瓊州海峽東口秋季大潮期流速特性實(shí)測(cè)研究

張顯雄 保利長(zhǎng)大工程有限公司

海峽地區(qū)的洋流時(shí)空分布特征及其隨漲、落潮的變化規(guī)律一直是海洋工程建設(shè)的熱點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題之一。一方面，洋流時(shí)空分布特征與海洋工程結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力荷載影響有直接關(guān)系；另一方面，漲落潮期間的流速變化嚴(yán)重影響海上作業(yè)的安全。在任何情況下，掌握洋流的變化特性始終是順利開展海洋工程建設(shè)的一個(gè)關(guān)鍵前提。

近年來(lái)，瓊州海峽的重要性日益突出，多項(xiàng)海洋建設(shè)工程均已提上議程。針對(duì)瓊州海峽海域的海洋工程建設(shè)，在東口位置布設(shè)洋流測(cè)點(diǎn)，成功采集到2021年8月8日至8月10日(農(nóng)歷七月初一至七月初三)秋季大潮期流速變化，結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，分析了該區(qū)域在大潮期間的洋流特征，并進(jìn)一步對(duì)漲、落潮進(jìn)行了差別。

1.實(shí)測(cè)方法

1.1 洋流測(cè)點(diǎn)

本次洋流觀測(cè)點(diǎn)位于廣東省湛江市徐聞縣前山鎮(zhèn)羅斗沙海域，為不規(guī)則半日潮，其大地坐標(biāo)為20°18′50.44″N，110°34′48.66″E，測(cè)點(diǎn)平均水深為66.5m。本次測(cè)量持續(xù)時(shí)間從2021年8月8日晚間19時(shí)30分至2021年8月10日凌晨6時(shí)，歷時(shí)35小時(shí)，測(cè)得了漲、落潮期間的洋流速度變化過(guò)程。

1.2 測(cè)量設(shè)備

流速觀測(cè)儀器采用自容式聲學(xué)多普勒海流剖面儀(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)，該設(shè)備是一種適用于水深200m以下淺水域的自容式海流剖面儀，也可裝電纜用于直讀式海流測(cè)量，并具有底跟蹤功能，既可固定式定點(diǎn)測(cè)量，又可進(jìn)行走航測(cè)量。其測(cè)量精度指標(biāo)為測(cè)量值的±0.5%，速度誤差為±5mm/s，有效取樣頻率介于300kHz～600kHz之間。

本次秋季大潮觀測(cè)期間，布置了1個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行流速、流向等要素觀測(cè)，于大潮期每半小時(shí)觀測(cè)一次，每條垂線滿足連續(xù)觀測(cè)30小時(shí)以上的要求。所有垂線均采用同一流速、流向儀施測(cè)，觀測(cè)層次按“十一點(diǎn)法”進(jìn)行分層。測(cè)量船只在觀測(cè)前3小時(shí)到達(dá)測(cè)站地點(diǎn)，位置偏差小于15m。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

式中：V、θ分別為各層實(shí)測(cè)流速和流向；

V、V分別為垂線平均流速的北分量和東分量；

n 為測(cè)層數(shù)，“十一點(diǎn)法”n 為11；足標(biāo)i為層序，如表層i為1，0.2H層i為3，即i=1，2，…n；

C為權(quán)重系數(shù)，它由每個(gè)測(cè)點(diǎn)代表的水層厚度所占總水層厚度的比值確定。在“十一點(diǎn)法”測(cè)量中，各層權(quán)重系數(shù)分別為1、2、2、2、2、2、2、2、2、2、1。

2.實(shí)測(cè)結(jié)果

2.1 水深測(cè)試結(jié)果

本次洋流觀測(cè)的瓊州海峽東口羅斗沙海域在秋季大潮期間的水深變化規(guī)律如圖1所示?；趪?guó)家海洋科學(xué)數(shù)據(jù)中心可知，測(cè)點(diǎn)的長(zhǎng)年平均水深H為64.3m，而本次測(cè)量的平均水深結(jié)果H為66.5m，即瓊州海峽東口秋季大潮期間的平均水深較正常水位升高了2.2m。此外，從圖可知，瓊州海峽東口秋季大潮期間依然為不規(guī)則半日潮，兩次高潮位的時(shí)間間隔約為12h，且平潮期的水深略大于大潮期間的平均水深，但差值較小，介于0.3m的范圍之內(nèi)。此外，從水深實(shí)測(cè)結(jié)果可知，瓊州海峽東口在秋季大潮期間的漲、落潮時(shí)間較短。

圖1 大潮期的實(shí)測(cè)水深變化規(guī)律

2.2 表層測(cè)試結(jié)果

本次洋流觀測(cè)的瓊州海峽東口秋季大潮期間的表層流速的變化規(guī)律如圖2所示。從圖可知，表層流速在大潮期間的變化規(guī)律可以明顯地反映出該處潮汐為不規(guī)則半日潮的特性。表層洋流的流速在觀測(cè)期間較大，最大流速達(dá)到232cm/s，約為平均流速的2倍。在漲潮期間，表層流速逐漸減小，且在高潮時(shí)刻，表層流速最小。

圖2 大潮期實(shí)測(cè)表層流速

本次洋流觀測(cè)的瓊州海峽東口秋季大潮期間的表層流向角的變化規(guī)律如圖3所示。從圖可知，在漲潮期間，表層流向角約為62°；在落潮期間，表層流向角約為255°。從實(shí)測(cè)表層流向角的變化規(guī)律可知，該處表層洋流基本可視為往復(fù)流。在高潮期間洋流方向的變化較快，約為1h。

圖3 大潮期實(shí)測(cè)表層流向角

2.3 半水深測(cè)試結(jié)果

本次洋流觀測(cè)的瓊州海峽東口秋季大潮期間的半水深層流速的變化規(guī)律如圖4所示。從圖可知，半水深層流速在大潮期間的變化規(guī)律同樣可以明顯地反映出該處潮汐為不規(guī)則半日潮的特性，且該層的流速大小變化與表層同步。半水深層洋流的流速在觀測(cè)期間較大，最大流速達(dá)到266cm/s，超出表層流速的幅值為14.6%。

圖4 大潮期實(shí)測(cè)半水深流速

圖5所示的大潮期實(shí)測(cè)半水深層流向角變化規(guī)律進(jìn)一步表明，半水深層的洋流特性與表層洋流特性具有良好的一致性。但半水深層的流向角變化較為單一，呈現(xiàn)出明顯的往復(fù)流特性。

圖5 大潮期實(shí)測(cè)半水深流向角

2.4 底層測(cè)試結(jié)果

本次洋流觀測(cè)的瓊州海峽東口秋季大潮期間的底層流速的變化規(guī)律如圖6所示。從圖可知，底層流速在大潮期間的變化規(guī)律較為雜亂，且該層的流速大小變化與表層不同步。半水深層洋流的流速在觀測(cè)期間較大，最大流速達(dá)到167cm/s，約為表層最大流速的72%，且表層與底層不是同時(shí)達(dá)到最大流速。

圖6 大潮期實(shí)測(cè)底層流速

圖7所示的大潮期實(shí)測(cè)底層流向角變化規(guī)律表明，底層流向角與表層流向角基本相同，但底層洋流在漲落潮期間的流向角變化幅度較大。

圖7 大潮期實(shí)測(cè)底層流向角

2.5 流速剖面

最高潮與最低潮時(shí)刻的瞬時(shí)流速剖面如圖8所示。從圖可知，瓊州海峽東口在秋季大潮期間的最高潮時(shí)，流速剖面變化較小，即流速?gòu)纳贤碌淖兓幻黠@；在最低潮時(shí)情況則相反，即流速剖面變化較大，流速?gòu)纳贤碌淖兓黠@。表明在最高潮時(shí)，各層流速變化具有較好的同步性，而在最低潮時(shí)各層流速的同步性較差。

圖8 實(shí)測(cè)最高、最低潮期流速剖面

最高潮與最低潮時(shí)刻的瞬時(shí)流向角剖面如圖9所示。從圖可知，瓊州海峽東口在秋季大潮期間的最高潮時(shí)，流向角剖面變化較大，即流速?gòu)纳贤碌淖兓黠@；在最低潮時(shí)情況則相反，即流速剖面變化較小，流速?gòu)纳贤碌淖兓幻黠@。表明在最低潮時(shí)，各層流向角變化具有較好的同步性，而在最高潮時(shí)各層流向角的同步性較差。

圖9 實(shí)測(cè)最高、最低潮期流向角

3.結(jié)論

（1）瓊州海峽東口秋季大潮期的平均水深大于長(zhǎng)年平均水深，且該位置處不規(guī)則半日潮的漲、落潮時(shí)間較短；

（2）在秋季大潮期間，瓊州海峽東口的平均流速?gòu)纳贤轮饾u減小，但流向角基本具有較好的一致性；

（3）各個(gè)水深層的瞬時(shí)流速時(shí)程均可以較好地反映出瓊州海峽東口的洋流具有不規(guī)則半日潮的洋流特性；

（4）在最高潮時(shí)，瓊州海峽東口各層流速變化具有較好的同步性；在最低潮時(shí)，瓊州海峽東口各層流向角變化具有較好的同步性。