象山港潮汐通道潮波變化特征及其影響因素分析

吳清松，施偉勇，許雪峰，宋澤坤

（國家海洋局第二海洋研究所 工程海洋學重點實驗室，浙江 杭州 310012）

象山港水域位于浙江省北部沿海，北靠杭州灣，南臨三門灣，東側為舟山群島。象山港由象山港狹灣、牛鼻山水道和佛渡水道三部分組成，灣口的六橫島把象山灣口外區域分成了東南的牛鼻山水道和東北的佛渡水道，象山港水域主要通過這兩個水道同東海進行水交換。

狹灣呈窄長形狀，狹灣內的潮波變化特征較為單一，且由于灣內調查資料較多，灣內的潮波及其變化特征已經比較清晰（曹欣中等，1995；董禮先等，1999a；董禮先 等，1999b；韓松林 等，2014；吳曉燕等，2009；周鴻權等，2014；朱軍政，2009）：潮差由口門向灣內逐漸增大，在灣口為漲落潮歷時相當，由灣口向灣內漲潮歷時逐漸增大，落潮歷時逐漸縮短；灣內漲、落潮流向基本與岸線平行，從灣口到灣頂，漲落潮流歷時不對稱性的變化趨勢與漲落潮歷時相似。

象山港東北通過佛渡水道、青龍門水道、雙嶼門水道與舟山海域毗鄰；東南通過牛鼻山水道與大目洋相通（曾相明等，2011）。牛鼻山水道和佛渡水道周邊島嶼眾多、水道交錯，潮波變化特征較為復雜。特別是佛渡水道，水深地形變化劇烈，西側經過青龍門水道、雙嶼門水道與象山港、牛鼻山水道相連，東側通過條帚門水道、蝦峙水道、清滋門水道、老鼠門水道連接外海，東北側為崎頭洋，漲落潮流在這些水道間的此消彼長造成了舟山群島南側各峽道（包括佛渡水道）復雜的潮波特征（馮沈科等，2013；黃惠明等，2009；蔣國俊，2001）。

牛鼻山水道和佛渡水道潮波及其變化特征目前還不清晰，狹灣、牛鼻山水道和佛渡水道潮流的強弱及相互影響關系還不清楚。此外，在佛度水道、普沈水道等特殊水道，其水道走向為東北-西南向，與寧波-舟山內海域漲落潮流的整體走向（東南-西北向）幾乎垂直，這些水道的漲落潮流方向目前還不明確。舟山群島南側各水道犬牙交錯，峽道之間潮波互有影響，盡管舟山群島峽道潮流受地形的影響主要呈往復流運動形式，然而在峽道交匯處（如崎頭洋），潮波及其變化較為復雜。本文對狹灣、牛鼻山水道和佛渡水道及其交匯區潮波及其變化的研究，有助于舟山群島南側峽道及交匯區潮波的研究，可為峽道及匯合區潮波的研究提供參考。

1 資料收集與研究方法

為研究象山港水動力特征，同時為數值模型模擬、動力沉積、灘槽沖淤演變、環境質量驅動及生態驅動等專題研究提供基礎資料，國家海洋局第二海洋研究所于2012年2月-3月在象山港進行了為期1 個月的潮位觀測和大小潮周日連續站潮流觀測。其中在狹灣口、牛鼻山水道、雙嶼門水道和佛渡水道布放了一個臨時潮位測站，進行一個月的潮位觀測；在狹灣口、牛鼻山水道和佛渡水道均布設了3 個潮流連續站，每3 個測站為一組形成了橫跨各個水道的觀測斷面（圖1）。潮位觀測時間為2012年2月13日-3月12日，采樣間隔為10 分鐘；大潮連續站觀測時間為2012年2月22日15 ∶00-2012年2月23日16 ∶00，小潮連續站觀測時間為2012年2月16日9 ∶00-2012年2月17日10 ∶00，潮流采樣間隔同樣為10 min。

本文首先根據潮位和潮流觀測資料，分析了狹灣口、牛鼻山水道和佛渡水道的潮汐和潮流特征及其差異；為了解狹灣口、牛鼻山水道和佛渡水道潮波的相互影響關系及交匯水域潮波的變化特征，開展了二維潮波數值計算，計算了2012年2月11日-3月12日狹灣口、牛鼻山水道和佛渡水道及其交匯處的流場分布。

采用MIKE21 模式，建立三角形網格下的二維潮流數值模型。模型計算采用有限元解法，計算條件如下：閉邊界條件下取岸線法向流速為零，露灘采用“干濕”判別法進行處理，利用22 個分潮（2N2，MF，P1，SSA，M2，MKS2，Q1，J1，M3，MM，N2，K1，M4，MN4，K2，M6，MS4，S2，L2，M8，O1，S4）的調和常數計算并給定開邊界條件，以驅動模型運算。模型計算時間為2012年2月11日-3月12日，待計算穩定后，取2012年2月13日-3月12日的計算結果進行分析。

2 觀測資料分析

2.1 各水道潮汐特征比較

便于比較分析，僅顯示大潮期間佛渡水道、牛鼻山水道和狹灣口潮位過程曲線（圖2）?？梢钥闯觯竭_高潮位的時間順序分別為佛渡水道（大岙里）、牛鼻山水道（長沙村）和狹灣口（蒲門）潮位站，到達低潮位的時間順序正好相反。根據2012年2月11日-3月12日的實測潮位資料，到達高低潮位的平均時間差：佛渡水道到達高潮位的時間比牛鼻山水道提前8 min，牛鼻山水道比狹灣口提前6 min；到達低潮位的時間，佛渡水道比牛鼻山水道延遲32 min，牛鼻山水道比狹灣口延遲11 min。佛渡水道、牛鼻山水道和狹灣口平均漲潮歷時分別為5 時31 分、6 時11 分和6 時28 分，平均落潮歷時分別為6 時54 分、6 時14 分和5 時57 分。佛渡水道、牛鼻山水道和狹灣口平均高潮位分別為1.26 m、1.50 m 和1.61 m，平均低潮位分別為-1.25 m、-1.34 m 和-1.37 m，平均高潮位依次逐漸升高，平均低潮位依次逐漸降低，平均潮差分別為2.51 m、2.82 m 和2.96 m。

圖1 研究區域（上圖）與水文測站分布圖（下圖）

圖2 大潮期間佛渡水道、牛鼻山水道和狹灣口潮位過程曲線

2.2 各水道潮流特征比較

S2、S5 和S8 潮流測站分別位于牛鼻山水道、佛渡水道和狹灣口3 個觀測斷面中部，圖3 為大潮期間S2、S5 和S8 測站流速流向過程線及六橫輪渡同步潮位過程線。

到達漲急時刻的時間順序依次為佛渡水道（S5）、狹灣口（S8）和牛鼻山水道（S2）測站，到達落急時刻的時間順序也是一樣。狹灣口漲落急發生在中潮位附近，轉流發生在平潮時刻，為駐波；佛渡水道漲落急發生在平潮附近，轉流發生在中潮位附近，為前進波；牛鼻山水道的漲、落急分別發生在高、低平潮前約2 h 左右，潮波為變形前進波。大潮期間牛鼻山水道、佛渡水道和狹灣口平均漲潮流歷時分別為5 時53 分、6 時11 分和6 時27分，平均落潮流歷時分別為6 時25 分、6 時5 分和5 時36 分。當佛渡水道處于漲落急時刻，狹灣口處在轉流期間；當狹灣口為漲落急時，佛渡水道處于轉流期間；牛鼻山水道漲、落潮流的起止時刻相比狹灣口延遲1～2 h。

受峽道地形影響，狹灣內潮流往復流特征明顯（圖4）。牛鼻山水道和佛渡水道潮流以往復流為主，位于水道中央的S2 和S5 測站具有一定的旋轉流特征（圖4-圖5），這從圖3 中的流速流向過程線也可以看出。狹灣內的S8 和S9 測站潮流旋轉方向為逆時針旋轉，牛鼻山水道和佛渡水道的S1～S6測站潮流均為順時針方向旋轉。牛鼻山水道和狹灣口漲潮流大于落潮流（圖5），牛鼻山水道S2 測站最大漲、落潮流速分別為1.13 m/s、0.92 m/s，狹灣口S8測站最大漲、落潮流速分別為1.48 m/s、1.28 m/s；佛渡水道東北向流大于西南向流，最大東北向流速為1.35 m/s，最大西南向流速為1.10 m/s。

圖3 大潮期間佛渡水道、牛鼻山水道和狹灣口流速流向過程曲線

圖4 各潮流測站潮流橢圓分布

圖5 大潮期間佛渡水道、牛鼻山水道和狹灣口潮流玫瑰圖

3 模擬結果分析

從觀測結果來看，狹灣口、牛鼻山水道和佛渡水道的潮波特別是潮流特征差異較大。為了解各水道潮流差異的動力機制及水道交匯區流場的分布變化特征，開展了二維潮波數值計算。

3.1 模式驗證

長沙村潮位站位于牛鼻山水道和狹灣口之間，具有較好的代表性。根據潮位數值計算結果，計算的長沙村高低潮位及其時刻與實測均符合較好（圖6）。S2、S5 和S8 測站分別位于牛鼻山水道、佛渡水道和狹灣口斷面中部，雖然實際流場在地形和氣象條件的影響下比模擬的流場復雜得多，從計算結果可以看出（圖7-圖9），模擬的潮流流速及漲落急時刻與實測結果較為吻合，S2 和S5 測站潮流的旋轉特征也得到了較好的反映。

從觀測結果已知，到達漲急和落急時刻的時間順序依次為佛渡水道（S5）、狹灣口（S8）和牛鼻山水道（S2）測站。根據2012年2月13日-3月12日的潮流數值計算結果，到達漲落急時刻的平均時間差：佛渡水道（S5）到達漲急的時間比狹灣口（S8）提前232 min，狹灣口到達漲急的時間比牛鼻山水道（S2）提前48 min；佛渡水道到達落急的時間比狹灣口提前94 min，狹灣口到達落急的時間比牛鼻山水道提前139 min。

3.2 區域漲落潮流特征

為了解佛渡水道、牛鼻山水道和狹灣匯合區的流場變化特征，以及各水道漲落潮流相互影響和此消彼長的關系，根據數值計算結果，給出了大潮期間一個潮周期內每隔一個小時的流場分布（圖10）。佛渡水道、牛鼻山水道和狹灣口斷面面積分別為141 931 m2、215 841 m2和107 775 m2，大潮期間3 個通道的流量時間序列見圖11。

3.2.1 狹灣口

狹灣口開始漲潮流時，潮流主要來自崎頭洋經佛渡水道的落潮流（17 ∶00-18 ∶00），此時外海（大目洋）漲潮流較弱；隨著外海漲潮流增強，與崎頭洋下泄的落潮流相抵消，崎頭洋經佛渡水道的落潮流逐漸減弱，牛鼻山水道和條帚門水道由落潮流轉為漲潮流，牛鼻山水道進入狹灣的漲潮流逐漸增強；在20 ∶00 時刻，狹灣口達到漲急。由于狹灣的斷面面積小于牛鼻山水道且狹灣最大流量小于牛鼻山水道，因此狹灣達到漲急時，牛鼻山水道漲潮流較大但未達到漲急；隨著牛鼻山水道的漲潮流繼續增強，部分漲潮流流入佛渡水道，從而佛渡水道轉為東北向流（21 ∶00）。此后，狹灣內的納潮量逐漸趨于飽和，灣內漲潮流逐漸減弱，進入牛鼻山水道的漲潮流轉而大量流入佛渡水道，崎頭洋漲潮流逐漸增強，至23 ∶00 時刻狹灣內潮流轉為落潮流，此時外海為轉流時刻，經佛渡水道進入崎頭洋的漲潮流主要由狹灣口的落潮流支撐。隨著外海轉為落潮流，牛鼻山水道的落潮流逐漸增強（0 ∶00-1 ∶00），狹灣內的納潮量釋放速度加快，狹灣口很快達到落急，此時狹灣的落潮流主要進入牛鼻山水道，進入佛渡水道的潮流很弱。外海落潮流繼續增強，狹灣口的落潮流不足以支撐牛鼻山水道的落潮流，崎頭洋轉為落潮流，經佛渡水道進入牛鼻山水道（2 ∶00-3 ∶00）；隨著崎頭洋落潮流的增強，通過佛渡水道進入牛鼻山水道的西南向流也逐漸增強，并對狹灣的落潮流形成了一定的阻滯作用，而外海落潮流開始減弱，狹灣口落潮流也逐漸減弱（4 ∶00）。外海落潮流繼續減弱至轉流時刻，在崎頭洋經佛渡水道的西南向流推動下，狹灣口逐漸達到轉流時刻直至轉為漲潮流。

圖6 長沙村潮位站潮位驗證

圖7 牛鼻山水道S2 測站流速流向驗證

圖8 佛渡水道S5 測站流速流向驗證

圖9 狹灣口S8 測站流速流向驗證

3.2.2 牛鼻山水道

牛鼻山水道外接大目洋，斷面面積與最大漲落潮流流量在3 個斷面中均為最大。根據前面狹灣口斷面潮流特征的分析結果可知，牛鼻山水道潮流場的變化略滯后于大目洋水域，其漲落潮流主要受外海潮流的控制。

3.2.3 佛渡水道

崎頭洋是舟山島南側連接杭州灣和外海的唯一通道，受到杭州灣潮波的影響，其漲落潮流時刻與象山港截然不同。佛渡水道是崎頭洋與外海及象山港水體交換的一個通道，崎頭洋落潮流與外海漲潮流在佛渡水道的交替變化，決定了佛渡水道漲落潮流的方向。從圖10 可以看出，在外海漲潮流逐漸增強過程中（19 ∶00-21 ∶00），佛渡水道由西南向流轉為東北向流；在崎頭洋落潮流逐漸增強過程中（1 ∶00-3 ∶00），佛渡水道由東北向流轉為西南向流。

●交匯區

在佛渡水道、狹灣口和牛鼻山水道漲落潮流的相互作用下，交匯區的潮流具有一定的旋轉流特征（圖12），潮流為順時針方向旋轉。佛渡水道東側同樣受到螺頭水道、蝦峙門水道、條叟門水道和佛渡水道潮流的相互作用，交匯區的潮流同樣具有一定的旋轉流特征，潮流同樣為順時針方向旋轉。

圖10 大潮期間各水道及其交匯區一個潮周期的流場分布

圖11 大潮期間佛渡水道、牛鼻山水道和狹灣口斷面流量過程曲線

圖12 各水道及其交匯區潮流橢圓分布

4 討論

4.1 佛渡水道漲、落潮流方向

佛渡水道是梅山保稅港區進出口貨物的主要海上運輸通道，水道漲落潮流方向的變化關系到船舶的進港與出港。隨著近年來梅山保稅港區、六橫大橋等項目的開發建設，佛渡水道漲落潮流方向經過專家們在多次會議上的討論，至今未有定論。佛渡水道西南通過青龍門、雙嶼門、牛鼻山水道與大目洋相連，同時其東北通過蝦峙門、條帚門也與大目洋連通，當大目洋漲潮流時，傳播至西南口和東北口的漲潮流方向完全相反。單以象山港為中心來看，佛渡水道西南向流與狹灣漲潮流方向較為一致，佛渡水道東北向流來自狹灣的落潮流，這就容易造成假象：佛渡水道漲潮流為西南向，落潮流為東北向。

從前面章節的分析已知，只有在狹灣漲落潮流的初始階段，佛渡水道漲落潮流與狹灣內潮流方向一致；當狹灣內為漲急時，佛渡水道為轉流時刻，當狹灣內為落急時，佛渡水道東北向流速較弱。當外海（牛鼻山水道、條帚門水道）為漲急時，佛渡水道為東北向流，為外海與崎頭洋水交換的重要通道；當外海為落急時，崎頭洋落潮流也較大，此時佛渡水道為西南向流。此外，佛渡水道斷面面積及最大流量與象山港狹灣斷面面積及最大流量接近，而象山港狹灣內漲落潮流主要與牛鼻山水道進行水交換，象山港狹灣內的漲落潮流對佛渡水道潮波不可能起到主要作用。

因此，佛渡水道漲落潮流主要受崎頭洋與外海及象山港漲落潮流水交換的影響，其漲潮流方向為東北向，落潮流方向為西南向。

4.2 象山港潮波與周邊海域潮波的關系

象山港位于寧波-舟山內海域南側，杭州灣位于寧波-舟山內海域北側。從寧波-舟山內海域北側，即杭州灣的灰鱉洋開始，水體主要通過金塘水道及冊子水道再經螺頭水道進入群島內部水域崎頭洋。崎頭洋位于眾多水道的交匯處，漲落潮過程中，內外海域的水交換主要通過清滋門、蝦峙門、條帚門、老鼠門、青龍門和雙嶼門水道進行，其中流經佛渡水道及青龍門水道的部分水體還參與象山港附近海域水體的交換。

象山港狹灣在漲急和落急時刻，灣內的潮流主要通過牛鼻山水道；而在漲潮的初始階段，灣內的潮流主要來自崎頭洋流經佛渡水道的落潮流；在落潮的初始階段，崎頭洋水域為漲急，灣內落潮流經過佛渡水道進入崎頭洋。狹灣為半封閉的狹長型海灣，轉流發生在平潮時刻，灣內潮波為駐波性質；牛鼻山水道斷面面積和斷面最大流量均大于狹灣口斷面，牛鼻山水道漲落潮流一部分與象山港灣內水體交換，一部分還通過佛渡水道與崎頭洋水體進行交換，其潮波為變形前進波性質；佛渡水道為崎頭洋與象山港及外海海水交換的通道，漲落急發生在平潮附近，轉流發生在中潮位附近，其潮波為前進波性質。

5 結論

利用2012年冬季象山港佛渡水道、牛鼻山水道和狹灣口的實測水文資料，對3 個水道潮波特征及其差異性進行了分析。分析結果表明，佛渡水道、牛鼻山水道和狹灣口潮差依次增大，漲潮歷時和漲落潮流歷時依次增加，落潮歷時和落潮流歷時依次縮短。受峽道地形影響，各水道潮流以往復流運動形式為主。

建立該海域的二維潮流模型，計算了研究區域與實測潮位同期一個月的潮位和潮流分布。狹灣內的漲落潮流主要經過牛鼻山水道受外海潮波的影響，僅在漲落潮流的起始階段通過佛渡水道受崎頭洋潮波的作用；牛鼻山水道漲落潮流主要受外海潮波的控制；崎頭洋落潮流與外海漲潮流在佛渡水道的交替變化，決定了佛渡水道漲落潮流的方向。

根據對實測觀測資料和數模計算結果的綜合分析，佛渡水道漲潮流為東北向，落潮流為西南向。杭州灣通過寧波-舟山內水域與象山港進行水體交換，象山港主要潮汐通道特別是佛渡水道潮汐和潮流特征較為復雜。本文的相關研究有助于對舟山群島南側潮波的了解，未來還需在更為全面的舟山島以南海域實測資料的基礎上，從整體上把握舟山群島附近海域潮波特征及其對象山港的影響。

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