象山港潮汐通道潮波变化特征及其影响因素分析

吴清松，施伟勇，许雪峰，宋泽坤

（国家海洋局第二海洋研究所 工程海洋学重点实验室，浙江 杭州 310012）

象山港水域位于浙江省北部沿海，北靠杭州湾，南临三门湾，东侧为舟山群岛。象山港由象山港狭湾、牛鼻山水道和佛渡水道三部分组成，湾口的六横岛把象山湾口外区域分成了东南的牛鼻山水道和东北的佛渡水道，象山港水域主要通过这两个水道同东海进行水交换。

狭湾呈窄长形状，狭湾内的潮波变化特征较为单一，且由于湾内调查资料较多，湾内的潮波及其变化特征已经比较清晰（曹欣中等，1995；董礼先等，1999a；董礼先 等，1999b；韩松林 等，2014；吴晓燕等，2009；周鸿权等，2014；朱军政，2009）：潮差由口门向湾内逐渐增大，在湾口为涨落潮历时相当，由湾口向湾内涨潮历时逐渐增大，落潮历时逐渐缩短；湾内涨、落潮流向基本与岸线平行，从湾口到湾顶，涨落潮流历时不对称性的变化趋势与涨落潮历时相似。

象山港东北通过佛渡水道、青龙门水道、双屿门水道与舟山海域毗邻；东南通过牛鼻山水道与大目洋相通（曾相明等，2011）。牛鼻山水道和佛渡水道周边岛屿众多、水道交错，潮波变化特征较为复杂。特别是佛渡水道，水深地形变化剧烈，西侧经过青龙门水道、双屿门水道与象山港、牛鼻山水道相连，东侧通过条帚门水道、虾峙水道、清滋门水道、老鼠门水道连接外海，东北侧为崎头洋，涨落潮流在这些水道间的此消彼长造成了舟山群岛南侧各峡道（包括佛渡水道）复杂的潮波特征（冯沈科等，2013；黄惠明等，2009；蒋国俊，2001）。

牛鼻山水道和佛渡水道潮波及其变化特征目前还不清晰，狭湾、牛鼻山水道和佛渡水道潮流的强弱及相互影响关系还不清楚。此外，在佛度水道、普沈水道等特殊水道，其水道走向为东北-西南向，与宁波-舟山内海域涨落潮流的整体走向（东南-西北向）几乎垂直，这些水道的涨落潮流方向目前还不明确。舟山群岛南侧各水道犬牙交错，峡道之间潮波互有影响，尽管舟山群岛峡道潮流受地形的影响主要呈往复流运动形式，然而在峡道交汇处（如崎头洋），潮波及其变化较为复杂。本文对狭湾、牛鼻山水道和佛渡水道及其交汇区潮波及其变化的研究，有助于舟山群岛南侧峡道及交汇区潮波的研究，可为峡道及汇合区潮波的研究提供参考。

1 资料收集与研究方法

为研究象山港水动力特征，同时为数值模型模拟、动力沉积、滩槽冲淤演变、环境质量驱动及生态驱动等专题研究提供基础资料，国家海洋局第二海洋研究所于2012年2月-3月在象山港进行了为期1 个月的潮位观测和大小潮周日连续站潮流观测。其中在狭湾口、牛鼻山水道、双屿门水道和佛渡水道布放了一个临时潮位测站，进行一个月的潮位观测；在狭湾口、牛鼻山水道和佛渡水道均布设了3 个潮流连续站，每3 个测站为一组形成了横跨各个水道的观测断面（图1）。潮位观测时间为2012年2月13日-3月12日，采样间隔为10 分钟；大潮连续站观测时间为2012年2月22日15 ∶00-2012年2月23日16 ∶00，小潮连续站观测时间为2012年2月16日9 ∶00-2012年2月17日10 ∶00，潮流采样间隔同样为10 min。

本文首先根据潮位和潮流观测资料，分析了狭湾口、牛鼻山水道和佛渡水道的潮汐和潮流特征及其差异；为了解狭湾口、牛鼻山水道和佛渡水道潮波的相互影响关系及交汇水域潮波的变化特征，开展了二维潮波数值计算，计算了2012年2月11日-3月12日狭湾口、牛鼻山水道和佛渡水道及其交汇处的流场分布。

采用MIKE21 模式，建立三角形网格下的二维潮流数值模型。模型计算采用有限元解法，计算条件如下：闭边界条件下取岸线法向流速为零，露滩采用“干湿”判别法进行处理，利用22 个分潮（2N2，MF，P1，SSA，M2，MKS2，Q1，J1，M3，MM，N2，K1，M4，MN4，K2，M6，MS4，S2，L2，M8，O1，S4）的调和常数计算并给定开边界条件，以驱动模型运算。模型计算时间为2012年2月11日-3月12日，待计算稳定后，取2012年2月13日-3月12日的计算结果进行分析。

2 观测资料分析

2.1 各水道潮汐特征比较

便于比较分析，仅显示大潮期间佛渡水道、牛鼻山水道和狭湾口潮位过程曲线（图2）。可以看出，到达高潮位的时间顺序分别为佛渡水道（大岙里）、牛鼻山水道（长沙村）和狭湾口（蒲门）潮位站，到达低潮位的时间顺序正好相反。根据2012年2月11日-3月12日的实测潮位资料，到达高低潮位的平均时间差：佛渡水道到达高潮位的时间比牛鼻山水道提前8 min，牛鼻山水道比狭湾口提前6 min；到达低潮位的时间，佛渡水道比牛鼻山水道延迟32 min，牛鼻山水道比狭湾口延迟11 min。佛渡水道、牛鼻山水道和狭湾口平均涨潮历时分别为5 时31 分、6 时11 分和6 时28 分，平均落潮历时分别为6 时54 分、6 时14 分和5 时57 分。佛渡水道、牛鼻山水道和狭湾口平均高潮位分别为1.26 m、1.50 m 和1.61 m，平均低潮位分别为-1.25 m、-1.34 m 和-1.37 m，平均高潮位依次逐渐升高，平均低潮位依次逐渐降低，平均潮差分别为2.51 m、2.82 m 和2.96 m。

图1 研究区域（上图）与水文测站分布图（下图）

图2 大潮期间佛渡水道、牛鼻山水道和狭湾口潮位过程曲线

2.2 各水道潮流特征比较

S2、S5 和S8 潮流测站分别位于牛鼻山水道、佛渡水道和狭湾口3 个观测断面中部，图3 为大潮期间S2、S5 和S8 测站流速流向过程线及六横轮渡同步潮位过程线。

到达涨急时刻的时间顺序依次为佛渡水道（S5）、狭湾口（S8）和牛鼻山水道（S2）测站，到达落急时刻的时间顺序也是一样。狭湾口涨落急发生在中潮位附近，转流发生在平潮时刻，为驻波；佛渡水道涨落急发生在平潮附近，转流发生在中潮位附近，为前进波；牛鼻山水道的涨、落急分别发生在高、低平潮前约2 h 左右，潮波为变形前进波。大潮期间牛鼻山水道、佛渡水道和狭湾口平均涨潮流历时分别为5 时53 分、6 时11 分和6 时27分，平均落潮流历时分别为6 时25 分、6 时5 分和5 时36 分。当佛渡水道处于涨落急时刻，狭湾口处在转流期间；当狭湾口为涨落急时，佛渡水道处于转流期间；牛鼻山水道涨、落潮流的起止时刻相比狭湾口延迟1～2 h。

受峡道地形影响，狭湾内潮流往复流特征明显（图4）。牛鼻山水道和佛渡水道潮流以往复流为主，位于水道中央的S2 和S5 测站具有一定的旋转流特征（图4-图5），这从图3 中的流速流向过程线也可以看出。狭湾内的S8 和S9 测站潮流旋转方向为逆时针旋转，牛鼻山水道和佛渡水道的S1～S6测站潮流均为顺时针方向旋转。牛鼻山水道和狭湾口涨潮流大于落潮流（图5），牛鼻山水道S2 测站最大涨、落潮流速分别为1.13 m/s、0.92 m/s，狭湾口S8测站最大涨、落潮流速分别为1.48 m/s、1.28 m/s；佛渡水道东北向流大于西南向流，最大东北向流速为1.35 m/s，最大西南向流速为1.10 m/s。

图3 大潮期间佛渡水道、牛鼻山水道和狭湾口流速流向过程曲线

图4 各潮流测站潮流椭圆分布

图5 大潮期间佛渡水道、牛鼻山水道和狭湾口潮流玫瑰图

3 模拟结果分析

从观测结果来看，狭湾口、牛鼻山水道和佛渡水道的潮波特别是潮流特征差异较大。为了解各水道潮流差异的动力机制及水道交汇区流场的分布变化特征，开展了二维潮波数值计算。

3.1 模式验证

长沙村潮位站位于牛鼻山水道和狭湾口之间，具有较好的代表性。根据潮位数值计算结果，计算的长沙村高低潮位及其时刻与实测均符合较好（图6）。S2、S5 和S8 测站分别位于牛鼻山水道、佛渡水道和狭湾口断面中部，虽然实际流场在地形和气象条件的影响下比模拟的流场复杂得多，从计算结果可以看出（图7-图9），模拟的潮流流速及涨落急时刻与实测结果较为吻合，S2 和S5 测站潮流的旋转特征也得到了较好的反映。

从观测结果已知，到达涨急和落急时刻的时间顺序依次为佛渡水道（S5）、狭湾口（S8）和牛鼻山水道（S2）测站。根据2012年2月13日-3月12日的潮流数值计算结果，到达涨落急时刻的平均时间差：佛渡水道（S5）到达涨急的时间比狭湾口（S8）提前232 min，狭湾口到达涨急的时间比牛鼻山水道（S2）提前48 min；佛渡水道到达落急的时间比狭湾口提前94 min，狭湾口到达落急的时间比牛鼻山水道提前139 min。

3.2 区域涨落潮流特征

为了解佛渡水道、牛鼻山水道和狭湾汇合区的流场变化特征，以及各水道涨落潮流相互影响和此消彼长的关系，根据数值计算结果，给出了大潮期间一个潮周期内每隔一个小时的流场分布（图10）。佛渡水道、牛鼻山水道和狭湾口断面面积分别为141 931 m2、215 841 m2和107 775 m2，大潮期间3 个通道的流量时间序列见图11。

3.2.1 狭湾口

狭湾口开始涨潮流时，潮流主要来自崎头洋经佛渡水道的落潮流（17 ∶00-18 ∶00），此时外海（大目洋）涨潮流较弱；随着外海涨潮流增强，与崎头洋下泄的落潮流相抵消，崎头洋经佛渡水道的落潮流逐渐减弱，牛鼻山水道和条帚门水道由落潮流转为涨潮流，牛鼻山水道进入狭湾的涨潮流逐渐增强；在20 ∶00 时刻，狭湾口达到涨急。由于狭湾的断面面积小于牛鼻山水道且狭湾最大流量小于牛鼻山水道，因此狭湾达到涨急时，牛鼻山水道涨潮流较大但未达到涨急；随着牛鼻山水道的涨潮流继续增强，部分涨潮流流入佛渡水道，从而佛渡水道转为东北向流（21 ∶00）。此后，狭湾内的纳潮量逐渐趋于饱和，湾内涨潮流逐渐减弱，进入牛鼻山水道的涨潮流转而大量流入佛渡水道，崎头洋涨潮流逐渐增强，至23 ∶00 时刻狭湾内潮流转为落潮流，此时外海为转流时刻，经佛渡水道进入崎头洋的涨潮流主要由狭湾口的落潮流支撑。随着外海转为落潮流，牛鼻山水道的落潮流逐渐增强（0 ∶00-1 ∶00），狭湾内的纳潮量释放速度加快，狭湾口很快达到落急，此时狭湾的落潮流主要进入牛鼻山水道，进入佛渡水道的潮流很弱。外海落潮流继续增强，狭湾口的落潮流不足以支撑牛鼻山水道的落潮流，崎头洋转为落潮流，经佛渡水道进入牛鼻山水道（2 ∶00-3 ∶00）；随着崎头洋落潮流的增强，通过佛渡水道进入牛鼻山水道的西南向流也逐渐增强，并对狭湾的落潮流形成了一定的阻滞作用，而外海落潮流开始减弱，狭湾口落潮流也逐渐减弱（4 ∶00）。外海落潮流继续减弱至转流时刻，在崎头洋经佛渡水道的西南向流推动下，狭湾口逐渐达到转流时刻直至转为涨潮流。

图6 长沙村潮位站潮位验证

图7 牛鼻山水道S2 测站流速流向验证

图8 佛渡水道S5 测站流速流向验证

图9 狭湾口S8 测站流速流向验证

3.2.2 牛鼻山水道

牛鼻山水道外接大目洋，断面面积与最大涨落潮流流量在3 个断面中均为最大。根据前面狭湾口断面潮流特征的分析结果可知，牛鼻山水道潮流场的变化略滞后于大目洋水域，其涨落潮流主要受外海潮流的控制。

3.2.3 佛渡水道

崎头洋是舟山岛南侧连接杭州湾和外海的唯一通道，受到杭州湾潮波的影响，其涨落潮流时刻与象山港截然不同。佛渡水道是崎头洋与外海及象山港水体交换的一个通道，崎头洋落潮流与外海涨潮流在佛渡水道的交替变化，决定了佛渡水道涨落潮流的方向。从图10 可以看出，在外海涨潮流逐渐增强过程中（19 ∶00-21 ∶00），佛渡水道由西南向流转为东北向流；在崎头洋落潮流逐渐增强过程中（1 ∶00-3 ∶00），佛渡水道由东北向流转为西南向流。

●交汇区

在佛渡水道、狭湾口和牛鼻山水道涨落潮流的相互作用下，交汇区的潮流具有一定的旋转流特征（图12），潮流为顺时针方向旋转。佛渡水道东侧同样受到螺头水道、虾峙门水道、条叟门水道和佛渡水道潮流的相互作用，交汇区的潮流同样具有一定的旋转流特征，潮流同样为顺时针方向旋转。

图10 大潮期间各水道及其交汇区一个潮周期的流场分布

图11 大潮期间佛渡水道、牛鼻山水道和狭湾口断面流量过程曲线

图12 各水道及其交汇区潮流椭圆分布

4 讨论

4.1 佛渡水道涨、落潮流方向

佛渡水道是梅山保税港区进出口货物的主要海上运输通道，水道涨落潮流方向的变化关系到船舶的进港与出港。随着近年来梅山保税港区、六横大桥等项目的开发建设，佛渡水道涨落潮流方向经过专家们在多次会议上的讨论，至今未有定论。佛渡水道西南通过青龙门、双屿门、牛鼻山水道与大目洋相连，同时其东北通过虾峙门、条帚门也与大目洋连通，当大目洋涨潮流时，传播至西南口和东北口的涨潮流方向完全相反。单以象山港为中心来看，佛渡水道西南向流与狭湾涨潮流方向较为一致，佛渡水道东北向流来自狭湾的落潮流，这就容易造成假象：佛渡水道涨潮流为西南向，落潮流为东北向。

从前面章节的分析已知，只有在狭湾涨落潮流的初始阶段，佛渡水道涨落潮流与狭湾内潮流方向一致；当狭湾内为涨急时，佛渡水道为转流时刻，当狭湾内为落急时，佛渡水道东北向流速较弱。当外海（牛鼻山水道、条帚门水道）为涨急时，佛渡水道为东北向流，为外海与崎头洋水交换的重要通道；当外海为落急时，崎头洋落潮流也较大，此时佛渡水道为西南向流。此外，佛渡水道断面面积及最大流量与象山港狭湾断面面积及最大流量接近，而象山港狭湾内涨落潮流主要与牛鼻山水道进行水交换，象山港狭湾内的涨落潮流对佛渡水道潮波不可能起到主要作用。

因此，佛渡水道涨落潮流主要受崎头洋与外海及象山港涨落潮流水交换的影响，其涨潮流方向为东北向，落潮流方向为西南向。

4.2 象山港潮波与周边海域潮波的关系

象山港位于宁波-舟山内海域南侧，杭州湾位于宁波-舟山内海域北侧。从宁波-舟山内海域北侧，即杭州湾的灰鳖洋开始，水体主要通过金塘水道及册子水道再经螺头水道进入群岛内部水域崎头洋。崎头洋位于众多水道的交汇处，涨落潮过程中，内外海域的水交换主要通过清滋门、虾峙门、条帚门、老鼠门、青龙门和双屿门水道进行，其中流经佛渡水道及青龙门水道的部分水体还参与象山港附近海域水体的交换。

象山港狭湾在涨急和落急时刻，湾内的潮流主要通过牛鼻山水道；而在涨潮的初始阶段，湾内的潮流主要来自崎头洋流经佛渡水道的落潮流；在落潮的初始阶段，崎头洋水域为涨急，湾内落潮流经过佛渡水道进入崎头洋。狭湾为半封闭的狭长型海湾，转流发生在平潮时刻，湾内潮波为驻波性质；牛鼻山水道断面面积和断面最大流量均大于狭湾口断面，牛鼻山水道涨落潮流一部分与象山港湾内水体交换，一部分还通过佛渡水道与崎头洋水体进行交换，其潮波为变形前进波性质；佛渡水道为崎头洋与象山港及外海海水交换的通道，涨落急发生在平潮附近，转流发生在中潮位附近，其潮波为前进波性质。

5 结论

利用2012年冬季象山港佛渡水道、牛鼻山水道和狭湾口的实测水文资料，对3 个水道潮波特征及其差异性进行了分析。分析结果表明，佛渡水道、牛鼻山水道和狭湾口潮差依次增大，涨潮历时和涨落潮流历时依次增加，落潮历时和落潮流历时依次缩短。受峡道地形影响，各水道潮流以往复流运动形式为主。

建立该海域的二维潮流模型，计算了研究区域与实测潮位同期一个月的潮位和潮流分布。狭湾内的涨落潮流主要经过牛鼻山水道受外海潮波的影响，仅在涨落潮流的起始阶段通过佛渡水道受崎头洋潮波的作用；牛鼻山水道涨落潮流主要受外海潮波的控制；崎头洋落潮流与外海涨潮流在佛渡水道的交替变化，决定了佛渡水道涨落潮流的方向。

根据对实测观测资料和数模计算结果的综合分析，佛渡水道涨潮流为东北向，落潮流为西南向。杭州湾通过宁波-舟山内水域与象山港进行水体交换，象山港主要潮汐通道特别是佛渡水道潮汐和潮流特征较为复杂。本文的相关研究有助于对舟山群岛南侧潮波的了解，未来还需在更为全面的舟山岛以南海域实测资料的基础上，从整体上把握舟山群岛附近海域潮波特征及其对象山港的影响。

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