后水湾网箱养殖区五测站两周日海流观测的准调和分析

张静，王忠良，汤保贵，周晖，张健东，陈刚

（1. 广东海洋大学 水产学院，广东 湛江 524025；2. 广东海洋大学南海水产经济动物增养殖广东普通高校重点实验室，广东 湛江 524025）

后水湾（19°50′00″-19°56′20″N，109°19′00″-109°34′20″E） 位于海南岛西北部，琼州海峡西口，介于洋浦湾与澄迈湾之间，湾口中央有邻昌礁和头排为天然屏障，避风条件良好，是一个具有一定开发价值的天然海湾。全湾总面积127 km2，其中，0 m 等深线以深水域面积约83 km2，海滩面积36 km2，岛礁面积8 km2。海湾成东西向展布，东西长约27 km，南北宽约11.5 km，海湾大陆岸线长约75.4 km，基本上属基岩港湾海岸。邻昌礁是个独特的岛屿，涨潮时，整个岛屿被淹没；退潮时，整个礁盘露出水，面积约3～4 km2，邻昌礁及头排将海湾口门分为东西两个出口，东口宽约4.1 km，西口宽约8.2 km（中国海湾志编纂委员会，1999）。后水湾湾内港阔水深，岩礁遍布，生物资源密集，具有发展海洋产业多样化的良好基础；后水湾建港条件优越，由于邻昌礁的存在，避风条件良好，建有多处锚地，适宜建设中、小型渔港；同时由于自然环境条件优越，是发展旅游业的理想选址。

后水湾海洋水文资料十分贫乏，无波浪、海流的观测资料，唯有一个新盈潮位站。本文利用后水湾网箱养殖区五测站的两周日观测资料，对后水湾的潮流进行准调和分析，以便进一步得出该海区潮流的一些特征，为后水湾的港口建设、深水网箱养殖及旅游发展提供基础资料。

1 观测资料及处理方法

本文采用2012年7月和8月广东海洋大学水产学院对后水湾5 个站位进行的两周日连续25 h海流观测资料（取样时间1 h）。根据潮流调和分析原理，能够互相分离的分潮之间的最小频率间隔与观测时段的长度有关，当分潮之间的会合周期显著大于观测时段长度时，必须引入已知的关系（陈宗镛，1980）。在准调和分析中，可以有两种办法，一种是进行两次以上周日观测，以便得到4 个以上的求解方程——不引入差比关系方法；另一种办法是进行一次周日观测，同时在两个分潮流之间引入某种关系（差比关系） 以获得求解的方程——引入差比关系方法（方国洪等，1986）。本文采用的是两周日的观测，因此通过不引入差比数的方法计算各站位表层（水面下0.5 m）、中层（0.6 H，H 为瞬时水深）、底层（海底上1.0 m） 的O1、 K1、M2、 S2、 M4、 MS46 个主要分潮流的调和常数、椭圆要素、余流。后水湾地形图、潮汐预报点及测站站位如图1 所示。

图1 后水湾站位图

2 计算结果及分析

2.1 调和常数

对上述海流观测资料进行潮流准调和分析，可得到O1、K1、M2、S2、M4、MS46 个主要分潮流的调和常数和观测期间的余流值如表1 所示。

表1 5 个站位调和常数和余流

站位F1 表、中、底层均为全日潮流起主要作用，而半日潮流的作用要弱于全日潮流；在全日潮流中，K1为主要全日潮流，且其北分量均大于东分量；在半日潮流中，M2为主要半日潮流，且其北、东分量量值相当；而浅水潮流M4和MS4的作用相当且作用不大。站位F2 表、中、底层各分潮的作用变化规律不明显，但基本上在北分量上是以全日潮流起主要作用且以为主要全日潮流，而在东分量上是以半日潮流起主要作用且以为主要半日潮流；除分潮外，分潮的作用与分潮的作用相当；而浅水潮流和的作用相当且作用不大。站位F3 表、中、底层在北分量上基本以全日潮流起主要作用且以为主要全日潮流，而在东分量上基本上以全日潮流和半日潮流为主，分潮作用较分潮略弱；F3 站位表层北分量的主要全日和半日潮流振幅均比F1和F2 站位减小近一半。F4 站位表、中、底层各分潮的作用差异较大，北分量在表层以浅水分潮的作用最大，其次是半日分潮，而全日分潮的作用很小；在中层以全日分潮的作用最大，其次是浅水分潮，而半日分潮的作用很小；在底层又以半日分潮的作用最大，其次是浅水分潮，而全日分潮的作用很小，因此，F4 站位的北分量上浅水分潮的作用明显加强了；而在东分量上，基本保持着以全日潮流占绝对优势，而半日分潮次之，浅水分潮最小。F5 站位各层在北分量上基本以全日潮流为主，半日潮流次之；而在东分量上基本以半日潮流为主，全日潮流次之。总的来说，从F1 到F5 站位，各分潮北分量基本以全日潮流为主，其次为全日潮流和半日潮流；从湾口到湾内，主要分潮的振幅逐渐降低；且越靠近湾内，浅水分潮的作用越大。各分潮东分量仍以全日潮流为主，但半日潮流的作用增大，可以达到与全日潮流相当的作用；而浅水分潮的作用很小；且F4 和F5 站位的主要分潮振幅明显大于F1、F2 和F3 站位。从北、东分量的振幅变化来看，显然与口门处邻昌礁的存在而形成的地形有关。

2.2 观测期间的余流

从表1 可见，5 个站位观测期间的余流值在表、中、底层的分布并不一致，但基本以中层的余流值最大，在实测中我们也发现，各站位最大流速往往不是出现在表层，而是出现在中层，一方面可能是由于口门处邻昌礁的存在而引起，另一方面可能由于后水湾水深较深，空气对海面的摩擦引起的（郑斌鑫等，2009）。最小余流值因站位不同表、底层均出现过。由于F2、F3 和F4 站位是在网箱养殖区内测得的，受地形、风向风速及网箱的影响，在大、小潮期间余流值大小无一定的变化规律；但处于两个开边界的F1 和F5 站位的余流值明显大于其它站位。大、小潮期间，各站位的表层余流基本指向西北-北-东北向，即朝向湾外；而中、底层余流基本指向西南-南-东南向，即朝向湾内，但在F4、F5 站位这个朝向使海水向避风锚地一侧流动，最终通过口门的西口流向湾外，因此，通过上、下层海水的运动，海区内物质最终可以向湾外输运。

2.3 潮流椭圆要素

为了进一步分析潮流的一些特性，通过分潮流的调和常数分别计算出6 个主要分潮流的潮流椭圆要素（表2） 和潮流性质（表3）。

2.3.1 潮流性质

潮流的性质，可根据潮流系数F=（WK1+WK1）/WM21的大小来判断：规则半日潮流F≤0.5；不规则半日潮流0.5＜F≤2.0；不规则全日潮流2.0＜F≤4.0；规则全日潮流4.0＜F（交通部第一航务工程勘察设计院，2004）。由表3 可知，整个海区以不规则全日潮流为主，从最北的海区边缘站位F1 向湾内靠近避风锚地的站位F5，潮流性质由不规则全日潮流变为不规则半日潮流，表明湾内半日潮流的作用进一步加强。

2.3.2 可能最大流速

2.3.3 各分潮流最大流速的垂直分布特征

由表2 中各站位各分潮的最大流速、最大流速的发生时间可以看出，5 个站位各个分潮的最大流速基本上都是中层最大，而由于受到海面空气摩擦和海底地形摩擦的影响，最大流速在表层和底层均较小，与前文分析的余流流速垂直分布特征相似。全日潮流的最大流速在F1 和F2 站位最先发生在底层，而后是中层和表层；在F3、F4 和F5 站位逐渐过渡到最先发生在表层，而后是中层和底层。全日潮流的最大流速在五个站位基本都是最先发生

在表层，而后是底层和中层。半日潮流的最大流速在5 个站位基本都是最先发生在底层，而后是中层和表层。对于全日潮流、和半日潮流来说，它们的最大流速发生时间间隔均较短，最大不超过1.5 h；而对于半日潮流和浅水潮流，它们的最大流速发生时间在垂向上并无一定的规律，但表、中、底层的最大流速发生时间间隔明显变化较大，最大可相差5.6 h。

表2 5 个站位椭圆要素

表3 5 个站位潮流性质

2.3.4 潮流运动形式

由于海区的潮流性质为全日潮流，所以潮流的运动形式一般以分潮的潮流椭圆来表示（见图2）。结合表3 的旋转率值（为正表明潮流逆时针旋转，为负表明潮流顺时针旋转） 可以看出，站位F1 表层呈现出逆时针旋转流性质，而中、底层是明显的往复流性质；站位F2 和F3 表层呈现出逆时针旋转流性质，中层已经呈现出往复流的性质，到了底层已是明显的往复流了；站位F4 表、中、底层均呈现出明显的往复流性质；站位F5 表、中、底层均呈现出往复流的性质，但表、中层略带有逆时针旋转流的性质，到了底层变成了略带有顺时针旋转流的性质。总的来说，后水湾网箱养殖区表层海水由于邻昌礁的时没时出，基本呈现出逆时针旋转流的性质，从湾口站位F1 至湾内站位F4，表层海水由旋转流过渡到往复流而后在湾内另一个开边界站位F5 处，表层海水由往复流又变为略带旋转流性质的往复流；而中、底层海水由于一直受到邻昌礁的约束，基本呈现出明显的往复流性质。

图2 5 个站位表、中、底层K1 潮流椭圆示意图

3 结语

由后水湾网箱养殖区五测站两周日海流观测资料的分析可知，后水湾主要为全日潮流海区，从最北的海区边缘向湾内靠近避风锚地，潮流性质由不规则全日潮流变为不规则半日潮流，表明湾内半日潮流的作用进一步加强。从湾口到湾内，各分潮北分量基本以全日潮流为主，其次为全日潮流和半日潮流，主要分潮的振幅逐渐降低，且越靠近湾内，浅水分潮的作用越大；各分潮东分量仍以全日潮流为主，但半日潮流的作用增大，可以达到与全日潮流相当的作用，而浅水分潮的作用很小。在观测的大、小潮期间，最大余流值基本出现在中层，且处于两个开边界的F1 和F5 站位的余流值明显大于其它站位；各站位的表层余流基本指向西北-北-东北向，即朝向湾外；而中、底层余流基本指向西南-南-东南向，即朝向湾内，通过上、下层海水的运动，海区内物质最终可以向湾外输运。整个海区可能最大流速表层在29～70 cm/s 之间；中层在43～62 cm/s 之间；底层在30～47 cm/s 之间。表层海水基本为逆时针的旋转流运动；而中、底层海水由于一直受到邻昌礁的约束，基本为往复流运动。

本文所得结果有助于加深对后水湾潮流特性的进一步了解，并为潮流数值模拟提供校验的实测数据。为进一步进行海区内污染物环境容量研究提供依据。

陈宗镛，1980.潮汐学.北京：科学出版社，161-192.

方国洪，郑文振，陈宗镛，等，1986.潮汐和潮流的分析和预报.北京：海洋出版社，98-131.

交通部第一航务工程勘察设计院，2004.海港水文规范.北京：人民交通出版社，105-108.

郑斌鑫，廖康明，曾志，等，2009.东山湾潮流动力特征研究.台湾海峡，28（4）：546-552.

中国海湾志编纂委员会，1999.中国海湾志第十一分册（海南省海湾）.北京：海洋出版社，277-306.