特征，主要由于潮波向?yàn)稠攤鞑ミ^(guò)程中，水深變淺、底摩擦增大、潮波變形嚴(yán)重導(dǎo)致。

圖10 潮汐不對(duì)稱(chēng)γ平面分布

從γ值變化來(lái)看（圖10（c）），整個(gè)灣口、灣頂及海灣中部?jī)?nèi)側(cè)大部分水域基本沒(méi)有變化，僅在海灣內(nèi)部東側(cè)、海灣內(nèi)部西側(cè)的圍填海周邊約5 km范圍內(nèi)的近岸局部水域產(chǎn)生了一定的變化。在海灣內(nèi)部γ值均呈現(xiàn)出圍填海北側(cè)區(qū)域增大，南側(cè)區(qū)域減小的整體規(guī)律。例如刺仔尾和古雷填海北側(cè)γ值分別增大約0.029 和0.052，增幅為12%和19%；刺仔尾和古雷填海南側(cè)γ值分別減小約0.020 和0.031，降幅為8%和15%。即東山灣內(nèi)圍填海以北的局部范圍內(nèi)漲潮優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)，圍填海以南的局部范圍內(nèi)漲潮優(yōu)勢(shì)減弱。

4 結(jié) 論

本文基于有限體積海洋數(shù)值模式FVCOM 建立了東山灣潮動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，以此研究區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)對(duì)東山灣潮汐動(dòng)力結(jié)構(gòu)的影響。模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合較好，具有較高的可信度?；跀?shù)值模型，本文進(jìn)一步討論了東山灣3 次圍墾工程影響下，流速、潮波振幅和潮汐不對(duì)稱(chēng)性3 個(gè)方面的變化，主要研究結(jié)論如下。

從漲落急時(shí)刻流場(chǎng)結(jié)構(gòu)上，東山灣圍海工程對(duì)整個(gè)海灣的急流時(shí)刻影響較小，但對(duì)工程附近約5 km 范圍內(nèi)區(qū)域的影響較顯著，主要體現(xiàn)在工程附近上下游流速降低，最大降低值約0.4 m/s，工程靠近海灣一側(cè)流速增強(qiáng)，最大增加值約0.35 m/s。從兩個(gè)主要分潮振幅變化的角度上，東山灣圍海工程造成灣內(nèi)M2 分潮振幅整體以下降為主，古雷圍填海南側(cè)附近下降最大為0.12 m，降幅約11%；M4分潮振幅整體變化不明顯，僅在刺仔尾和古雷填海區(qū)域周邊發(fā)生變化，整個(gè)海灣分潮振幅基本上呈現(xiàn)“南側(cè)減小-北側(cè)增大”的規(guī)律。東山灣內(nèi)整體呈現(xiàn)出漲潮優(yōu)勢(shì)強(qiáng)于落潮的潮汐動(dòng)力特征，潮汐不對(duì)稱(chēng)性γ值從灣口向?yàn)稠斣龃竺黠@，灣口的γ值接近于0，中部大霜島附近海域時(shí)增大到0.3 左右，灣頂附近海域可達(dá)0.54，表現(xiàn)出從灣口向?yàn)稠敵毕臐q潮優(yōu)勢(shì)逐漸加強(qiáng)的特征。圍海造陸工程造成東山灣內(nèi)γ值改變僅發(fā)生在圍填海周邊的局部水域，均呈現(xiàn)出圍填海北側(cè)區(qū)域增大，南側(cè)區(qū)域減小的整體規(guī)律，表明東山灣內(nèi)圍填海以北的局部范圍內(nèi)漲潮優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)，圍填海以南的局部范圍內(nèi)漲潮優(yōu)勢(shì)減弱。

本文所建立的東山灣水動(dòng)力數(shù)值模型僅考慮了潮波動(dòng)力，沒(méi)有考慮風(fēng)場(chǎng)及波浪作用，研究結(jié)果存在局限性。同時(shí)，圍填海后動(dòng)力的改變最終勢(shì)必會(huì)對(duì)東山灣的泥沙動(dòng)力、海床演變產(chǎn)生影響，因此下階段將綜合考慮潮流、波浪、季風(fēng)等多種動(dòng)力因素，建立東山灣泥沙數(shù)值模型，對(duì)圍填海影響下東山灣泥沙動(dòng)力特征、海床沖淤環(huán)境的變化展開(kāi)研究。