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发布时间：2024-01-12 16:58:52 来源：文档文库
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第１期 ２０１５年２月 水利水运工程学报 Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１５ ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９—６４０Ｘ．２０１５．０１．００８ 童朝锋，王俊杰，张青．兴化湾潮汐潮流特性及工程影响分析［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１５（１）：５３－６０．（ＴＯＮＧ Ｃｈａｏ．ｆｅｎｇ， ＷＡＮＧ Ｊｕｎ－ｊｉｅ，ＺＨＡＮＧ Ｑｉｎｇ．Ｔｉｄａｌ ｒｅｇｉｍｅ ａｎｄ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｗｏｒｋｓ ｉｎ Ｘｉｎｇｈｕａ ｂａｙ ｏｎ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ—Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５（１）：５３—６０，） 兴化湾潮汐潮流特性及工程影响分析 童朝锋 ，王俊杰 ，张（１．河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京青 ２１００９８；２．河海大学港口海岸与近 海工程学院，江苏南京２１００９８） 摘要：福建省兴化湾内大量围填、疏浚工程建设直接影响湾内水动力环境。依据２００９年２月水文观测资料，对 实测资料进行分析，并利用潮汐调和分析、潮流准调和分析、潮流数值模拟等方法得到了兴化湾海区的潮汐、潮 流特性以及湾内工程前后的潮位、潮流场和余流场特征。分析研究表明，兴化湾潮汐属于正规半１３潮，浅水效 应较弱；潮流为不正规半１３潮流，浅海分潮作用较强；湾内潮波逐渐有驻波特征，形成湾内潮波的两股潮流流向 稳定，呈往复流，其中兴化水道潮流涨潮占优，南日水道潮流落潮占优；工程实施后，基于调和常数的２０１３年７ 月潮位预报与实测潮位吻合较好，同时潮汐潮流性质不变，在港池、航道水域流速有所增加；兴化、南日两水道 涨、落潮通量均减小，全湾纳潮量有所减少；湾内余流场整体不变，口门处涡漩有所加强。 关 键 词：兴化湾；潮汐潮流；调和分析；水流动力特性；潮流通量 中图分类号：Ｐ７３１．２３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９－６４０Ｘ（２０１５）Ｏ１一ｏ０５３—０８ 兴化湾位于福建省沿海中部，与福州市、福清市和莆田市相接，由北部和东北部的龙高半岛、西部莆田平 原和南部石城半岛所环抱。湾内水域宽阔，东西长达５０ ｋｍ，南北宽约２１ ｋｍ，面积约８００ ｋｍ 。海湾略呈长 方形，沿东南一西北方向。湾口受南１３群岛掩护和分割，北侧为兴化水道，西侧为南１３水道。两水道水深条 件良好，深泓水深均在２０ ｍ以上，兴化水道最深可达５０ ｍＩ１－２］。 根据兴化湾深水港区总体布局规划，江阴作业区规划码头岸线１５．１ ｋｍ，各类生产泊位５４个，江阴作业 区西部以集装箱、杂货为主，东部以第五代和第六代集装箱和大型散货为主。同期规划建设的还有木兰溪人 海口南侧和石城作业区西南侧的围填工程。港口建设中的围填和疏浚导致兴化湾海区的地形和岸线条件均 被改变，考虑到围填、疏浚工程对兴化湾海域水动力环境的可能影响，在２００９年２月水文观测资料的基础 上，运用潮汐潮流调和分析，潮流数值模拟等方法对湾内工程前后潮汐、潮流特性展开研究。 １ 数据来源和研究方法 现场水文测量在２００９年２月ｌ１至１２ １３大潮期间进行。流速和流向测量采用ＳＬＣ９－２直读式海流计，各 垂线测点数根据实际水深情况采用分层法施测。同步进行潮位站连续１个月潮位观测，潮位均采用ＲＢＲ自动 验潮仪测量，每１０ ｍｉｎ测量一次，在测量结束后根据水尺零点高程对潮位测量值进行修正。测点布置见图１。 调和分析是根据观测资料通过最小二乘法进行分析，计算各调和常数组成的过程 。潮汐调和分析 收稿日期：２０１４—０６－１５ 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（５１３３９００５）；交通运输部河口海岸交通行业重点实验室开放课题资助项目 （ＫＬＥＣＥ２０１３０２）；水文水资源与水利工程科学国家重点实验室资助项目（２０１０５８５３１２） 作者简介：童朝锋（１９７３一），男，浙江宁波人，副教授，博士，主要从事河口海岸动力学研究。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈａｏｆｅｎｇｔｏｎｇ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｏｎ
第１期 童朝锋，等：兴化湾潮汐潮流特性及工程影响分析 ５５ ２结果与分析讨论 ２．１潮位特征与分析 潮位特征分析选取江阴岛壁头、石城作业区、牛头尾和南日岛四站，前两站代表湾内的左右两岸、后两站 代表湾口的左右岸。各站潮汐特征值统计见表１，统计表明，平均海平面０．２０ ｍ（高程数据均基于８５高程）， 最高潮位３．８２ ｍ，最低潮位一３．８８ ｍ；兴化湾海区平均潮差均大于５．００ ｍ，最大潮差大于６．５０ ｍ，属强潮海 区。就潮汐特征值时空分布而言，湾内平均海平面要大于湾口；湾内潮差比湾口大，靠近湾底潮的江阴岛壁 头站最大潮差达到７．４２ ｉｎ；北岸平均高潮位稍大于南岸，平均低潮位相反，北岸潮差大于南岸；各站均具有 落潮流历时稍长于涨潮流历时的特征。 兴化湾湾口过水断面较宽而湾底较窄，潮波由湾外向湾内传播过程中，由于受到地形的影响，有一定的 壅水作用，水位抬高，导致湾内两潮位站潮位均高于口门处潮位，湾内平均海平面高于湾口。通过对大潮期 的潮流数值模拟，得到涨落急时兴化湾内位于同潮时线上的江阴岛壁头和石城作业区站的横向水位差，涨潮 时，江阴岛壁头站水位大于石城作业区站０．２７ １ＴＩ，落潮相反，石城作业区站比江阴岛壁头站高出０．４２ １ＴＩ。导 致南北岸横向水位差的原因主要是地形和科氏力。根据科氏力对横比降的影响关系 ，有： ｔａｎ Ｏ／＝０．０００ ０１４ ８４ ｌ Ｖ ｌ ｓｉｎ∞ 其中： 为水面倾斜角； 为流速，涨、落急流速约１．０ ｍ／ｓ； 为地理纬度，约为２５。。横向宽度取１０ ｋｍ，估算 出科氏力对横向水位差的贡献为０．０５ ｉｎ。因此，产生南北岸横向水位差的主要因素为地形变化。 表１兴化湾潮位站潮汐特征统计 Ｔａｂ．１ Ｔｉｄｅ ｒｅｃｏｒｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｘｉｎｇｈｕａ ｂａｙ 潮位／ｍ 潮位站 潮差／ｍ 历时／ｈ 最高潮位最低潮位平均高潮位平均低潮位平均海平面最大潮差平均潮差平均落潮历时平均涨潮历时 调和分析上述四站２００９年２月逐时潮位，各站５个主要分潮的调和常数见表２。可以看出，兴化湾潮汐 的各个分潮中，半日分潮占绝对优势，Ｍ 分潮振幅日最大，分别为２．２２，２．０９，２．２３和２．Ｏ１ ｎｌ。潮汐性质比 值（ ＋ 。。）／Ｈ 均小于０．５，浅水影响系数均较小，属正规半日潮，潮汐浅水作用相对较弱。潮波从湾外向 湾内传播，Ｋ 和０ 天文全日分潮有所减小，Ｍ：和Ｓ：天文半日分潮振幅均有所增加，迟角ｇ没有明显变化，Ｍ 浅水分潮有所增大。潮波从湾外向湾内传播过程中，由于地形外宽内窄，浅水非线性作用增强，潮波能在频 率上的分布从低频区向高频区迁移，全日分潮振幅有所减小，而半日潮和Ｍ 分潮振幅则有所增加。分析表 明深槽左右两侧分潮调和常数没有明显不同。 表２潮位调和分析结果 Ｔａｂ．２ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｉｄａｌ ｌｅｖｅｌ ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎａｌｙｓｅｓ
５６ 水 利 水 运 工 程 学 报 ２０１５年２月 ●０ Ｏ Ｏ ０ ０ ８ ６ ４ ２ Ｏ２．２潮流特征与分析 潮流调和分析选用Ｖ１～Ｖ４测点观测数据（见表３），其中Ｖ１代表江阴岛壁头工程区，Ｖ２代表航道中段， Ｖ３，Ｖ４分别代表南日口门和兴化口门。从表３可以看出Ｖ１一Ｖ４垂向平均流速的（Ｗｏ ＋Ｗｘ ）／ 比值均小 于０．５，半日潮流占绝对优势，属半日潮流。ＷＭ ／ 的值基本在０．０５～０．２７之间，说明兴化湾潮流受浅海 分潮的影响比较显著，所以，兴化湾海区属不规则半日浅海潮流。 潮流的运动形式通常可以分为旋转流和往复流两种，旋转流是潮流运动的基本形式，一般在外海和开 阔的海域为旋转流，在近岸区、海峡、水道、河口等以往复流为主Ⅲ１ 。Ｖｌ～Ｖ３点的潮流椭圆率Ｋ较小，说明 Ｖ１～Ｖ３点处潮流均为往复流，Ｖ４点潮流椭圆率偏大，是由于受到附近众多小岛屿的影响，同时各站位实际 ｎ ０ ０ 江阴岛壁头站和牛头尾站潮位和潮流过程线比较见图３。潮波在兴化湾口门处仍保持前进波特性，从 、 ． 一测量流速涨、落潮平均流向，涨、落潮流速峰值的流向，相差约１８０。。所以兴化湾内的潮流主要是往复流。 一６ ４ ２ ０ 口门向湾内传播，由于受到底摩擦和岛屿、地形的反射作用，相位差逐渐变大，在江阴岛壁头附近处，已经出 现了一些驻波的特点，即潮位最高时，流速为零；半潮面时，流速最大。 表３潮流调和分析结果 Ｔａｂ．３ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｉｄＭ ｃｕ￣ｅｎｔ ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎ￣ｙｓｅｓ ４ ３ ２ ０ ＼ 量 ＼ １ ３ ５ ７ ９ １１ １３ １５ １７ １９ ２１ ２３ ２５ ２７ 时间／ｈ ｆａ１牛头尾 时间／ｈ （ｂ）江阴岛壁头 图３牛头尾站和江阴岛壁头站潮流、潮位过程线（起始时刻为２００９－０２—１１Ｔ１０：００） Ｆｉｇ．３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｉｄａｌ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｔｉｄａｌ ｅｕ￣ｅｎｔ 利用潮流模型模拟潮流运动。图４为工程实施前涨、落急时刻流场图。兴化湾内潮流主要是由兴化水 道和南日水道两股潮流形成，其中兴化水道的水流动力变化特征强于南日水道，湾内南侧海区主要受南日水
水 利 水 运 工 程 学 报 ２０１５年２月 ［９］ＷＡＲＲＥＮ Ｉ Ｒ，ＢＡＣＨ Ｈ Ｋ．ＭＩＫＥ ２１：ａ ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｅｓｔｕａｒｉｅｓ，ｃｏａｓｔａｌ ｗａｔｅｒｓ ａｎｄ ｓｅａｓ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｏｆｔｗａｒｅ， １９９２，７（４）：２２９－２４０． ［１０］金元欢，沈焕庭．科氏力对河口分汊的影响［Ｊ］．海洋科学，１９９３（４）：５２．５６．（ＪＩＮ Ｙｕａｎ．ｈｕａｎ，ＳＨＥＮ Ｈｕａｎ—ｔｉｎｇ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｃｒｉｏｌｉｓ’ｆｏｒｃｅ ｏｎ ｅｓｔｕａｒｉｎｅ ｂｒａｎｃｈ ｉｔｃｒｄｌ 