琼州海峡东口秋季大潮期流速特性实测研究

张显雄 保利长大工程有限公司

海峡地区的洋流时空分布特征及其随涨、落潮的变化规律一直是海洋工程建设的热点关注问题之一。一方面，洋流时空分布特征与海洋工程结构的水动力荷载影响有直接关系；另一方面，涨落潮期间的流速变化严重影响海上作业的安全。在任何情况下，掌握洋流的变化特性始终是顺利开展海洋工程建设的一个关键前提。

近年来，琼州海峡的重要性日益突出，多项海洋建设工程均已提上议程。针对琼州海峡海域的海洋工程建设，在东口位置布设洋流测点，成功采集到2021年8月8日至8月10日(农历七月初一至七月初三)秋季大潮期流速变化，结合观测数据的统计结果，分析了该区域在大潮期间的洋流特征，并进一步对涨、落潮进行了差别。

1.实测方法

1.1 洋流测点

本次洋流观测点位于广东省湛江市徐闻县前山镇罗斗沙海域，为不规则半日潮，其大地坐标为20°18′50.44″N，110°34′48.66″E，测点平均水深为66.5m。本次测量持续时间从2021年8月8日晚间19时30分至2021年8月10日凌晨6时，历时35小时，测得了涨、落潮期间的洋流速度变化过程。

1.2 测量设备

流速观测仪器采用自容式声学多普勒海流剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)，该设备是一种适用于水深200m以下浅水域的自容式海流剖面仪，也可装电缆用于直读式海流测量，并具有底跟踪功能，既可固定式定点测量，又可进行走航测量。其测量精度指标为测量值的±0.5%，速度误差为±5mm/s，有效取样频率介于300kHz～600kHz之间。

本次秋季大潮观测期间，布置了1个测点进行流速、流向等要素观测，于大潮期每半小时观测一次，每条垂线满足连续观测30小时以上的要求。所有垂线均采用同一流速、流向仪施测，观测层次按“十一点法”进行分层。测量船只在观测前3小时到达测站地点，位置偏差小于15m。

1.3 统计方法

式中：V、θ分别为各层实测流速和流向；

V、V分别为垂线平均流速的北分量和东分量；

n 为测层数，“十一点法”n 为11；足标i为层序，如表层i为1，0.2H层i为3，即i=1，2，…n；

C为权重系数，它由每个测点代表的水层厚度所占总水层厚度的比值确定。在“十一点法”测量中，各层权重系数分别为1、2、2、2、2、2、2、2、2、2、1。

2.实测结果

2.1 水深测试结果

本次洋流观测的琼州海峡东口罗斗沙海域在秋季大潮期间的水深变化规律如图1所示。基于国家海洋科学数据中心可知，测点的长年平均水深H为64.3m，而本次测量的平均水深结果H为66.5m，即琼州海峡东口秋季大潮期间的平均水深较正常水位升高了2.2m。此外，从图可知，琼州海峡东口秋季大潮期间依然为不规则半日潮，两次高潮位的时间间隔约为12h，且平潮期的水深略大于大潮期间的平均水深，但差值较小，介于0.3m的范围之内。此外，从水深实测结果可知，琼州海峡东口在秋季大潮期间的涨、落潮时间较短。

图1 大潮期的实测水深变化规律

2.2 表层测试结果

本次洋流观测的琼州海峡东口秋季大潮期间的表层流速的变化规律如图2所示。从图可知，表层流速在大潮期间的变化规律可以明显地反映出该处潮汐为不规则半日潮的特性。表层洋流的流速在观测期间较大，最大流速达到232cm/s，约为平均流速的2倍。在涨潮期间，表层流速逐渐减小，且在高潮时刻，表层流速最小。

图2 大潮期实测表层流速

本次洋流观测的琼州海峡东口秋季大潮期间的表层流向角的变化规律如图3所示。从图可知，在涨潮期间，表层流向角约为62°；在落潮期间，表层流向角约为255°。从实测表层流向角的变化规律可知，该处表层洋流基本可视为往复流。在高潮期间洋流方向的变化较快，约为1h。

图3 大潮期实测表层流向角

2.3 半水深测试结果

本次洋流观测的琼州海峡东口秋季大潮期间的半水深层流速的变化规律如图4所示。从图可知，半水深层流速在大潮期间的变化规律同样可以明显地反映出该处潮汐为不规则半日潮的特性，且该层的流速大小变化与表层同步。半水深层洋流的流速在观测期间较大，最大流速达到266cm/s，超出表层流速的幅值为14.6%。

图4 大潮期实测半水深流速

图5所示的大潮期实测半水深层流向角变化规律进一步表明，半水深层的洋流特性与表层洋流特性具有良好的一致性。但半水深层的流向角变化较为单一，呈现出明显的往复流特性。

图5 大潮期实测半水深流向角

2.4 底层测试结果

本次洋流观测的琼州海峡东口秋季大潮期间的底层流速的变化规律如图6所示。从图可知，底层流速在大潮期间的变化规律较为杂乱，且该层的流速大小变化与表层不同步。半水深层洋流的流速在观测期间较大，最大流速达到167cm/s，约为表层最大流速的72%，且表层与底层不是同时达到最大流速。

图6 大潮期实测底层流速

图7所示的大潮期实测底层流向角变化规律表明，底层流向角与表层流向角基本相同，但底层洋流在涨落潮期间的流向角变化幅度较大。

图7 大潮期实测底层流向角

2.5 流速剖面

最高潮与最低潮时刻的瞬时流速剖面如图8所示。从图可知，琼州海峡东口在秋季大潮期间的最高潮时，流速剖面变化较小，即流速从上往下的变化不明显；在最低潮时情况则相反，即流速剖面变化较大，流速从上往下的变化明显。表明在最高潮时，各层流速变化具有较好的同步性，而在最低潮时各层流速的同步性较差。

图8 实测最高、最低潮期流速剖面

最高潮与最低潮时刻的瞬时流向角剖面如图9所示。从图可知，琼州海峡东口在秋季大潮期间的最高潮时，流向角剖面变化较大，即流速从上往下的变化明显；在最低潮时情况则相反，即流速剖面变化较小，流速从上往下的变化不明显。表明在最低潮时，各层流向角变化具有较好的同步性，而在最高潮时各层流向角的同步性较差。

图9 实测最高、最低潮期流向角

3.结论

（1）琼州海峡东口秋季大潮期的平均水深大于长年平均水深，且该位置处不规则半日潮的涨、落潮时间较短；

（2）在秋季大潮期间，琼州海峡东口的平均流速从上往下逐渐减小，但流向角基本具有较好的一致性；

（3）各个水深层的瞬时流速时程均可以较好地反映出琼州海峡东口的洋流具有不规则半日潮的洋流特性；

（4）在最高潮时，琼州海峡东口各层流速变化具有较好的同步性；在最低潮时，琼州海峡东口各层流向角变化具有较好的同步性。