薛興華，李國(guó)勝，王海龍

（1.長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院, 湖北 荊州 434025；2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；3.廣東省電力設(shè)計(jì)研究院, 廣東 廣州 510663）

不同流路時(shí)期黃河三角洲沿岸余流場(chǎng)的數(shù)值對(duì)比研究
——以北岸釣口河和東岸清水溝流路初期為例

薛興華1，李國(guó)勝2，王海龍3

（1.長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院, 湖北 荊州 434025；2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；3.廣東省電力設(shè)計(jì)研究院, 廣東 廣州 510663）

黃河入海流路改道變遷頻繁，有關(guān)不同流路時(shí)期沿岸余流場(chǎng)變化的認(rèn)識(shí)將為理解入海泥沙輸送特征的變動(dòng)和沿岸泥沙動(dòng)態(tài)提供重要的水動(dòng)力基礎(chǔ)，通過數(shù)值對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以分處黃河三角洲北、東兩岸的釣口和清水溝流路為例，對(duì)比研究了兩個(gè)流路基本穩(wěn)定后的初期黃河三角洲沿岸余流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及其流速的變化。結(jié)果表明，雖然兩個(gè)不同流路時(shí)期沿岸流系的總體趨勢(shì)存在一致性，但不同岸段的局部余流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、流速及其分布在不同季節(jié)都發(fā)生了程度不一的變化。在流場(chǎng)結(jié)構(gòu)上，夏、冬季的差異很小，而春、秋季的差異相對(duì)較大，特別是在10m以淺的近岸海域的變化明顯。高流速區(qū)分布，在釣口流路時(shí)期具有隨各突出沙嘴而生的特點(diǎn)，清水溝流路時(shí)則是沿岸線走向、呈條帶狀延伸，且其分布范圍更大、中心流速更高。沿岸余流流速在清水溝流路時(shí)期比釣口流路時(shí)期大很多，以清水溝口以南海域的流速增加最顯著，北岸海域其次，清水溝口以北、神仙溝以南岸段的變化最小，在季節(jié)上以冬季增幅最明顯。兩個(gè)不同流路時(shí)期沿岸潮致余流場(chǎng)的總體特征也是基本一致的，分布于甜水溝沙嘴（清水溝口）南、北部的渦環(huán)結(jié)構(gòu)在清水溝流路時(shí)期明顯向東北方向移動(dòng)，清水溝流路時(shí)期神仙溝和甜水溝等原沙嘴附近的潮致余流流速存在明顯的減小。

黃河三角洲沿岸；余流；入海流路；對(duì)比研究

Abstract：Frequent changes of the Yellow River’s estuary channel since 1855 make a well knowing about variations of residual currents along the Yellow River Delta (YRD) during different estuary channels,which is significant for understanding differentiation of sediment transport and nearshore sediment dynamic of YRD when estuary channel changed.Taking two estuary channels respectively located at the north and the east bank of YRD as an example, variations of residual currents along YRD during the early periods of Diaokou and Qingshuigou channel were studied by a 3D diagnostic model.It was resulted that residual current fields along YRD at large scale were totally similar, but variations of some local structures at a smaller scale can be easily found, especially along the nearest coastal areas where depth was less than 10 meters.Residual currents structure during two estuary routines showed a deeperdifferentiation in spring and autumn than those in summer and winter.Distributions of high-velocity areas were clearly situated around several outward extending spits when the Yellow River flowed into the Bohai Sea by the Diaokou route.But during the Qingshuigou route, two high-velocity areas which extended along the coastline were respectively produced at the east part of north coast shore and the south side of east coast shore.Except some areas around outward-extending spits during Diaokou route, velocity of residual current along YRD was apparently increasing during Qingshuigou routine, especially in winter.Comparatively, there was the most evident increase at the south Qingshuigou spit, less at the north coast shore, and least from the north Qingshuigou spit to the south Shenxiangou spit.Tide-induced residual currents along YRD during two different estuary channels were also totally consistent, but locations of two tide induced vortexes which were respectively located at south and north side of Tianshuigou spit (Qingshuigou estuary) moved northeast.Additionally, velocity of tide-induced residual current nearby spits of Shenxiangou and Tianshuigou during Qingshuigou channel apparently decreased possibly because the seaward protruding spits were silted up.

Keywords：the Yellow River Delta; residual currents; estuary channel; comparative study

黃河自 1855年入渤海以來，其入海流路改道變遷頻繁，對(duì)黃河三角洲(Yellow River Delta, YRD)沿岸流場(chǎng)分布與變化的情況的足夠了解，將為理解流路改道過程中入海泥沙輸運(yùn)和沿岸泥沙動(dòng)態(tài)的變化提高重要的水動(dòng)力基礎(chǔ)。隨著入海流路的變遷，海岸地形和邊界條件變化迅速，使得沿岸流場(chǎng)不僅與潮流、風(fēng)海流和徑流擴(kuò)散等河海動(dòng)力因素有關(guān)，還將受到近岸海底地形演變、沙嘴的消長(zhǎng)和岸線形態(tài)變化等的影響。海岸及海底邊界條件的變化必然要引起海洋動(dòng)力狀況的變化[1]，人們已研究了在黃河入海流路變遷過程中渤海，特別是三角洲沿岸潮汐性質(zhì)、潮流場(chǎng)等的變化情況[2-5]，實(shí)際觀測(cè)資料[6-9]也說明了這種變化的存在。

應(yīng)該注意到，余流流速雖然一般比較小，卻對(duì)長(zhǎng)周期尺度上沿岸泥沙動(dòng)態(tài)及其輸移至為重要，對(duì)入海泥沙的輸送非常關(guān)鍵，并使有關(guān)渤海，特別是渤、萊兩灣余環(huán)流特征的研究成為眾多研究者[7,10-16]所關(guān)注的重要問題。不同流路時(shí)期輸往外海的泥沙量或排沙比[17-24]，以及入海泥沙擴(kuò)散和沿岸沖淤過程的變化[25-26]也深刻反映了沿岸流場(chǎng)潛在的巨大差異。已有的一些研究多是僅針對(duì)潮流場(chǎng)變異作過分析，對(duì)潮汐余流的討論雖有所涉及[3-4,27]，但對(duì)沿岸余流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及其流速變異情況的詳細(xì)時(shí)空特征仍然知之甚少。

在黃河口入海流路變遷中，較大的改道有 12次[28]，從改道變遷的范圍、使用年限看，典型的流路過程分處黃河三角洲的北、東兩岸，1964-1976年的釣口流路時(shí)期黃河自北岸入海，1976年大范圍改道至三角洲東岸，至今取清水溝流路入海，以下將以北岸釣口河和東岸清水溝入海期間為例，研究黃河不同入海流路過程中沿岸余流場(chǎng)的變化。由于黃河巨量泥沙的輸入和河口海岸地形推進(jìn)迅速，要完整得到整個(gè)流路時(shí)期的詳細(xì)河口海岸/海底地形資料是很困難的，這里選取了兩河口流路都基本穩(wěn)定的初期作為研究時(shí)段，釣口流路期間取流路已運(yùn)行約4年的1967年海岸地形資料，清水溝流路期間則取已運(yùn)行約6年的1983年海岸地形資料。

1 研究方法與模型驗(yàn)證

1.1 研究方法

影響黃河三角洲沿岸流場(chǎng)的因素眾多，可能的主要影響因素有海岸地形、風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)迫、溫鹽條件、外海潮波輸入、黃河入海徑流等。為了準(zhǔn)確掌握和精確刻畫北岸釣口和東岸清水溝流路期間沿岸流場(chǎng)的差異，本項(xiàng)研究設(shè)計(jì)了兩個(gè)不同條件的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分別模擬黃河三角洲沿岸在釣口和清水溝兩流路初期的流場(chǎng)特征。除了以下1.2節(jié)所涉及的模擬模式及有關(guān)參數(shù)在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中保持不變外，其他可能影響流場(chǎng)特征的邊界和初始條件，分別按照1967年釣口流路時(shí)期和1983年清水溝流路時(shí)期的實(shí)際情況進(jìn)行了設(shè)置：(1)岸線邊界和海岸地形：釣口流路時(shí)期采用了1967年1︰5萬地形圖，清水溝流路時(shí)期采用了中國(guó)人民解放軍海軍司令部航海保證部所提供的1983年渤海實(shí)測(cè)水深數(shù)據(jù)，經(jīng)重采樣到模型網(wǎng)格上（圖1）；(2)風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)迫條件：分別采用了 1967年NCEP/NCAR Reanalysis1[29]和1983年NCEP/NCAR Reanalysis2[30]中的每6小時(shí)平均的風(fēng)場(chǎng)資料；(3)黃河入海徑流量：分別采用了1967年和1983年黃河利津站實(shí)測(cè)水文數(shù)據(jù)；(4)入?？谖恢茫悍謩e設(shè)在釣口（118.81oE，38.15oN）和清水溝口（119.09oE，37.74oN）；(5)對(duì)于渤海海域的海水溫鹽條件，考慮到本研究區(qū)淺海環(huán)境下溫鹽密度環(huán)流極弱[7]，采用了固定溫鹽條件；(6)模型中所用其他參數(shù)在兩個(gè)流路時(shí)期保持不變。

圖1 沿岸流場(chǎng)數(shù)值對(duì)比試驗(yàn)的岸線邊界與水深地形Fig.1 Coastline and subaqueous topography in numerical comparative tests

1.2 模型和參數(shù)設(shè)定

本項(xiàng)研究基于ECOM(Estuary and Coastal Ocean Model，ECOM)模式，模擬計(jì)算風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)迫和潮汐等動(dòng)力因素驅(qū)動(dòng)下黃河三角洲近岸海域的余流場(chǎng)，即本文所指余流包括了風(fēng)驅(qū)和潮致拉格朗日余流。

計(jì)算過程將渤海海域分為大、小兩個(gè)區(qū)域。大區(qū)域計(jì)算范圍包括整個(gè)渤海海域，為小區(qū)域提供水位邊界條件，在較粗的網(wǎng)格和時(shí)間分辨率下進(jìn)行模擬，網(wǎng)格水平分辨率為5.5 km×5.5 km，內(nèi)模時(shí)間步長(zhǎng)為447.12s（M2分潮周期的1%）；小區(qū)域計(jì)算范圍在秦皇島至龍口一線以西的海域，采用較精細(xì)的時(shí)空分布率，網(wǎng)格水平分辨率在河口三角洲附近海域局部加密為 1.1 km×1.1 km，內(nèi)模時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)為149.04s。

模式計(jì)算從靜止海面算起，積分15天當(dāng)能量達(dá)到平衡后開始分析。渤海海峽開邊界采用 122.25oE經(jīng)線與理想化水平海岸線之間部分作為開邊界來處理，避免因開邊界上不精確的水位、速度和溫度條件產(chǎn)生不好的影響。背景動(dòng)力場(chǎng)的開邊界潮高和幅角由S2、M2、N2、K1、P1、O1等6個(gè)分潮的潮參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，由驗(yàn)潮站資料進(jìn)行最優(yōu)插值獲取。溫鹽和流速采用無梯度邊界條件，在側(cè)邊界和海底，溫鹽的法向梯度為零。

1.3 模型驗(yàn)證

有關(guān)驗(yàn)證工作在前期工作文獻(xiàn)[32-36]中曾作了較詳細(xì)的討論，主要針對(duì)渤海海域的潮汐和潮流場(chǎng)開展了模型的驗(yàn)證(表1、2)。

表1 渤海潮汐觀測(cè)站M2分潮調(diào)和常數(shù)與計(jì)算結(jié)果比較[33]Tab.1 Calibration of harmonic constants of M2tide[33]

表2 潮流調(diào)和分析對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果[33]Tab.2 Model calibration for tidal current harmonic analysis[33]

表1是10個(gè)驗(yàn)潮站兩個(gè)主要M2分潮資料與模擬結(jié)果的對(duì)比，模擬所得的振幅和遲角與10個(gè)驗(yàn)潮站實(shí)測(cè)結(jié)果平均相差0.3 cm和-2.5 o，振幅最大相差7 cm（塘沽站），遲角差值比較大的站是曹妃甸、龍口和煙臺(tái)，分別相差19 o、18 o和15 o，除少數(shù)站點(diǎn)差值較大外，模擬結(jié)果與四個(gè)測(cè)流站的實(shí)測(cè)資基本吻合（表2），表明所用模式能夠較好地刻畫和模擬渤海潮流場(chǎng)特征。

2 結(jié)果與討論

本研究將從余流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和流速兩個(gè)方面，對(duì)比分析黃河取道北岸釣口河和東岸清水溝入海初期三角洲沿岸流場(chǎng)的變化與差異。考慮到表層余流受風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)迫的影響較大，底層余流則一般很小，為得到相對(duì)穩(wěn)定的余流場(chǎng)特征，本文采用了過去研究工作中[12]經(jīng)常使用到的深度平均余流來討論研究區(qū)的平均余流場(chǎng)狀況，除2.4節(jié)針對(duì)性地分析了僅有潮波作用下的潮致余流外，有關(guān)余流的討論包括風(fēng)驅(qū)和潮致拉格朗日余流[34]，并根據(jù)Longuet-Higgins[37]和Feng SZ等[38,39]的研究，采用Euler余流與Stokes漂流之疊加和計(jì)算得到，即VLr=VEr+VSt,其中VLr為L(zhǎng)agrangian余流，VEr為Euler余流，VSt為Stokes漂流。各月余流的計(jì)算，首先計(jì)算得到瞬時(shí)流的深度平均，然后在月的時(shí)間周期上平均得到。

2.1 黃河三角洲沿岸余流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化

計(jì)算結(jié)果表明，黃河三角洲沿岸流系在兩流路初期的大體趨勢(shì)基本一致，但不同岸段、不同季節(jié)的局部流場(chǎng)呈現(xiàn)出較大差異。沿岸流場(chǎng)都具有夏/冬季型流場(chǎng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、春/秋季型流場(chǎng)持續(xù)時(shí)間很短的特征，但在其季節(jié)性分配上有所不同，清水溝流路時(shí)期冬季型流場(chǎng)從11月直至次年3月，5-9月份的5個(gè)月為夏季型，4月份為春季型、10月為秋季型流場(chǎng)，釣口流路時(shí)期則在3月份已演變?yōu)榇杭拘土鲌?chǎng)，冬季型流場(chǎng)自11月至次年2月，夏季型流場(chǎng)從4月份持續(xù)到8月份，9～10月份為秋季型流場(chǎng)。以下討論中以6、10、12月份分別做為夏、秋、冬季沿岸流場(chǎng)的代表月份，春季型流場(chǎng)在釣口和清水溝流路時(shí)期分別以3、4月份為代表月份。

對(duì)于沿岸春季余流場(chǎng)結(jié)構(gòu)（圖2），雖然在總體上兩流路時(shí)期基本都是，自萊州灣灣頂沿萊州灣西岸向北，至三角洲弧頂轉(zhuǎn)北西、西，沿渤海灣南岸向西，直達(dá)渤海灣灣頂后轉(zhuǎn)向北、西北方向，但其北、東岸段的局部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。東岸海域，釣口流路時(shí)期甜水溝以南海域存在一個(gè)弱的順時(shí)針渦環(huán)結(jié)構(gòu)，甜水溝以北、五號(hào)樁以南的近岸海域具有向岸流的特征，五號(hào)樁以北至灣口則是北向沿岸流；清水溝流路時(shí)期在其入?？冢ㄇ逅疁希┠?、北兩側(cè)分別形成一個(gè)順時(shí)針和逆時(shí)針渦環(huán)結(jié)構(gòu)，南側(cè)渦環(huán)范圍大而明顯，其位置與釣口時(shí)期甜水溝口南部順時(shí)針渦環(huán)大體一致，北側(cè)渦環(huán)的分布范圍則小得多，在清水溝以北、離岸很大的距離范圍內(nèi)都是北西向流，進(jìn)入渤海灣灣口。北岸海域，在釣口流路時(shí)期余流均為自灣口向西，直抵渤海灣灣頂，灣灣溝口沙嘴前沿為北西向流，而在清水溝流路時(shí)期，源自灣口南部的渤海灣南岸西向沿岸流離岸有一定距離，抵達(dá)灣頂后一部分轉(zhuǎn)向南，繼而沿渤海灣南岸向東，出灣口后可達(dá)五號(hào)樁北部海域，與萊州灣西岸的北向沿岸流相遇之后，匯入北、北西向沿岸流進(jìn)入渤海灣內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)小的逆時(shí)針渦環(huán)結(jié)構(gòu)，在釣口流路時(shí)期不存在這種小的余環(huán)流結(jié)構(gòu)。

圖2 沿岸春季余流場(chǎng)的對(duì)比(圖中箭頭代表余流矢量)Fig.2 Comparison of residual currents along YRD in spring

對(duì)于沿岸夏季余流場(chǎng)結(jié)構(gòu)（圖3），釣口和清水溝流路初期在北、東岸的差異都較小，沿岸余流自萊州灣灣頂，順萊州灣西岸，出灣口后進(jìn)入渤海灣內(nèi)，繼續(xù)向西，抵渤海灣灣頂后轉(zhuǎn)北西向，進(jìn)入渤海灣北部海域，春季存在的局部渦環(huán)結(jié)構(gòu)均已消失。東岸海域，在釣口流路時(shí)期幾乎是一致的北向流，出萊州灣灣灣口后，轉(zhuǎn)北西進(jìn)入渤海灣內(nèi)；在清水溝流路時(shí)期清水溝口南側(cè)是東北向流，入海口北側(cè)很大的范圍內(nèi)則是強(qiáng)大的西北向流，直抵渤海灣灣口。北岸海域，在清水溝流路時(shí)期整個(gè)渤海灣南部海域均為西、北西向流，而釣口流路時(shí)期大約在38.4oN以北、10 m以深海域即轉(zhuǎn)為東向流出灣口，10 m以淺海域的流向與清水溝流路時(shí)期相近。

圖3 沿岸夏季余流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的對(duì)比(圖中箭頭代表余流矢量)Fig.3 Comparison of residual currents along YRD in summer

對(duì)于沿岸秋季余流場(chǎng)結(jié)構(gòu)（圖4），兩流路時(shí)期在10 m以深海域基本一致，在10 m以淺近岸海域的差異相對(duì)較大。在三角洲北岸海域，釣口流路時(shí)期整個(gè)渤海灣南岸都是自灣口向?yàn)稠數(shù)奈飨蛄?，清水溝流路時(shí)期則在離岸很近的范圍內(nèi)出現(xiàn)自灣頂向?yàn)晨诘挠嗔鳌|岸海域，在釣口流路時(shí)期10 m以淺的近岸海域流向多變，具有弱的南向流特征，甜水溝以北、10 m以深海域是明顯的北西向流，進(jìn)入渤海灣灣口后轉(zhuǎn)而向西；而在清水溝流路時(shí)期，清水溝口以北的10 m以淺海域是源自渤海灣內(nèi)的東南向流，10 m以深海域與釣口流路時(shí)期一樣，為北西向流，清水溝口南部海域呈現(xiàn)一個(gè)結(jié)構(gòu)特征明顯的逆時(shí)針渦環(huán)，河口南部的西南向沿岸流漸轉(zhuǎn)向東、東北，在萊州灣中部轉(zhuǎn)為北向后匯入北西向流。

圖4 沿岸秋季余流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的對(duì)比(圖中箭頭代表余流矢量)Fig.4 Comparison of residual currents along YRD in autumn

沿岸冬季余流場(chǎng)結(jié)構(gòu)（圖5）在兩流路時(shí)期的差異較小，但沿岸流流速差異很明顯（將在后文分析）。在渤海灣南部呈現(xiàn)出一個(gè)半封閉的逆時(shí)針余環(huán)流結(jié)構(gòu)，外海流自灣口中部向西，抵達(dá)灣頂后，沿渤海灣南岸轉(zhuǎn)向東，自灣口南部出渤海灣。在東岸海域，源自渤海灣南岸的沿岸流順萊州灣西岸向南，抵萊州灣灣頂后，轉(zhuǎn)而向東，釣口流路時(shí)期整個(gè)萊州灣西岸都是顯著的南向流，抵灣頂后轉(zhuǎn)向東，清水溝流路時(shí)期在清水溝口以北海域?yàn)闁|南向流，至清水溝口以南轉(zhuǎn)為西南向流，并逐漸轉(zhuǎn)東、東北。

圖5 沿岸冬季余流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的對(duì)比(圖中箭頭代表余流矢量)Fig.5 Comparison of residual currents along YRD in winter

2.2 黃河三角洲沿岸余流流速的變異

有關(guān)黃河三角洲沿岸余流流速變異情況的討論，主要涉及到兩個(gè)方面：一是，高流速區(qū)分布格局，包括其分布位置、范圍和中心流速；二是，沿岸典型縱斷面余流流速的差異。

2.2.1 高流速區(qū)分布格局的變動(dòng) 對(duì)于三角洲沿岸春季高流速區(qū)的分布（圖6），與釣口流路時(shí)期比，清水溝流路時(shí)期高流速區(qū)的分布范圍更大、其中心流速更高，從分布位置看，清水溝流路時(shí)期在三角洲北、東岸分別存在一個(gè)高流速區(qū)，而在釣口流路時(shí)期僅存在于三大沙嘴前沿。釣口流路時(shí)期的3個(gè)相對(duì)明顯的高流速區(qū)，分別位于釣口前沿、神仙溝南部和甜水溝口及其以南海域，其中心流速很小，不超過5 cm/s。清水溝流路時(shí)期的兩個(gè)高流速區(qū)分別位于清水溝口以南和三角洲東北前緣，前者沿岸線弧狀分布，緊鄰岸線，且高流速中心流速很大，超過10 cm/s，后者沿三角洲東北岸線大體呈東西走向，范圍較廣，離岸有一定距離，中心流速較低，其偏西部流速略高。

對(duì)于夏季高流速區(qū)的分布（圖7），釣口流路時(shí)期主要分布于各沙嘴附近，如東岸的甜水溝口、神仙溝口，以及北岸的釣口和灣灣溝口沙嘴前沿，其中心流速較春季明顯增強(qiáng)，但多不超過6.5 cm/s。清水溝流路時(shí)期高流速區(qū)的分布范圍和中心流速較釣口時(shí)期都要大得多，在北、東岸海域存在 3個(gè)沿岸線走向分布的高流速區(qū)，其春季存在的兩個(gè)高流速區(qū)得到保持，二者之間的老神仙溝口附近呈現(xiàn)一個(gè)流速和 ，北岸高流速區(qū)中心流速可達(dá)10 cm/s，東岸清水溝口以南高流速區(qū)的中心流速超過13 cm/s。

圖6 春季沿岸高流速區(qū)分布對(duì)比（圖中曲線為流速等值線，cm/s）Fig.6 Comparison of high-velocity-areas distribution in spring

圖7 夏季沿岸高流速區(qū)分布對(duì)比（圖中曲線為流速等值線，cm/s）Fig.7 Comparison of high-velocity-areas distribution in summer

兩流路時(shí)期秋季沿岸高流速區(qū)的分布范圍都急劇萎縮、中心流速大為降低（圖8），僅見于入海口附近海域，釣口流路時(shí)期高流速區(qū)自入海口向東北延伸，其分布范圍和中心流速都較清水溝流路時(shí)期小，后者的高流速區(qū)出河口后轉(zhuǎn)向西南延伸，中心流速可達(dá)11.5 cm/s。

圖8 秋季沿岸高流速區(qū)分布對(duì)比（圖中曲線為流速等值線，cm/s）Fig.8 Comparison of high-velocity-areas distribution in autumn

對(duì)于冬季高流速區(qū)的分布（圖9），釣口流路時(shí)期北、東岸段各突出沙嘴附近海區(qū)的高流速分布特征較明顯；清水溝流路時(shí)期高流速區(qū)的分布范圍和中心流速都較前者大很多，幾乎整個(gè)三角洲沿岸余環(huán)流流速都很高，流速超過12 cm/s，北、東岸段呈現(xiàn)多個(gè)高流速中心。在北岸海域，釣口流路時(shí)期在灣灣溝口和釣口沙嘴前沿呈現(xiàn)兩個(gè)大體東西走向的高流速區(qū)，中心流速不超過10 cm/s；清水溝流路時(shí)期，超過10 cm/s的高流速區(qū)呈東西向條帶狀延伸，分布于整個(gè)海區(qū)，灣灣溝口和老黃河口前沿的高流速中心流速超過18 cm/s。在東岸海域，釣口流路時(shí)期在甜水溝和神仙溝沙嘴附近海域呈現(xiàn)三個(gè)高流速區(qū)，以前者分布范圍較大，且中心流速可達(dá)10 cm/s；清水溝流路時(shí)期高流速區(qū)自神仙溝口直至清水溝口南部，在神仙溝口前沿和37.9 oN沿岸附近海域中心流速分別可達(dá)23.5 cm/s和21.0 cm/s以上，清水溝口以南海域中心流速相對(duì)較低。

圖9 冬季沿岸高流速區(qū)分布對(duì)比（圖中曲線為流速等值線，cm/s）Fig.9 Comparison of high-velocity-areas distribution in winter

2.3 沿岸余流流速的變化

通過沿岸59個(gè)站位構(gòu)成的縱斷面（圖1A）和各典型岸段橫斷面（圖1B）上余流流速的分布特征，來定量對(duì)比分析兩流路時(shí)期各岸段、各季節(jié)沿岸余流流速的差異和變化。

從不同岸段的年平均余流流速對(duì)比看（圖10A），除釣口前沿（當(dāng)時(shí)的入?？冢┖蜕裣蓽峡诘壬贁?shù)海域外，各海區(qū)余流在清水溝流路時(shí)期都比釣口流路時(shí)期大很多，以清水溝口以南海域的流速增加最顯著，以其21個(gè)站位（清水溝口除外）計(jì)，前者較后者增加約 6.5 cm/s，其次是三角洲北岸海域，以其24個(gè)沿岸站位（釣口除外）計(jì)，清水溝流路時(shí)期余流流速較釣口流路時(shí)期約增加4.7 cm/s，清水溝口以北、神仙溝以南岸段（簡(jiǎn)記為東北岸段）的流速增加最少，以其15個(gè)沿岸站位計(jì)，增幅約3.8 cm/s。在以下分析中，在這 3個(gè)典型岸段上設(shè)置橫斷面，得到斷面橫向流速分布圖（圖11）。

圖10 釣口和清水溝流路時(shí)期黃河三角洲沿岸縱斷面余流流速對(duì)比Fig.10 Comparison of residual current velocity at longitude section

圖10B揭示了兩流路時(shí)期各季節(jié)沿岸余流流速差值的分布情況，清水溝流路時(shí)期沿岸流速在冬季的增幅最明顯，其它季節(jié)的變化特征在 3個(gè)典型岸段的表現(xiàn)各有不同，但各季節(jié)在清水溝口以南海域的增幅都比較大。

春季，除釣口、神仙溝口和甜水溝口等沙嘴附近外，清水溝流路時(shí)期的余流流速較大，清水溝口以南海域的增幅最大，平均達(dá)3.8 cm/s，在該岸段的橫斷面SEC1上（圖11A）離岸約12 km的范圍內(nèi)流速的增加尤為明顯，約20 km以外的差異較小，增幅已不足 1 cm/s；東北岸段的流速變化最小，平均增幅不足1 cm/s，該岸段的橫斷面SEC2顯示，在離岸約6 km范圍內(nèi)流速差異很小，6 km以外略大；北岸海域的平均增幅為2.5 cm/s，在橫斷面SEC3上，離岸約6 km的范圍內(nèi)釣口流路時(shí)期較清水溝流路時(shí)期略大，6 km以外明顯以清水溝流路時(shí)期的流速較大。

夏季，在北岸段，釣口以西、灣灣溝以東的海域，受當(dāng)時(shí)夏季入海徑流量增加的影響，釣口流路時(shí)期余流流速較大，橫斷面SEC3（圖11B）進(jìn)一步顯示，主要是在離岸約6 km以內(nèi)，6 km以外海域的余流速在清水溝流路時(shí)期增加，而且灣灣溝口以西和釣口以東仍然以清水溝流路時(shí)期較大，從北岸24個(gè)站位的平均結(jié)果看，北岸海域的流速在清水溝流路時(shí)期約增加了1.2 cm/s。東北岸段的變化很小，平均增幅僅0.6 cm/s，由橫斷面SEC2可見，余流速在清水溝流路時(shí)期都有所增加。清水溝口以南海域在清水溝流路時(shí)期的增幅較大，平均約達(dá)3.7 cm/s，在斷面SEC1上，離岸約20 km的范圍內(nèi)流速增幅都在2 cm/s以上，20 km以外的差異很小。

圖11 沿岸典型岸段的橫斷面余流流速分布對(duì)比Fig.11 Comparison of residual curre nt velocity at cross sections

秋季，清水溝以南海域余流速在清水溝流路時(shí)期的平均增幅可達(dá)7.3 cm/s，在橫斷面SEC1（圖11C）上釣口流路時(shí)期的余流速明顯小得多，約25 km以外海域的差異很小；東北岸段的流速增幅約為1.5 cm/s，在斷面SEC2上，離岸約8 km以內(nèi)海域余流速在清水溝流路時(shí)期有所增加，8 km以外海域則在釣口流路時(shí)期略大；北岸段，在清水溝流路時(shí)期的余流速略有下降，降幅約為0.4 cm/s，在斷面SEC3上釣口流路時(shí)期的余流速明顯要比清水溝流路時(shí)期。

冬季，各岸段余流速在清水溝流路時(shí)期都大幅增加，北岸增幅最大，達(dá)11.4 cm/s，清水溝以南海域和東北岸段分布增加了10.3 cm/s和7.4 cm/s，橫斷面流速分布（圖11D）也表明，清水溝流路時(shí)期明顯要比釣口流路時(shí)期大。

2.4 潮致余流場(chǎng)的變異

對(duì)有關(guān)不同流路時(shí)期潮汐與潮流場(chǎng)變動(dòng)情況的專門討論[2,4,5]中曾指出，不同流路時(shí)期渤、萊兩灣潮汐場(chǎng)的總體特征并未發(fā)生深刻變化，只是局部潮流場(chǎng)有所不同[6-9]，這里重點(diǎn)對(duì)比分析在僅有潮波作用的條件下釣口和清水溝流路時(shí)期的潮致余流場(chǎng)。

由圖12（深度平均潮致余流）可見，兩流路時(shí)期沿岸潮致余環(huán)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的總體特征是一致的。在三角洲東岸，清水溝流路時(shí)期清水溝口和釣口流路時(shí)期甜水溝沙嘴的以南和以北海域均分別存在一個(gè)順時(shí)針和逆時(shí)針渦環(huán)結(jié)構(gòu)，南部順時(shí)針渦環(huán)較北部逆時(shí)針渦環(huán)的分布更明顯、范圍更大，兩渦環(huán)的分布位置在清水溝流路時(shí)期明顯向東北方向移動(dòng)，順時(shí)針渦環(huán)的南部海域在兩流路時(shí)期均是沿岸向南的潮致余流，致灣頂后轉(zhuǎn)向東，而在逆時(shí)針渦環(huán)的北部海域則基本都是指向渤海灣灣口的西、北西向流，但在五號(hào)樁附近存在自外海向西南、直抵沿岸海域的向岸流，阻擋了萊州灣西岸北部海域的北西向流。在三角洲北岸，潮致余流自渤海灣頂向東，至灣灣溝沙嘴前沿，與自灣口向?yàn)硟?nèi)的北西向流匯合后，轉(zhuǎn)向北、東北方向。

除近岸海域外，潮致余流很微弱，在緊鄰渤海灣西岸的海區(qū)從沿岸13個(gè)站位（圖12 B）余流速對(duì)比（圖13）可見，甜水溝（清水溝口）沙嘴和神仙溝附近海域余流速較大，在動(dòng)態(tài)趨勢(shì)上，可能受到突出沙嘴地形的影響，兩沙嘴附近余流速在清水溝流路時(shí)期存在明顯下降，且以清水溝口站位 5潮余流速的下降最大，但在距清水溝口約11 km處的站位6，在清水溝流路時(shí)期有顯著增加，從0.2 cm/s增加到1.5 cm/s，其它海域潮致余流流速多在1cm/s以下。

圖12 釣口和清水溝流路期間潮致余流場(chǎng)的對(duì)比Fig.12 Comparison of tide induced residual current along YRD

圖13 釣口和清水溝流路期間沿岸潮致余流流速分布的對(duì)比Fig.13 Comparison of velocity of tide induced residual current along YRD

3 結(jié) 論

通過數(shù)值對(duì)比試驗(yàn)研究了北岸釣口和東岸清水溝流路初期黃河三角洲近岸余流場(chǎng)的變化情況，二者雖然在沿岸流系的總體趨勢(shì)上存在一致性，但不同岸段的局部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、余流流速及其分布在不同季節(jié)都發(fā)生了程度不一的變化。

就余流場(chǎng)結(jié)構(gòu)而言，兩流路期間在夏、冬兩季的差異很小，春、秋季的差異相對(duì)較大，特別是在10m以淺的近岸海域的變化明顯，10 m以深外海區(qū)的變化較小。春季東岸海域，釣口流路時(shí)期甜水溝以南海域存在一個(gè)弱的順時(shí)針渦環(huán)結(jié)構(gòu)，清水溝流路時(shí)期在其入?？谀稀⒈眱蓚?cè)分別存在一個(gè)順時(shí)針和逆時(shí)針渦環(huán)；北岸海域，在釣口流路時(shí)期是自灣口向?yàn)稠數(shù)奈飨蛄?，清水溝流路時(shí)期的西向流離岸有一定距離，并在自渤海灣南岸至神仙溝口的10 m以淺海域形成一個(gè)沿岸分布的逆時(shí)針渦環(huán)結(jié)構(gòu)。秋季北岸海域，釣口流路時(shí)期仍然是自灣口向?yàn)稠數(shù)奈飨蜓匕读鳎逅疁狭髀窌r(shí)期則在10 m以淺海域出現(xiàn)自灣頂向?yàn)晨诘臇|向流，并在清水溝口南部海域呈現(xiàn)一個(gè)結(jié)構(gòu)特征明顯的逆時(shí)針渦環(huán)，而釣口流路時(shí)期在東岸10 m以淺海域是弱的南向流特征，10 m以深海域的北、北西向流也較清水溝流路時(shí)期弱。夏季余流自萊州灣灣頂，按順時(shí)針方向，依次沿萊州灣西岸、渤海灣南岸，轉(zhuǎn)向渤海灣灣頂，東岸海域在釣口流路時(shí)期幾乎是一致的北向流，在清水溝流路時(shí)期入?？谀蟼?cè)是東北向流，北側(cè)則是西北向流，整個(gè)北岸海域在清水溝流路時(shí)期均為西、北西向流，而在釣口流路時(shí)期在大約10 m以深海域即轉(zhuǎn)為東向出灣口。冬季，在北岸海域均呈現(xiàn)出一個(gè)半封閉的逆時(shí)針余環(huán)流結(jié)構(gòu)，東岸海域在釣口流路時(shí)期是顯著的南向流，抵灣頂后轉(zhuǎn)向東，在清水溝流路時(shí)期入?？谝员焙Ｓ?yàn)闁|南向流，入?？谝阅限D(zhuǎn)為西南向，并逐漸轉(zhuǎn)東、東北。

對(duì)于沿岸余流高流速區(qū)的分布，在釣口流路時(shí)期基本處于各突出沙嘴附近海域，而清水溝流路時(shí)期則具有沿岸線走向、呈條帶狀延伸的特點(diǎn)，而且清水溝流路時(shí)期高流速區(qū)的分布范圍更大、其中心流速更高。

沿岸縱、橫斷面余流流速的對(duì)比結(jié)果表明，從全年總體上看，除釣口前沿（當(dāng)時(shí)的入?？冢┖蜕裣蓽峡诘壬贁?shù)位置外，各海區(qū)余流在清水溝流路時(shí)期都比釣口流路時(shí)期大很多，以清水溝口以南海域的流速增加最顯著，其次是三角洲北岸海域，清水溝口以北、神仙溝以南岸段的變化最小，在年內(nèi)季節(jié)尺度上，以冬季的增幅最明顯，各季節(jié)在清水溝口以南海域的增幅都比較大。

釣口和清水溝流路時(shí)期沿岸潮致余流場(chǎng)的總體特征基本一致，釣口流路時(shí)期甜水溝沙嘴和清水溝流路時(shí)期清水溝口的以南和以北海域均分別存在一個(gè)順時(shí)針和逆時(shí)針渦環(huán)結(jié)構(gòu)，兩渦環(huán)的分布位置在清水溝流路時(shí)期明顯向東北方向移動(dòng)，除少數(shù)位置外，沿岸縱斷面上潮致余流流速在釣口流路時(shí)期較清水溝流路時(shí)期大，以神仙溝和甜水溝（清水溝口）沙嘴附近尤為明顯。

[1]胡春宏, 吉祖穩(wěn), 王濤, 等.黃河口海洋動(dòng)力特性與泥沙的輸移擴(kuò)散 [J].泥沙研究, 1996, 4: 1-10.

[2]樂肯堂, 劉興泉, 史久新.黃河口的變遷對(duì)鄰近海區(qū)潮波運(yùn)動(dòng)影響的數(shù)值研究 [J].海洋科學(xué)集刊, 1995, 36:33-46.

[3]黃祖珂.渤海的潮汐余流 [J].海洋湖沼通報(bào), 1992, 3: 1-8.

[4]董利瑾, 王萬戰(zhàn), 孫東坡.黃河口水流和延伸對(duì)渤海流場(chǎng)的影響[J].人民黃河, 2008, 30(12): 34-36.

[5]黃祖珂.渤海的潮波系統(tǒng)及其變遷 [J].青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 1991, 21(2): 1-12.

[6]李澤剛.黃河口外流場(chǎng)及其變化 [J].人民黃河, 1990, 4: 31-36.

[7]顧玉荷, 修日晨.渤海海流概況及其輸沙作用初析 [J].黃渤海海洋, 1996, 14(1): 1-6.

[8]樂肯堂, 周參武.黃河口的變遷對(duì)濱海大陸架區(qū)流場(chǎng)變化的影響[J].海洋科學(xué)集刊, 1995, 36: 93-109.

[9]盛興民.黃河三角洲地形改變對(duì)潮汐性質(zhì)的影響 [J].海洋工程, 1987, 6(1): 49-53.

[10]董年虎, 王廣月.渤海灣黃河入?？趨^(qū)余流特性分析 [J].黃渤海海洋, 1997, 15(1): 64-69.

[11]江文勝, 汪景庸, 趙建中, 等.渤海灣環(huán)流的一次觀測(cè)和分析 [J].青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 1997, 27(1): 23-32.

[12]趙保仁, 莊國(guó)文, 曹德明, 等.渤海的環(huán)流、潮余流及其對(duì)沉積物分布的影響 [J].海洋與湖沼, 1995, 26(5): 466-473.

[13]徐如彥, 趙保仁, 黃景洲, 等.渤海的平均余環(huán)流 [J].海洋科學(xué), 2006, 30(11): 47-52.

[14]梁書秀, 孫昭晨, NAKATSUJI Keiji, 等.渤海典型余環(huán)流及其影響因素研究 [J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 46(1): 103-110.

[15]趙保仁, 曹德明.渤海冬季環(huán)流形成機(jī)制動(dòng)力學(xué)分析及數(shù)值研究[J].海洋與湖沼, 1998, 29(1): 86-96.

[16]匡國(guó)瑞, 張琦, 戴煜芝.渤海中部長(zhǎng)期流的觀測(cè)與余流分析 [J].海洋湖沼通報(bào), 1991, 2:1-11.

[17]陸儉益.黃河河口輸沙條件及其淤積延伸對(duì)河道的影響 [J].海岸工程, 2001, 3(2): 51-64.

[18]龐家珍, 司書亨.黃河河口演變 II.河口水文特征及泥沙淤積分布 [J].海洋與湖沼, 1980, 11(4): 295-305.

[19]武桂秋, 夏東興, 王文海.現(xiàn)行黃河入海泥沙分布與海洋動(dòng)力要素的關(guān)系 [J].海岸工程, 1994, 13(1): 24-30.

[20]劉鳳岳.黃河三角洲濱海區(qū)流場(chǎng)分布及泥沙運(yùn)動(dòng) [J].海岸工程, 1989, 8(4): 37-43.

[21]王愷忱.黃河河口情況與演變規(guī)律 [R].黃委會(huì)水科所, 1980, 12.

[22]董年虎.黃河入海泥沙的淤積與擴(kuò)散 [J].海洋工程, 1997, 15(2): 59-64.

[23]姜明星, 楊風(fēng)棟, 霍瑞敬, 等.黃河三角洲海岸及濱海區(qū)演變與河口流路、入海水沙的關(guān)系 [J].海洋湖沼通報(bào), 2004, 3: 6-15.

[24]王崇浩, 曹文洪, 張世奇.黃河口潮流與泥沙輸移過程的數(shù)值研究 [J].水利學(xué)報(bào), 2008, 39(10): 1 256-1 263.

[25]王安龍.黃河入?？谧冞w及泥沙擴(kuò)散對(duì)渤海灣沿岸的沖淤影響[J].水道港口, 1986, 4: 10-16.

[26]趙光磊.現(xiàn)代黃河三角洲沿岸泥沙運(yùn)移與岸灘侵蝕態(tài)勢(shì)研究 [J].海岸工程, 2006, 25(2): 29-38.

[27]王鳳聰, 蘇志清.黃河口門外濱海區(qū)潮流的分布特征 [J].海洋湖沼通報(bào), 1989, 2: 8-11.

[28]龐家珍, 司書亨.黃河河口演變初探 [J].人民黃河, 1979, 3: 30-42.

[29]]NOAA/OAR/ESRL PSD, Boulder, Colorado, USA.http://www.esrl.-noaa.gov/psd/data/reanalysis/reanalysis.shtml[DB/O L], 2008.

[30]NOAA/OAR/ESRL PSD, Boulder, Colorado, USA.http://www.esrl.-noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.ranalysis2.html[DB/OL],2008.

[31]海洋圖集編委會(huì).渤海黃海東海海洋圖集(水文) [M].北京: 海洋出版社, 1993: 1-524.

[32]李國(guó)勝, 王海龍, 董超.黃河入海泥沙輸運(yùn)及沉積過程的數(shù)值模擬 [J].地理學(xué)報(bào), 2005, 60(10): 707-716.

[33]王海龍.黃河入海泥沙季節(jié)—年尺度懸移輸運(yùn)過程與機(jī)制研究[D].中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所圖書館, 2006, 47-160.

[34]李國(guó)勝, 王海龍, 李柏良.渤海風(fēng)驅(qū)－潮致拉格朗日余流的數(shù)值模擬與時(shí)空變異 [J].地理研究, 2005, 24(14): 359-370.

[35]Li Guosheng, Wang Hailong, Li Bailiang.A model study on seasonal spatial-temporal variability of the Lagrangian residual circulation in the Bohai Sea [J].Journal of Geographical Sciences, 2005, 15(3):273-285.

[36]Li Guosheng, Dong Chao, Wang Hailong.Numerical simulations on transportation of SPM introduced from the Yellow River to the Bohai Sea [J].China Ocean Engineering, 2006, 20(1): 133-146.

[37]Longuet-Higgins MS.On the transport of mass by time-varying ocean currents [J].Deep Sea Research, 1969, 16(5): 431-447.

[38]Feng SZ, Cheng RT, XI PG.On tide-induced Lagrangian residual current and residual transport 1.Lagrangian residual current[J].Water Resources Research, 1986, 22(12): 1 623-1 634.

[39]Feng SZ, Cheng RT, XI PG.On tide-induced Lagrangian residual current and residual transport 2.residual transport with application in South San Francisco Bay [J].Water Resources Research, 1986, 22(12): 1 634-1 646.

A numerical comparative study on residual currents along the Yellow River Delta during two different estuary routes: a typical case of early periods of Diaokou and Qingshuigou channel

XUE Xing-hua1, LI Guo-sheng2, WANG Hai-long3

(1.College of Gardening and Horticultural, Yangtze University, Jingzhou 434025, China; 2.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China; 3.Guangdong Electric Power Design Institute, Guangzhou 510663, China)

P731.2

A

1001-6932(2011)02-0142-10

2010-03-02；收修改稿日期：2010-12-23

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40771030、40571020)

薛興華(1976－ )，男，湖北宣恩人，講師、博士，主要從事自然地理學(xué)教學(xué)與科研工作。電子郵箱：xinghua_xue@163.com。

李國(guó)勝，研究員。主要從事海陸相互作用過程遙感與GIS數(shù)值模式研究。電子郵箱：ligs@igsnrr.ac.cn。