萬 凱 鮑獻(xiàn)文, 姚志剛, 萬修全, 夏穎穎

(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院 青島 266100;2.中國(guó)海洋大學(xué)物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266100)

沙埕港是位于浙江福建交界的海灣,屬福建省福鼎市,地理范圍 120°10.74′—120°26.57′E,27°8.37′—27°9.07′N。灣內(nèi)水深大都在 15m 以上,最大水深45m(鮑獻(xiàn)文等,2008),是一個(gè)天然的深水避風(fēng)良港。沙埕港港區(qū)為正規(guī)半日潮,潮差較大,大潮時(shí)可達(dá)7—8m(李克先等,2001);灣內(nèi)岸線曲折多變,海流變化主要受地形影響。沙埕港灣口較為狹窄且為灣內(nèi)與外海進(jìn)行水體和物質(zhì)交換的唯一通道,灣口斷面的潮流及余流特征對(duì)研究沙埕港水動(dòng)力環(huán)境與物質(zhì)輸運(yùn)過程有一定意義。

前人對(duì)沙埕港的研究主要集中在風(fēng)暴潮的特征分析和數(shù)值模擬方面。李克先等(1995;2001)在對(duì)沙埕港多年風(fēng)暴潮歷史資料的特征分析基礎(chǔ)上,建立了一個(gè)基于氣壓高度、局地風(fēng)速的二元線性回歸極值預(yù)報(bào)模式。欒曙光等(2012)使用 Mike21模型對(duì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“桑美”正面登陸時(shí)的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了臺(tái)風(fēng)造成災(zāi)害的原因。然而,對(duì)沙埕港海流及余流方面的研究則較少,高精度觀測(cè)資料的缺乏使科研工作者對(duì)沙埕港灣內(nèi)海流、余流的空間結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)尚不明晰。聲學(xué)多普勒流速剖面儀(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)的普及和應(yīng)用對(duì)獲得高精度的海流資料提供了便利(汪亞平等,1999;Wang Y Het al,2003;楊錦坤等,2009)。ADCP對(duì)海流流場(chǎng)不產(chǎn)生擾動(dòng)和影響,具有傳統(tǒng)儀器無可比擬的觀測(cè)精度。同時(shí) ADCP觀測(cè)也具有觀測(cè)時(shí)間間隔短,觀測(cè)層次精細(xì)的優(yōu)勢(shì),可以提供時(shí)空上連續(xù)的海流觀測(cè)序列,從而對(duì)海流的潮流和余流精細(xì)結(jié)構(gòu)有一個(gè)較為完整和細(xì)致的認(rèn)識(shí)。本文利用走航觀測(cè)獲得的沙埕港灣口高精度斷面資料對(duì)沙埕港灣口斷面的潮流、余流的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及潮通量等進(jìn)行分析,以提高對(duì)沙埕港灣口潮流及其水體交換特征的認(rèn)識(shí),同時(shí)在ADCP走航資料的數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用方面進(jìn)行有益探索。

1 數(shù)據(jù)及處理過程

本文使用的資料來自中國(guó)海洋大學(xué)于 2006年 4月28日10:04—2006年4月29日11:30在福建沙埕港灣口進(jìn)行的 25h連續(xù)走航觀測(cè)(圖1)。走航路線為東北-西南方向,基本與沙埕港灣口主軸方向垂直。觀測(cè)使用的儀器為美國(guó)Sontek公司Acoustic Doppler Profiler(ADP)-1000K,觀測(cè)垂直方向分為 18個(gè)測(cè)層,層厚1m,觀測(cè)間隔30s(GEOTECH ENVIRONMENTAL EQUIPMENT,2001)。儀器的具體參數(shù)和詳細(xì)配置見表1。

圖1 沙埕港地理特征及走航斷面位置(a,黑色線)和走航ADCP軌跡(b)Fig.1 The geographical features of Shachenggang Channel,position of the underway transaction(a)and trajectory of the shipboard ADCP

表1 ADP-1000K參數(shù)及配置Tab.1 Parameters and configuration of ADP-1000K

對(duì)于走航觀測(cè)而言,最理想的航跡是一條直線,觀測(cè)船在此直線上做往復(fù)運(yùn)動(dòng),但由于船只在航行時(shí)受海流、航速等因素的影響,實(shí)際的航跡會(huì)有所偏差,因此觀測(cè)獲得的數(shù)據(jù)序列會(huì)隨時(shí)間和空間變化。為保證船只盡量沿著灣口斷面直線航行,消除空間位置差異對(duì)數(shù)據(jù)的影響,本次走航觀測(cè)在斷面兩端設(shè)置了浮標(biāo)以輔助航行,并且考慮到觀測(cè)的需要,走航時(shí)船速基本保持穩(wěn)定,約 1.7m/s;沙埕港灣口的寬度約為 1.2km,斷面單次走航的時(shí)間約為12min,從平均來看,每個(gè)觀測(cè)點(diǎn) 2次觀測(cè)的時(shí)間間隔應(yīng)該為 12min左右,但是由于船的航跡的漂移、船體掉頭等原因,不能保證觀測(cè)樣本之間的時(shí)間均勻性。

首先對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制,采用用 ADP自帶底跟蹤與Difference Global Positioning System(DGPS)相結(jié)合的方法訂正船速后求出海流速度,剔除觀測(cè)中的觀測(cè)異常值和完好率較差的數(shù)據(jù),同時(shí)對(duì)所有剔除的數(shù)據(jù)使用完好的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插補(bǔ)齊。其次處理經(jīng)質(zhì)量控制的數(shù)據(jù),剔除空間上明顯偏離灣口斷面的數(shù)據(jù)后,對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理和分析。

為了分析簡(jiǎn)便,本文忽略走航船只空間位置的變化,把本次走航的空間維度簡(jiǎn)化為1維,同時(shí)把整個(gè)走航過程分為若干個(gè)航段,認(rèn)為從斷面的一個(gè)端點(diǎn)到對(duì)面端點(diǎn)的單次走航為 1個(gè)航段。對(duì)于所有的數(shù)據(jù)可以建立如下關(guān)系v=v(x,t),其中v表示速度矢量,x表示觀測(cè)點(diǎn)的空間位置,t表示觀測(cè)的時(shí)間。做如下假設(shè):對(duì)于任意航段的空間上的任意點(diǎn)x存在位于x兩側(cè)的相鄰點(diǎn)x1、x2,且x1、x2滿足(x1＜x＜x2),如果x1、x2處的海流分量值已知,就可以根據(jù)空間位置使用線性內(nèi)插的方法獲得x處的值。從船速和數(shù)據(jù)時(shí)間間隔兩方面來分析上述假設(shè)的合理性,平均船速為 1.7m/s,數(shù)據(jù)時(shí)間間隔為 30s,也就是說相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)之間的空間位置相差大約為51m,在海流流場(chǎng)隨空間變化比較平緩的前提下,上述假設(shè)是成立的。也就是說,對(duì)于走航獲得的任意航段的資料,可以認(rèn)為其在空間上是連續(xù)的,取斷面上的任意點(diǎn)x0在每個(gè)航段上觀測(cè)的值即可以構(gòu)成 1個(gè)不等時(shí)間間隔的觀測(cè)序列。再假設(shè)在 1個(gè)航段耗時(shí) 12min的時(shí)間內(nèi),任意點(diǎn)x0的空間位置變化是較為緩慢的,那么對(duì)上述不等時(shí)間間隔的觀測(cè)序列在時(shí)間上進(jìn)行差值,就可以獲得等時(shí)間間隔的觀測(cè)序列。為保證合理性,選擇一個(gè)航段耗時(shí)的時(shí)間 12min為等時(shí)間間隔,這樣就獲得了一個(gè)時(shí)間間隔為 12min的觀測(cè)序列。值得特別指出的是,由于觀測(cè)資料所限,在此忽略了x0點(diǎn)附近水位變化的影響,認(rèn)為在整個(gè)觀測(cè)時(shí)間范圍內(nèi)任意航段相同層次的數(shù)據(jù)近似位于同一深度上。

在上述假設(shè)下,對(duì)走航船只航跡使用最小二乘法擬合以確定走航斷面,同時(shí)為保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量舍去了主軸端點(diǎn)附近走航開始和結(jié)束的少量數(shù)據(jù),以消除走航船只掉頭導(dǎo)致船體姿態(tài)變化對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響,這樣獲得了一個(gè)沿主軸方向的斷面,稱之為參考斷面。為了分析簡(jiǎn)便,在參考斷面上取相同空間間隔的10個(gè)點(diǎn)(記為S1—S10,具體位置見圖1b),作為走航數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為等時(shí)間間隔的觀測(cè)序列的空間基準(zhǔn)點(diǎn),稱之為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)。數(shù)據(jù)處理的結(jié)果是獲得了在各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)上的等間隔海流觀測(cè)序列,本文后續(xù)的分析就是基于這10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)所獲得的海流觀測(cè)序列進(jìn)行的。

2 分析和結(jié)果

2.1 海流時(shí)間序列及潮流橢圓

對(duì) 10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的海流時(shí)間序列進(jìn)行分析,由于10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)空間的距離較近,潮流變化特征較為相似,受篇幅的限制,取S5點(diǎn)作為代表點(diǎn)。S5點(diǎn)位于沙埕港灣口的中心位置,流場(chǎng)特征具有很好的代表性,S5站的潮流時(shí)間序列能夠代表整個(gè)斷面的情況。首先做出海流時(shí)間變化序列圖(圖2),并結(jié)合斷面附近的潮位觀測(cè)進(jìn)行潮汐潮流分析。從潮位數(shù)據(jù)來看,2006年4月28日10時(shí)—2006年4月29日11時(shí),由于觀測(cè)開始時(shí)為高潮,所以觀測(cè)序列出現(xiàn)了2次完整的低潮(28日16時(shí)、29日4時(shí)),且相鄰2個(gè)波谷的時(shí)間間隔約為 12.5h,為十分明顯的正規(guī)半日潮特征。漲潮時(shí)約為6h,潮流沿西北方向進(jìn)入沙埕港,平均潮流流向約為 300°,最大漲潮流流速約為 1m/s。落潮時(shí)同樣約為6h,海流沿東南方向推出沙埕港,平均流向約為 150°,最大落潮流流速同樣為 1m/s。漲落潮流流速比較接近,漲落潮流流向基本與灣口水道主軸方向平行,從東西分量(U)和南北分量(V)上來看,灣口潮流UV兩方向分量較為接近,V方向略大,最大可達(dá)0.9m/s,發(fā)生在落潮時(shí)刻,U方向分量略小,可達(dá)0.7m/s,發(fā)生在漲潮時(shí)。潮流UV分量的時(shí)間序列也有明顯的2次漲潮、落潮現(xiàn)象,表現(xiàn)出典型的正規(guī)半日潮流特征。漲潮流(28日19時(shí))、落潮流(28日13時(shí))出現(xiàn)在漲潮落潮時(shí)段的中間時(shí)刻,而高低潮時(shí)海流流速很小,這符合半封閉海灣潮波的典型特點(diǎn),即最大流速出現(xiàn)在半潮面時(shí)刻而高低潮時(shí)流速最小。從垂直方向看,海流垂向分布均勻,除漲急、落急時(shí)中上層流速比底層流速略大外,其他時(shí)刻幾乎表現(xiàn)為垂向分布均勻的流動(dòng)。轉(zhuǎn)流時(shí)間方面,漲潮時(shí)中下層最先轉(zhuǎn)流,但提前的時(shí)間有限,約為30min,落潮時(shí)表層最先轉(zhuǎn)流,30min后中下層開始落潮?？傮w來說轉(zhuǎn)流各層次是基本同步的。

圖2 潮位(a)以及S5站U(m/s,b)和V(m/s,c)的時(shí)間序列分布Fig.2 The time series of tide level(a),the east-west component U( m/s,b)and the north-south component V( m/s,c)at S5 station

調(diào)和分析是研究不同頻率分潮的貢獻(xiàn)和分布特征的有效方法,利用普遍使用的 t_tide(Pawlowiczet al,2002)潮汐分析程序?qū)ι鲜?5h等時(shí)間間隔的觀測(cè)序列進(jìn)行調(diào)和分析。根據(jù)瑞利準(zhǔn)則(Δf=1/T,其中,Δf為頻率的分辨率,T為采樣時(shí)長(zhǎng)),25h的時(shí)間觀測(cè)長(zhǎng)度并不能夠分離同一潮族的分潮(比如關(guān)注的O1和K1、M2和S2);為了對(duì)不同分潮的貢獻(xiàn)有更清楚的認(rèn)識(shí),基于沙埕港灣口附近的歷史數(shù)據(jù),引入上述分潮的差比關(guān)系來分離同一潮族的不同分潮,最終選定O1、K1、M2、S2、M3、M4共 6 個(gè)分潮做出對(duì)應(yīng)分潮的潮流橢圓,如圖3所示。

圖3 沙埕港灣口水道潮流橢圓垂向分布Fig.3 The vertical distribution of the tidal current ellipse in the Shachenggang Channel

從沙埕港灣口潮流橢圓的情況來看,振幅最為顯著的為 M2分潮,其值遠(yuǎn)大于其他分潮,沿參考斷面M2分潮的潮流橢圓長(zhǎng)軸最大可達(dá)0.72m/s,出現(xiàn)在灣口中部表層區(qū)域,M2分潮長(zhǎng)軸的最小值為0.44m/s,出現(xiàn)在參考斷面最北側(cè)的底層區(qū)域。從空間整體分布來看,M2分潮長(zhǎng)軸值最大位于沙埕港灣口中部,從中部至兩側(cè)逐漸減小,且南側(cè)值衰減較北側(cè)小,也就是說南側(cè) M2長(zhǎng)軸值大于北側(cè)。垂直方向 M2分潮的長(zhǎng)軸值在參考斷面北側(cè)表現(xiàn)為表底一致,而在斷面的中部和南側(cè)則表現(xiàn)為底層值略小,中上層區(qū)域值略大的分層結(jié)構(gòu)。推測(cè)造成這種現(xiàn)象的原因是底摩擦對(duì)潮流的影響,北側(cè)水深較南側(cè)淺,底摩擦對(duì)潮流的影響較為顯著,故而 M2分潮長(zhǎng)軸值較小而斷面中部和南部由于水深較深,潮流受底摩擦的影響相對(duì)較小而值較大。同理可推測(cè)參考斷面中部和南側(cè)分層的現(xiàn)象也是受底摩擦影響,由于北側(cè)底摩擦影響更顯著故而北側(cè) M2長(zhǎng)軸值垂直均勻分布。M2分潮潮流橢圓的橢圓率大都在 0.05以下,表現(xiàn)出很強(qiáng)的往復(fù)流的特點(diǎn),在沙埕港斷面中部的中上層橢圓率在 0.1左右,旋轉(zhuǎn)性較強(qiáng),這也符合狹長(zhǎng)水道以往復(fù)流為主,水道中部由于受岸線影響較小而旋轉(zhuǎn)性強(qiáng)的特征。M2分潮主軸傾角主要為 100°—130°,基本沿沙埕港水道主軸方向,傾角由北側(cè)向南側(cè)逐漸增大,最大值出現(xiàn)在南側(cè)表層區(qū)域,潮流橢圓的傾角變化與沙埕港灣口的地理特征是一致的。此外,和狹長(zhǎng)水道的特征不同,參考斷面北側(cè)S10點(diǎn)M2分潮表現(xiàn)出了較強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)性,橢圓率可達(dá) 0.2,根據(jù)走航現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況推測(cè),造成此現(xiàn)象的原因是走航參考斷面位于沙埕港北側(cè)岸線的轉(zhuǎn)折處。西北-東南走向的北側(cè)岸線進(jìn)入沙埕港后迅速折為東北-西南方向,觀測(cè)獲得的海流資料在轉(zhuǎn)折處受岸線約束而流向變化復(fù)雜,表現(xiàn)出較強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)性。

振幅僅次于M2分潮的是S2分潮,但是其長(zhǎng)軸量值要比 M2小很多,為 0.2—0.32m/s,約為 M2分潮的一半,S2分潮的空間分布特征和旋轉(zhuǎn)性都和 M2分潮非常接近,其北側(cè)S10站處海流的旋轉(zhuǎn)性也較大。接下來是代表淺水分潮的M4(走航資料觀測(cè)時(shí)間較短給出的 M4分潮實(shí)際上包含整個(gè) 1/4日潮族)和代表的1/3日分潮的M3分潮,其潮流橢圓長(zhǎng)軸量值為0.08—0.2m/s,空間分布特征和旋轉(zhuǎn)性也與M2分潮類似,但是旋轉(zhuǎn)性更強(qiáng),橢圓率最大可達(dá) 0.3。再次為全日潮族的 O1和 S1分潮,其振幅最為微弱,為 0.01—0.09m/s,從圖上可以看到其傾角與 M2分潮類似,基本沿沙埕港灣口水道主軸方向,但是其旋轉(zhuǎn)性比半日分潮更強(qiáng)。

2.2 余流

鮑獻(xiàn)文等(2008)的研究結(jié)果表明沙埕港水道海流以潮流為主,且半日分潮對(duì)潮流貢獻(xiàn)最大,其他分潮貢獻(xiàn)較小,M2分潮周期為 12.42h,S2分潮為 12h,如果對(duì)25h走航資料取平均,可以濾去大部分潮流信號(hào),獲得沙埕港灣口的余流空間結(jié)構(gòu),結(jié)果如圖4所示。

圖4 沙埕港水道斷面余流結(jié)構(gòu)U(m/s,a)和V(m/s,b)Fig.4 East-west component U(m/s,a)and the north-south component V(m/s,b)of residual current in the transection of the Shachenggang Channel

對(duì)于沙埕港灣口斷面余流東分量U,可以清楚地看到灣口斷面U分量呈分層分布,入流為負(fù)值,基本表現(xiàn)為從整個(gè)中下層向西流入沙埕港,在水道中間偏北處(27.1638°N)入流的范圍最大可直達(dá)表層,形成一個(gè)突出的脊從而將表層出流一分為二。入流流速隨水深變深而增加,其核心位于 27.1626°—27.1638°N的下層區(qū)域,流速為0.06m/s以上,最大值為 0.08m/s,位于斷面南側(cè);流核在北側(cè)上翹至 15m處,形成的脊?fàn)钔黄鹬敝帘韺?中心流速約為0.07m/s,表層入流則十分微弱,約為 0.01m/s?？傮w而言,入流流速水平方向變化較為平緩,這說明海水進(jìn)入沙埕港水道時(shí)比較均勻,沒有明顯的強(qiáng)側(cè)和弱側(cè)之分。而水道上層U分量基本為正值,向東流出灣口,出流南側(cè)流幅較寬但影響深度較淺,約為 7m左右,水平方向變化較為平緩,在 27.1634°N處開始上翹;東向出流北側(cè)流幅較窄但深度范圍可達(dá)10m,在水平方向上2側(cè)變化都較平緩,流速等值線微微向脊的方向翹起。對(duì)于流速量值方面,東向出流流速最大值為 0.05m/s,位于灣口斷面南側(cè)表層區(qū)域,北側(cè)出流最大值為 0.03m/s,同樣位于表層區(qū)域,出流從表向下呈逐漸減弱的趨勢(shì)。對(duì)于東向出流而言,南側(cè)的流速和影響面積大于北側(cè),這說明海水主要從南側(cè)流出沙埕港。推測(cè)此現(xiàn)象的原因?yàn)榇杭緰|風(fēng)的影響,由于春季風(fēng)力較弱影響深度有限,故中下層的入流沒有此現(xiàn)象。

對(duì)于V分量,同樣有比較明顯的分層結(jié)構(gòu),入流為正值且集中在26.1628°—26.1643°N的中下層區(qū)域,等值線呈拱形,在北側(cè)邊界附近等值線較為密集,入流中心位于26.1638°N、深度15m水深附近區(qū)域,最大流速為0.05m/s,中心平均流速約為0.04m/s。南向出流為負(fù)值,主要位于中上層區(qū)域,在灣口斷面南側(cè)出流影響的垂向范圍最大,可直達(dá)底部,出流垂向范圍最小位于入流流核上部7m水深附近。出流流速較入流大,最大位于灣口斷面兩側(cè)的表層,為 0.1m/s,斷面中部表層流速較弱為 0.04m/s,垂直方向上流速基本呈從上到下逐漸減小的趨勢(shì)。出流與U方向表層出流類似,也有南側(cè)出流強(qiáng)于北側(cè)特點(diǎn)。

總體來說,在沙埕港灣口水道斷面,東南向流出沙埕港的海流主要集中在水道上層,約為 10m以淺的區(qū)域,而且具有較為明顯的出流偏向南側(cè)的現(xiàn)象,入流的位置主要位于水道的中下層區(qū)域,整個(gè)灣口斷面呈“底進(jìn)表出”的結(jié)構(gòu)。

為了更直觀的了解沙埕港灣口斷面的余流空間分布特征,本文給出了沿參考斷面的余流矢量的空間分布圖(圖5)。可以清楚地看到水道上層基本為東南向的出流,且出流流速和垂向深度自水道兩側(cè)向水道中心遞減,斷面中心表層區(qū)域入流幾乎為 0。除S10點(diǎn)附近受岸線影響出流方向接近180°外,其余區(qū)域絕大部分出流的方向?yàn)?130°左右,基本沿沙埕港灣口水道的主軸方向。至于中下層入流情況則略為復(fù)雜,位于斷面中部的大部分區(qū)域?yàn)槲鞅毕虻娜肓?入流的方向大約為300°,基本與出流的方向相反,斷面北側(cè) S9中下層區(qū)域受岸線影響入流方向約為 270°,北向余流分量近乎消失。斷面南側(cè)S1—S3站入流方向從 235°逐漸增大至 270°,結(jié)合沙埕港灣口南側(cè)的岸線可以發(fā)現(xiàn)灣口南側(cè)岸線有 1個(gè)指向西南方的小凹陷,故而造成入流略向南偏。整個(gè)斷面余流矢量隨深度順時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)流的深度自南向北逐漸變淺,27.1638N°表層出流近乎消失,后轉(zhuǎn)流深度開始增加,于S9站附近位置達(dá)到最大值,最大轉(zhuǎn)流深度為12m。S10站則因受水深較淺和北側(cè)岸線的影響,余流矢量不隨深度旋轉(zhuǎn),全深度表現(xiàn)為偏南向流。

2.3 納潮量

圖5 灣口水道斷面余流垂向矢量圖Fig.5 The vertical vector of residual currents along transaction

其中tS和tE分別代表觀測(cè)的起始和結(jié)束時(shí)間,dt為觀測(cè)時(shí)間間隔,這里取走航一次的時(shí)間 12min;Zb表示觀測(cè)斷面的深度,dz為垂向單元的厚度,這里取為測(cè)層厚度 1m,Xall和Yall分別為觀測(cè)斷面沿東西和南北方向的長(zhǎng)度。由于ADCP的自身特性,獲得的海流序列存在一定程度的表層和底層盲區(qū);而受岸線和水深的影響,走航路線很難涵蓋整個(gè)灣口斷面,所以對(duì)于走航獲得的潮流序列,通常會(huì)存在底層、表層和斷面兩側(cè)的盲區(qū)。本次計(jì)算考慮了表層和底層的盲區(qū)的影響,使用相近層次的數(shù)據(jù)進(jìn)行近似處理,由于缺少相應(yīng)的觀測(cè)和歷史參考資料,本次計(jì)算未考慮斷面兩側(cè)盲區(qū)則。

從圖6可以看出,2006年4月28日16時(shí)—22時(shí)50分,進(jìn)入沙埕港的海水體積為1.63×108m3,28日22時(shí)50分—次日4時(shí)15分,流出沙埕港的海水體積為1.57×108m3,而28日10時(shí)—16時(shí),流出沙埕港的海水體積為1.71×108m3,為本次觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)最大值。走航觀測(cè)開始時(shí)(農(nóng)歷四月初一),沙埕港海域正處于朔望大潮 ,故而通過斷面海流計(jì)算所得的納潮量表現(xiàn)出隨時(shí)間減小的現(xiàn)象。

圖6 沿?cái)嗝娣e分的累計(jì)水體體積Fig.6 Cumulative tidal flux integrated along transaction切線斜率為正值:流入灣內(nèi)

3 結(jié)論

本文基于沿沙埕港灣口斷面走航獲得的 25h潮流序列,構(gòu)建了S1—S10共10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的等時(shí)間間隔連續(xù)海流數(shù)據(jù)。基于上述10個(gè)站點(diǎn)的海流序列對(duì)沙埕港灣口斷面的潮流特征,余流結(jié)構(gòu)和納潮量進(jìn)行了分析,結(jié)論如下:

1)沙埕港灣口水道海流主要以潮流為主,潮流的類型為正規(guī)半日潮流,潮流的方向基本沿灣口水道的主軸方向。結(jié)合附近的水位觀測(cè)進(jìn)行潮流的分析對(duì)比可知,漲、落潮歷時(shí)均為6h左右,最大漲、落潮流出現(xiàn)在半潮面附近,高、低潮時(shí)潮流的流速最小。漲、落潮順序各層次基本一致,漲潮時(shí)中下層提前約30min轉(zhuǎn)流,落潮時(shí)表層提前30min轉(zhuǎn)流。

2)根據(jù)對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)海流數(shù)據(jù)的調(diào)和分析結(jié)果,沙埕港灣口水道潮流表現(xiàn)為十分明顯的半日潮流,主太陰半日分潮流 M2振幅最為顯著,最大分潮流可達(dá)0.73m/s,主太陽半日分潮流S2振幅次之,約為M2振幅的1/2略少。M2分潮流最大值位于沙埕港灣口水道斷面中部表層區(qū)域,沿?cái)嗝嫦騼蓚?cè)減小。整個(gè)斷面M2分潮流表現(xiàn)出較強(qiáng)的往復(fù)性,傾角為 100°—130°,基本沿水道主軸方向,只在靠近北側(cè)岸線的S10點(diǎn)附近表現(xiàn)出略強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)性。S2分潮流的空間分布和 M2分潮流十分類似,其他的分潮流振幅很小但表現(xiàn)出更強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)性。

3)觀測(cè)獲得的沙埕港灣口水道余流在垂向呈較為明顯的2層結(jié)構(gòu),上層基本以東南向出流為主,且出流流速和垂向深度自水道兩側(cè)向水道中心遞減,斷面中心表層區(qū)域入流幾乎為零,出流流速最大約為 0.1m/s,位于水道南側(cè);中下層入流的情況較為復(fù)雜,大部分區(qū)域?yàn)槲鞅毕蛉肓?南側(cè)區(qū)域受岸線影響入流方向在 235°—270°左右;余流矢量大都隨深度順時(shí)針旋轉(zhuǎn),S10站附近受水深較淺和岸線的影響,余流方向接近180°。

4)對(duì)沙埕港納潮量的估計(jì)表明,通過走航觀測(cè)斷面進(jìn)入沙埕港的潮通量約為1.63×108m3,因?yàn)橛?jì)算未考慮兩側(cè)盲區(qū)部分對(duì)納潮量的貢獻(xiàn),故而估算的納潮量應(yīng)比真實(shí)的納潮量小。

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