摘要院三峡工程蓄水后袁长江流域的来水来沙特性发生了一定程度的变化袁从而可能使长江河口段的潮汐特征发生变化遥以分布于长江河口段6个潮位站的各6个代表年的实测潮位资料为基础袁利用潮汐调和分析方法袁对比分析长江河口段的潮汐特征遥结果表明院三峡工程蓄水后袁长江河口段的主要分潮的调和常数和潮汐特征参数发生了变化袁但幅度比较小遥关键词院长江河口曰潮汐曰调和分析曰调和常数中图分类号院P731.23文献标识码院A文章编号院1000-0852(2019)03-0075-05
三峡工程蓄水前后长江河口段潮汐特征变化分析朱巧云袁张志林袁乔红杰渊长江水利委员会水文局长江口水文水资源勘测局袁上海200136冤
水文JOURNALOFCHINA匀再阅砸韵蕴韵郧再第39卷第3期
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收稿日期院2018-06-11基金项目院国家重点研发计划项目野水资源高效开发利用冶渊2016YFC0402101冤袁重点专项野长江黄金航道整治技术研究与示范冶作者简介院朱巧云渊1970原冤袁女袁江苏泰州人袁高级工程师袁主要从事水文水资源调查工作遥E-mail:cjkzhuqy@126.com
1引言长江河口是中国最大的河口袁属于中等强度的潮汐河口袁潮波主要来自东海传入的前进波及黄海传入的旋转潮波袁其中东海前进潮波的影响更为明显遥潮汐和径流是河口最主要的动力因素袁二者相互作用造成河口地区水体运动尧泥沙输移和河床冲淤演变等袁所以研究潮汐对于了解水动力尧河口资源的开发利用和河口生态环境的维护等具有重要的科学和应用意义遥针对长江河口段的潮汐特征袁国内已有许多学者做了一定的研究院杨正东等[1]据一年的资料分析了长江河口段的潮汐特征袁但未开展潮汐特征的年际变化分析曰付桂[2]分析了近期长江河口段沿程11个站的年平均海平面尧高尧低潮位等的变化和原因袁但没有对分潮组成尧潮汐类型和潮汐变形等进行进一步的研究曰杨锋等[3]根据三峡蓄水前渊1997耀2003年冤长江河口段5个潮位站的资料研究了长江河口段气象分潮Sa的变化趋势曰尹倩瑜等[4]研究了长江口北支河段潮汐不对称性遥虽然以上学者已对长江河口的潮汐特征做了较多的研究袁但基于选用具有代表性的丰尧平尧枯年份的长序列实测潮位资料来分析长江河口潮汐特征还是较少遥本文以分布于长江口不同河段的6个潮位站袁在三峡工程蓄水前后各3个代表年的实测潮位资料袁探寻三峡工程蓄水前后长江河口段的潮汐特征变化遥2资料选取和研究方法研究范围从徐六泾节点至长江口口门遥本文以徐六泾节点段的徐六泾站尧北支河段进口段的崇头站和口门的连兴港站尧南支河段的杨林站尧北港河段的六滧站和共青圩站等6个分布于长江口不同河段的潮位站为代表站进行研究分析遥研究资料选取院根据长江下游最后一个干流流量控制站原大通水文站已有的多年径流量系列资料袁采用P-芋型曲线进行配线袁通过配线得到各个频率情况下所对应的年径流量值遥一般取P=25%尧50%尧75%所对应的年径流量值作为丰尧平尧枯水年的设计值袁然后在已有的实测系列中选取与设计值相等或接近的年份袁再结合6个潮位站已有的实测潮位资料情况袁选取出相应的丰尧平尧枯代表年遥三峡蓄水前选取1990年渊平水年冤尧1998年渊丰水年冤和2001年渊枯水年冤等3个代表年袁三峡蓄水后选取2005年渊平水年冤尧2011年渊枯水年冤和2016年渊丰水年冤等三个代表年遥6个潮位站各6年的潮位资料均来自于长江水利委员会水文局长江口水文水资源勘测局整编成果遥根据以上各站6个代表年的实测潮位资料采用潮汐调和分析方法袁逐年计算主要分潮的调和常数遥采用一年长时间序列资料能够消除各个主要分潮的相互影响袁几乎能够把所有的短周期分潮分离开来袁
利用pdfFactory Pro测试版本创建的PDF文档 www.pdffactory.com水文第39卷表1各潮位站的主要分潮调和常数Table1Themaintidalharmonicconstantsforthevarioustidestations
所以按此长度进行分析袁能取得受干扰影响较小袁而对正常潮汐变化的代表性较好的调和常数遥3潮汐调和分析计算原理
潮汐调和分析是潮汐分析的一种方法遥由于月球和太阳的引潮力引起的潮汐是多个余弦函数的叠加袁每个余弦函数可被定义成一个分潮袁实测潮位可以表示成以下形式院h渊t冤=S0+i移fiHicos渊滓it+vi+ui-gi冤渊1冤式中院h渊t冤为实测潮位曰S0为平均海面曰Hi为分潮平均振幅曰滓i为分潮角速率曰vi为分潮初相位角曰ui为天文相角的交角订正角曰gi为迟角曰t为时间曰fi为交点因子曰i为分潮数遥其中Hi和gi合称为分潮调和常数遥因此袁分潮表达式又可以进一步写成院h=fHcos渊滓t+V+u-g冤渊2冤式中院f尧滓尧渊V+u冤均为已知渊可查表冤袁故只要能求出每一个分潮的H及g袁则分潮便可求遥H及g称为分潮的潮汐调和常数袁简称调和常数遥本文选取较常用的最小二乘法从实测潮位序列中求出各个分潮的调和常数渊振幅和迟角冤遥理论上袁潮汐由无穷多的分潮组成袁但大部分作用不大袁实际应用上往往只要选取其中振幅较大的分潮袁就可得到偏差不大的结果遥本文在长江河口段选用了其中11个主要分潮袁它们分别是4个主要半日分潮渊M2尧S2尧N2尧K2冤尧4个主要全日分潮渊K1尧O1尧P1尧Q1冤和3个主要浅水分潮渊M4尧MS4尧M6冤等遥4计算结果与分析4.1各站主要分潮调和常数各潮位站的11个主要分潮调和常数的平均值渊6个代表年值的平均冤计算结果见表1遥长江河口段半日分潮中振幅比较大为M2和S2袁M2分潮振幅最大达133.1cm袁居11个分潮的首位曰全日分潮中K1尧O1振幅
比较大袁但K1振幅只有M2分潮振幅的1/5曰浅水分潮中M4和MS4的振幅比较大袁其振幅与全日分潮基本相当遥由此可见袁在长江河口段M2尧S2尧K1尧O1尧M4尧MS4
等6个主要分潮起着重要的作用袁且M2分潮占主导地位袁浅水分潮成分明显遥迟角是分潮的位相角袁即产生分潮的假想天体在通过某地上中天后到该地发生高潮的时间间隔遥长江河口段半日分潮的迟角介于3.4毅耀349.8毅之间袁全日分潮的迟角介于79.3毅耀245.7毅之间遥4.2潮汐特征参数
某一地区的潮汐类型常常根据日分潮和半日分潮的振幅比来划分袁常用的一种潮汐类型系数由下式表示[5]院
F=渊HK1+HO1冤/HM2
渊3冤
式中院HK1尧HO1尧HM2分别为分潮K1尧O1尧M2的振幅遥F的不同取值范围代表不同的潮汐类型遥若F臆0.5袁则属于半日潮港曰若0.5约F臆2.0袁则为不规则半日潮混合潮港曰若2.0约F臆4.0袁则为不规则日潮混合潮曰若F跃4.0袁
分潮徐六泾崇头杨林六滧共青圩连兴港振幅H/cm迟角g/毅振幅H/cm迟角g/毅振幅H/cm迟角g/毅振幅H/cm迟角g/毅振幅H/cm迟角g/毅振幅H/cm迟角g/毅
M2S2N2K2K1O1P1Q1M4MS4M687.937.414.811.120.814.65.42.217.614.53.977.8127.158.6125.2245.6194.5245.7163.375.8126.246.894.040.015.811.821.715.36.12.321.017.35.459.6109.141.8107.2235.6184.5239.1156.535.486.1292.593.740.915.912.022.014.85.92.119.416.04.540.088.423.685.9226.1175.8229.5149.9358.949.6289.9106.746.918.213.823.515.16.42.116.713.93.03.450.2349.848.2203.8153.3208.2132.0296.9346.8187.2105.647.318.313.722.813.86.02.014.011.92.5347.332.9332.829.2194.2143.7199.7118.6258.1308.2135.6133.162.024.718.023.312.86.01.613.111.01.0339.722.1325.817.7167.5113.1171.479.3222.5276.575.5
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则为日潮港[5]遥
潮波进入河口浅水区域往往发生变形袁通常用浅水分潮M4与半日分潮M2两者的振幅比值来描述河口的潮汐变形程度曰通过分潮M4和M2相位差来分析潮汐不对称性的类型遥上述两个参数分别称为变形系数A尧G袁计算公式如下[4]院
A=HM4/HM2
渊4冤
G=2gM2-gM4
渊5冤
式中院gM2尧gM4分别为分潮M2尧M4的迟角袁其余变量的含
义与式渊3冤中变量相同遥当相位差G在0毅耀180毅之间袁表明落潮历时长于涨潮历时曰在180毅耀360毅表明涨潮历时长于落潮历时遥采用各潮位站的主要分潮调和常数平均值来计算各相关特征参数袁各潮位站相关特征参数计算结果见表2遥
6个潮位站的潮汐类型系数F介于0.27耀0.40间袁由式渊3冤的划分可知袁表明各站潮汐均属于半日潮遥变形系数A介于0.10耀0.22间袁均大于0.10袁表明潮汐变形显著袁受浅水分潮影响明显遥相位差G均在0毅耀180毅之间袁表明各站落潮历时长于涨潮历时遥综上所述袁长江河口段的潮汐属于非正规的半日浅海潮遥
4.3主要分潮的调和常数和潮汐特征参数沿程变化由以上分析结果可知袁长江河口段潮汐以半日分潮为主袁浅水分潮成分明显遥以下选取半日分潮中振幅比较大的M2和S2分潮袁浅水分潮中振幅比较大的M4和MS4分潮袁分析这4个分潮调和常数以及各站潮
汐特征参数的沿程变化渊见图1冤遥由图1可知袁从口门连兴港站至口内徐六泾站袁M2尧S2两个主要半日分潮的振幅呈减小趋势袁减幅分
别为34%和40%袁表明半日分潮沿程衰减得比较快曰M4尧MS4两个浅水分潮的振幅沿程变化趋势与半日分
潮正相反袁从口门至口内振幅呈增大趋势袁增幅分别为34%和32%遥其原因是潮波从口门向口内传播的过程中袁受到上游径流阻尼和河道摩擦的非线性削弱[3]袁
半日分潮振幅减小袁同时潮波向陆传播袁水深变浅袁浅水分潮影响增加袁振幅增大袁这也导致潮波变形加剧袁即越向上游潮汐类型系数F越大袁变形系数A也越大袁表明越向上游日潮不等现象越显著袁落涨潮历时差越大遥从口门连兴港站至口内徐六泾站袁主要分潮的迟角均呈增加的趋势袁M2尧S2半日分潮迟角的增幅分别为98毅和105毅袁而M4尧MS4两个浅水分潮的迟角的增幅比较大袁增幅分别为213毅和210毅袁即越靠近上游袁到达高潮位的时间越靠后袁这与潮波总是从外海传向口内并沿河流上溯的事实相符遥4.4三峡蓄水前后主要分潮调和常数和潮汐特征参