穿山半岛东部海域潮流泥沙运动特征分析

蔡相芸，周朝丰，章卫胜，王金城，张金善

(1.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029;2.宁波港股份有限公司，浙江 宁波 315000;3.河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098)

穿山半岛位于杭州湾南岸、舟山岛以南的半岛部分，其东部海域分布着六横岛、桃花岛、虾峙岛和梅山岛等大小几十个岛屿，岛屿间分布着纵横交错的潮汐水道，如虾峙门水道、佛渡水道、笤帚门水道等，因其水深条件优良，航程较短，是大型船舶从外海进入宁波和舟山港的重要通道，是近年来宁波、舟山地区航道和港口发展的主要海域之一。

穿山半岛东部水域诸水道是杭州湾南岸潮流进出杭州湾的主要通道，平洋潮波由东海进入舟山海域后，基本保持了外海前进波的特性，但由于受到海岛的阻挡和堵截，水深不断变化，加上入射潮波与反射潮波的叠加和摩擦等因素的影响，潮波发生反射、绕射。穿山半岛东部水域诸水道是杭州湾南岸潮流进出杭州湾的主要通道，起着输沙、输流的作用，水深流急，从历史到现在一直维持着良好的天然水深，水道保持长期稳定，为附近岛屿和水道的开发创造了条件。海域的地貌已经有了许多研究及应用［1-6］，本文对此不做深入研究。潮流及泥沙运动是港口、航道开发的重要因素，本文主要研究潮流和泥沙的运动，提高对当地潮流和泥沙运动的认识，为本海域的港口及航道开发奠定基础。

1 潮汐特征

据虾峙岛2009年的实测逐时潮位资料统计，本区平均高潮位为3.60m，平均低潮位为1.03m，平均潮为差2.57m，最高高潮位可达5.02m，最低低潮位仅-0.19m(当地理论基准面，下同)。实测最大潮差达到4.75m，属中强潮海区。经计算:虾峙岛测站的 (HO1+HK1)/HM2=0.405＜0.500，属于正规半日潮。受浅海分潮的影响，涨落潮潮差和历时均不对称，落潮潮差大于涨潮潮差，其比值约为1.03，落潮历时大于涨潮历时，比值为1.10～1.30。因此，确切地说，该区的潮汐变化具有非正规半日潮性质。

2 潮流特征

2.1 潮流性质

近年来随着港口、航道的开发，本海域进行了多次水文测量。据东白莲岛8个临时测站 (2011年05月大潮)、象山港对峙山站3条固定垂线 (2007年05月大、中、小潮)、郭巨11个临时测站 (2007年09月大潮)以及梅山岛7个临时测站 (2011年03月大、中、小潮)的水文测量资料［7-10］统计分析 (测站位置见图1)，本海域主要潮汐通道的潮流落潮历时长于涨潮历时，个别点受局部地形或水道的影响，差异不大。

受潮汐通道的影响，潮汐通道内的潮流是典型的往复流，涨落潮流特征明显;在外海开敞区域，则表现为顺时针方向的旋转流，涨落潮流特征不明显［11］。

图1 测点布置图

2.2 潮流速时空分布

本海域涨落潮流速的特点是流速大，在狭窄通道更明显。各测区实测流速、流向见表1(流速方向以北向为基线，顺时针旋转计算)。

虾峙门和笤帚门水道海域除了少数测点外，海区内涨潮流速大于落潮流速，测量期间涨潮最大流速为1.75m/s(测点V3)，落潮最大流速为1.48m/s(测点V4)，涨潮平均流速为0.21～0.84m/s，落潮平均流速为0.37～0.84m/s，除测点V6以外，其余测点涨、落潮平均流速的差值均小于0.20m/s。

象山港测区在大、中、小潮时期，涨潮最大流速基本都大于落潮最大流速，且涨、落潮最大流速随着潮差的增大而增大，最大涨潮流速为1.75m/s(垂线sw2大潮)，最大落潮流速为1.24m/s(垂线sw2大潮)。各测点大、中、小潮时期的涨、落潮平均流速相差不大，且两者的差值随着潮差的增大而增大。涨潮平均流速为0.25～0.73m/s，落潮平均流速为0.29～0.62m/s。

佛渡水道内，测点2、6、7、10的涨潮最大流速大于落潮最大流速，其余测点处规律相反，这主要是受多水道涨落潮流的相互作用所致，最大涨潮流速为2.12m/s(测点1)，最大落潮流速为1.80m/s(测点2、10)，可以发现强流速发生在多股水流交汇处。涨潮平均流速为0.38～1.07m/s，落潮平均流速为0.33～0.97m/s。

梅山水道测区各测点的落潮最大流速基本上均大于涨潮最大流速，涨、落潮最大流速随着潮差的增大而增大，涨、落潮平均流速的规律也是如此，两者的差值随着潮差的增大而增大。最大涨潮流速为1.00m/s(6#、7#测点)，最大落潮流速位1.25m/s(7#测点)。涨潮平均流速为0.18～0.52m/s，落潮平均流速为0.14～0.56m/s，以落潮流为主。

几个测区各测点在测验代表潮期间，实测最大流速主要出现在水面附近，各层流速从水面向水底基本上呈递减的趋势。

总体上看，海域除了梅山水道外，涨潮流一般大于落潮流，且流速较大，是泥沙运动的主要动力。

2.3 余流

余流是从实际测得的海流中剔除周期性的潮流所剩下的部分，余流的流向往往是泥沙运动和污染物质扩散运移的方向，因此余流分析常是研究海岸带泥沙运动来源和环境保护工程的一种有效手段。

浙江近海余流主要受制于河川径流，特别是长江径流入海后的运动路径、风的季节变化和外海流系的消长［12］。

对几个测区的余流分析表明，本海域的余流主要流向都是指向外海，也证实了杭州湾南岸的金塘水道是杭州湾的主要输流、输沙通道。

表1 实测流速统计表

续表1

续表1

3 泥沙运动特性

长江口泥沙南下，在涨潮流的作用下通过诸水道进入本区，成为本海区悬沙的主要物质来源。虽然本海区的悬沙主要来自长江口，就本地来说，泥沙的主要来源除了来自杭州湾外，由于本海区潮流的流速较大，对床底泥沙有一定的冲刷作用，因此底部泥沙掀扬成为本区悬沙的另一个物质来源［13］。

3.1 含沙量时空分布

东白莲岛测区的虾峙门和笤帚门水道内的测点 V1、V2、V4、V8的落潮最大含沙量大于涨潮最大含沙量，其余测点规律相反，最大涨潮含沙量为1.17kg/m3(测点V7)，最大落潮含沙量为1.04kg/m3(测点V5)，涨潮平均含沙量为0.29～0.65kg/m3，落潮平均含沙量为0.34～0.47kg/m3，1个潮周期的全潮平均含沙量为0.33～0.56kg/m3。

象山港牛鼻山水道测区的3条固定垂线在大、中、小潮时期，落潮最大含沙量基本都大于涨潮最大含沙量，且涨、落潮含沙量随着潮差的增大而增大。最大涨潮含沙量为1.62kg/m3(垂线sw1)，最大落潮含沙量为2.13kg/m3(垂线w)，涨潮平均含沙量为0.05～0.40kg/m3，落潮平均含沙量为0.07～0.56kg/m3，1个潮周期的全潮平均含沙量为0.07～0.48kg/m3。

佛渡水道的测点1、2、4、8、10的落潮最大含沙量大于涨潮最大含沙量，其余测点规律相反，最大涨潮含沙量为1.68kg/m3(测点7)，最大落潮含沙量为1.98kg/m3(测点8)。涨潮平均含沙量为0.20～0.54kg/m3，落潮平均含沙量为0.23～0.57kg/m3，1个潮周期的全潮平均含沙量为0.24～0.59kg/m3，涨、落潮含沙量差别不大。

梅山水道测区1#、2#、7#测点在测量期间落潮最大含沙量大于涨潮最大含沙量，其余测点规律相反，最大涨潮含沙量为1.34kg/m3(7#测点)，最大落潮含沙量为1.61kg/m3(7#测点)。涨潮平均含沙量为0.23～0.84kg/m3，落潮平均含沙量为0.22～0.87kg/m3，1个潮周期的全潮平均含沙量为0.23～0.86kg/m3。

几个测区各测点最大含沙量主要见于底层，各层水体含沙量从水面到水底基本呈递增的趋势。

从几个测区的含沙量分布规律看，一般落潮含沙量大于涨潮含沙量，但差别不大，局部测点涨潮含沙量大于落潮含沙量，表明了不同水道输沙特征的差异。

历史资料显示［11，13-14］:本海区含沙量的季节变化较为显著，冬季水体含沙量明显高于夏季水体含沙量，两者差异可达1倍，其主要原因是该海区地处杭州湾南岸，受到蒙古低气压和太平洋副热带高压的影响，季风现象显著，西北风是沿岸的常风向和强风向，其中尤以冬半年最盛［15］，因而相应的风成浪季节性变化较强，冬季风浪大，其掀沙作用明显，且冬季水温低，泥沙的沉速也小，因此，本海区冬季水体的含沙量高于夏季。

3.2 含沙量随潮流速逐时变化特征

分析3个测区测量期间含沙量与流速的逐时同步过程曲线 (见图2)，本海区的泥沙运动过程在1个潮周期内含沙量的变化与流速大小密切相关，水体中的含沙量呈现出随潮流速的波动而波动的特征，仅在时间上存在1个相位差。该海区含沙量最大值一般发生在涨、落急后1～3h，含沙量最小值发生在涨、落憩后1～3h。但不同区域表现也有差异，有的出现在涨、落急，有的出现在涨落急后一定时间。这表明，该海区潮流水动力的大小与其对水体中含沙量大小的影响效应存在滞后现象，滞后的时间差值一般在1～3h。主要原因是流速发生变化，导致底沙和悬沙发生交换，水动力条件的变化引起泥沙再悬浮，改变了水体中的悬沙浓度，再悬浮泥沙由海床扩散到测量点的滞后时间间隔取决于垂向湍流扩散系数、泥沙的垂向梯度、流速和泥沙颗粒大小、测点与河床间的距离大小［16］。

图2 含沙量与潮流速逐时对比图

3.3 含沙量随潮位逐时变化特征

分析3个测区测量期间含沙量与潮位的逐时同步过程曲线 (见图3)。可以看出，含沙量与潮位的逐时同步性较好，最高含沙量基本上出现在高、低潮位附近，在半潮面附近含沙量最低 (为1985黄海基面)，部分测点会有偏移，这表明本海域含沙量对水位的一种响应，但部分测点规律性不强，还需要进一步研究。

图3 含沙量与潮位逐时同步曲线图

3.4 净输沙

净输沙的方向和大小对泥沙迁移和周围岸线的变化具有决定性的作用。

分析几个测区计算得到的单宽净输沙率可知，虾峙门和条帚门水道内的净输沙量相对较大，牛鼻山水道和佛渡水道内的净输沙量相对较小，梅山岛南侧的测区内净输沙量最小，而且净输沙的大小随着潮差的增大而增大。测验海区内净输沙的方向大部分与周围岸线平行，即与各水道的走向相同，进一步指明了杭州湾落潮流所挟带泥沙的运移趋势。

3.5 悬沙粒径及底质粒径分析

东白莲岛测区各垂线间的悬移质大部分为粉砂，少部分为黏土质粉砂。中值粒径分布在0.007～0.014mm，平均中值粒径为0.009mm。象山港测区悬沙粒径较细，中值粒径均小于0.062mm，绝大多数中值粒径小于0.008mm，属黏土质粉砂。郭巨测区悬沙中值粒径变化不大，在0.002～0.004mm。梅山岛测区各测点的悬沙中值粒径较为接近，属于细粉砂。大潮、中潮、小潮粒径均在0.008mm左右。

测区底质分布比较均匀，大部分为黏土质粉砂，极个别为粉质砂和砂质粉砂。中值粒主要底质中值粒径在0.004～0.014mm，平均中值粒径为0.006mm。

悬沙与底泥的粒径比较接近，表明悬沙垂向间的交换比较频繁。大、中、小潮的中值粒径粗细差异较小，大潮略粗于中、小潮。床沙和悬沙的粒径粗细比较接近，均属于黏土质粉砂，床沙中值粒径均大于0.008mm。

4 结语与讨论

虾峙门海区主要受太平洋潮波系统的影响，潮汐为非正规浅海半日潮，落潮潮差大于涨潮潮差，落潮历时大于涨潮历时。由于受到狭道地形的影响，狭道内及口门处潮流性质为往复流，外海开敞区域为顺时针方向的旋转流。

测区各测点潮流速比较大，最大流速近2.00m/s，流速随潮差的增大而增大，各层流速从水面向水底基本上呈递减趋势，表明了本地区潮汐通道特征明显。

各测点落潮最大含沙量均大于涨潮最大含沙量，含沙量随潮差的增大而增大，含沙量从水面向水底呈递增趋势。整体上表明了水道的输沙特征。

最大含沙量一般发生在涨、落急后1～3h，含沙量最小值发生在涨、落憩后1～3h。表明测区潮流水动力的大小与其对水体中含沙量大小的影响效应存在一种滞后现象，滞后的时间差值一般在1～3h。且含沙量与潮位的逐时同步性较好，最大含沙量一般出现在高、低潮位附近，最小含沙量一般在半潮面附近。

本海域含沙量中等，平均含沙量0.50kg/m3以下，流速较强，潮流顺沿岸线，具有开发港口的优良条件，采用顺岸桩基式码头比较适合于本地区的潮流及泥沙运动，航道开挖适宜于顺流建设，梅山港区一期码头及虾峙门航道的建设，都证明了在本地区开发港口建设是适宜的。

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