方神光,黃春華,喻豐華,王世俊,何 用

(1.珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院,廣東 廣州 510611;2.水利部珠江河口治理與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510611)

伶仃洋河口灣是大灣區(qū)的核心地帶,近些年在強(qiáng)人類(lèi)活動(dòng)的影響下,河口灣地貌發(fā)生巨大變化,水域面積較歷史上減少約35%[1],珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)河床要恢復(fù)至20世紀(jì)90年代水平至少需要127～180 a左右[2],中灘從2008年以來(lái)則形成了容積達(dá)7億m3的巨大采砂坑[3],圍墾導(dǎo)致河口岸線邊界急劇變化致使潮汐不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象加劇,淺水分潮M4振幅總體呈增大趨勢(shì),漲潮動(dòng)力占優(yōu)趨勢(shì)增強(qiáng)[4]。以1999年為時(shí)間節(jié)點(diǎn),前期來(lái)水較20世紀(jì)80年代增大15.9%及河口區(qū)高強(qiáng)度采砂致使伶仃洋東四口門(mén)徑流動(dòng)力增強(qiáng),后期來(lái)水減少12.2%則導(dǎo)致虎門(mén)、蕉門(mén)徑流動(dòng)力減弱而洪奇門(mén)和蕉門(mén)徑流動(dòng)力增強(qiáng)[5]。伶仃洋河口灣屬于典型徑潮交匯區(qū),洪季徑流動(dòng)力強(qiáng),河口鋒尤為活躍[6],河口羽狀鋒有關(guān)的鋒動(dòng)力控制著珠江口的環(huán)流[7],在弱、緩混合型河口容易在縱向上出現(xiàn)上層凈流向海、下層凈流向陸的垂向余環(huán)流[8]。澳門(mén)東側(cè)水域位于伶仃洋口門(mén)西側(cè),是洪灣水道和伶仃洋上游西灘水沙的重要通道[9],隨著澳門(mén)機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建、珠澳人工口岸及填海A區(qū)等工程建成,對(duì)該通道水流動(dòng)力造成顯著影響。因此,本文基于澳門(mén)東側(cè)水域洪季連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù),探討了該水域半月時(shí)段內(nèi)的潮流動(dòng)力結(jié)構(gòu)特征及主控動(dòng)力因子,為河口灣治理和保護(hù)提供基礎(chǔ)支撐。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)收集

1.1 研究水域概況

珠江河口澳門(mén)附近水域位于珠江口西側(cè),地處澳門(mén)特別行政區(qū)與廣東省珠海市之間,北緯22°06′39″～22°13′06″、東經(jīng)113°31′33″～113°35′43″,西與磨刀門(mén)水道相連,東與伶仃洋相通、南與南海毗連。受島嶼分隔,水域內(nèi)形成東、西向的澳門(mén)水道,該水道西接洪灣水道,東連伶仃洋,南北方向有灣仔水道和十字門(mén)水道,各水道互相貫通,呈十字形交匯,見(jiàn)圖1。澳門(mén)水道是澳門(mén)附近水域泄洪、輸沙和潮流的主要通道,其徑流和泥沙主要來(lái)自洪灣水道[10],分洪量約占磨刀門(mén)徑流量的 12%～18%[11]。澳門(mén)機(jī)場(chǎng)以東水域即伶仃洋西灘南部水域,本區(qū)域水面寬闊,近岸水深在3～5 m,離岸水深在5～7 m,是伶仃洋及澳門(mén)水道下泄水沙的過(guò)境通道。澳門(mén)附近水域位于不規(guī)則半日潮的弱潮河口,多年平均潮差1.03 m,日潮不等顯著,洪季漲潮流以N—NNE向?yàn)橹?枯季以NNW—WNW向?yàn)橹?落潮流為S—SW向[12]。

圖1 澳門(mén)水域

1.2 資料來(lái)源

本文采用的數(shù)據(jù)來(lái)自珠江河口A6(22.18°N,113.61°E)和A7(22.1°N,113.61°E)浮標(biāo)站(圖1),兩站分別位于澳門(mén)東側(cè)水域的北端和南端,很好代表控制澳門(mén)水域的潮汐和徑流的動(dòng)力特征;兩站點(diǎn)相距約11.2 km,分別位于-5、-6 m等深線附近(珠江基面);都使用聲學(xué)多普勒波浪剖面流速儀(浪龍1 MHz)采集流向、流速、水深等數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)垂向分辨率為0.3～0.5 m/層,垂向測(cè)量范圍為0.4～25.0 m,采樣間隔為20 min。本次分析選取時(shí)段為2020年6月21日至7月5日共15 d,對(duì)應(yīng)農(nóng)歷2020年5月初一至十五,潮型變化過(guò)程為:大潮→中潮→小潮→中潮→大潮,期間西北江上游主要控制站馬口站和三水站從6月26日—7月3日觀測(cè)到一次典型洪水過(guò)程,見(jiàn)圖2,持續(xù)時(shí)間約8 d,馬口站最大洪峰流量15 800 m3/s,三水(二)站洪峰值5 340 m3/s,出現(xiàn)時(shí)間都在6月29日,屬于珠江河口常遇洪水量級(jí)。

圖2 馬口站和三水站洪水過(guò)程線

1.3 研究方法

河口潮流受潮汐、徑流、風(fēng)及地形等因素影響,流態(tài)較為復(fù)雜,潮周期內(nèi)的主流向呈現(xiàn)隨季節(jié)和時(shí)間變化的趨勢(shì)。但潮流的漲潮和落潮特性判斷尤為重要,是開(kāi)展河口動(dòng)力特征分析的基礎(chǔ),以往習(xí)慣采用潮周期內(nèi)漲急和落急方向進(jìn)行區(qū)分,存在較多的誤差和經(jīng)驗(yàn)因素;徐志揚(yáng)等[13]通過(guò)尋找實(shí)測(cè)潮流矢量在某一方向流速分量絕對(duì)值之和的最大值方法來(lái)區(qū)分漲潮和落潮,更為科學(xué)和適用,但從動(dòng)量定律的物理意義上略有不足。為更準(zhǔn)確探討分析時(shí)段內(nèi)海流的流動(dòng)特征,避免潮汐漲落與潮流漲落部分時(shí)段不對(duì)應(yīng)造成的誤差,此處引入主潮通量斷面的概念,該斷面對(duì)應(yīng)潮流橢圓短軸,物理機(jī)制為通過(guò)該斷面的單寬潮通量最大(包括漲潮通量和落潮通量),該斷面兩側(cè)潮流矢量定義為漲潮或落潮時(shí)段。為探尋分析時(shí)長(zhǎng)tm內(nèi)的主潮通量斷面位置,任選一斷面,與N向夾角為θ1,通過(guò)該斷面的單寬總潮量為:

(1)

式中Fnθ1、Fj——單寬總通量和潮段通量;m——漲落潮時(shí)段的總和數(shù)量;Qin、Vin、hi——i時(shí)刻的單寬流量、流速和水深;tj、tj-1——漲落潮段起止時(shí)刻。

將該斷面按順(逆)時(shí)針旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)范圍為(θ1,θ1+180°),即可計(jì)算出通過(guò)不同短軸斷面的單寬總潮通量{Fnθ1,Fnθ2,…,Fnθk,…,Fn(θ1+180°)},則主潮通量斷面位置夾角為式(2):

θk=θkr,max{Fnθ1,Fnθ2,…,Fnθk,…,Fn(θ1+180°)}

(2)

獲得主潮通量斷面位置后,即可區(qū)分漲落潮矢量,將其分解到N方向和E方向,采用沿時(shí)間軸積分的方法即可求出潮周期內(nèi)的時(shí)段漲(落)平均流速和余流流速。此處余流為沿水深和時(shí)間的平均,其計(jì)算模式概化為式(3):

(3)

根據(jù)定義[14]可知,此處主要給出歐拉余流,反應(yīng)觀測(cè)點(diǎn)位置的凈輸運(yùn)。

2 潮汐及潮流特征

2.1 潮汐組分

圖3給出了A6和A7站半個(gè)月時(shí)間內(nèi)的海面高度變化,兩站半月平均潮差分別為0.4、0.6 m,最大潮差均出現(xiàn)在大潮期,A6站為2.18 m,A7站為2.42 m;A7站潮汐峰值出現(xiàn)時(shí)間較A6提前約1 h。采用Pan等[15]提供的MATLAB程序包S_TIDE對(duì)A6和A7站海面高度資料進(jìn)行調(diào)和分析,調(diào)和常數(shù)結(jié)果見(jiàn)表1。兩站主導(dǎo)分潮相同,以M2和K1分潮振幅最大,為0.35～0.50 m;淺水分潮中,A6站M4淺水分潮振幅顯著大于A7站,主要原因是A6站水深淺且受岸線影響顯著所致。從澳門(mén)東側(cè)水域分潮振幅梯度[16]可見(jiàn),O1分潮和M2分潮振幅由南向北傳播過(guò)程中呈顯著衰減趨勢(shì),M4淺水分潮振幅呈顯著增強(qiáng)趨勢(shì)。顯然,A6站緊鄰澳門(mén)水道出口,水深較淺,受洪水徑流及淺水分潮影響更明顯。A7站遲角總體小于A6站,顯示潮波抵達(dá)A7站時(shí)間略早于A6。兩站潮汐類(lèi)型計(jì)算(Hk1+Ho1)/HM2值[17]分別是2.07和1.68,為不規(guī)則半日潮型。

圖3 海面高度變化

表1 潮汐調(diào)和常數(shù)

2.2 流速及歷時(shí)特征

計(jì)算2020年所選時(shí)段洪季共15 d時(shí)段內(nèi)的漲潮垂向平均流速、落潮垂向平均流速及垂向平均余流見(jiàn)圖4,口外側(cè)A7站整體漲落潮流速大于口內(nèi)A6站;A6和A7站漲潮流向分別為N和NNE向,落潮流向都為S向,外海側(cè)A7站漲潮流態(tài)略東偏。兩站余流流速分別為2、6 cm/s,流向分別為NW和SSE向,外海側(cè)A7站余流流速明顯大于內(nèi)側(cè)A6站。圖5顯示A6站漲潮流歷時(shí)比落潮流歷時(shí)略大2%,單寬漲潮量比落潮量大8%;A7站落潮歷時(shí)比漲潮歷時(shí)大6%,單寬落潮量比漲潮量大10%;顯示洪季半月潮內(nèi)澳門(mén)東北側(cè)和東南側(cè)水域潮流特性存在明顯差異,東北側(cè)呈現(xiàn)漲潮流略占優(yōu),東南側(cè)水域?yàn)槁涑眱?yōu)勢(shì)流,北、南側(cè)的岸線走向及水深地形差異是造成該現(xiàn)象的主要原因。A6站位于澳門(mén)水道出口外側(cè)約3 km,水深較淺且離岸很近,該位置M4淺水分潮影響比A7站大一個(gè)數(shù)量級(jí),引起的潮汐和潮流不對(duì)稱(chēng)作用是南、北側(cè)水域潮流特征顯著差異的重要原因之一。

圖4 漲落潮平均流速及余流

圖5 歷時(shí)及單寬潮量占比

3 動(dòng)力結(jié)構(gòu)時(shí)空變化特征分析

3.1 潮周期平均動(dòng)力變化特征

珠江河口水域?yàn)椴灰?guī)則半日潮,以24.8 h為時(shí)間單位(天文潮周期),統(tǒng)計(jì)洪季連續(xù)14個(gè)完整潮周期的平均漲落潮矢量見(jiàn)圖6。A6和A7站潮周期漲潮平均流速時(shí)間變化線呈“V”字型,潮動(dòng)力越強(qiáng),漲潮流速越大,漲潮流速最小值出現(xiàn)在6月29日小潮期,疊加上游洪水徑流抵達(dá)口門(mén)影響,兩站分別僅為13、17 cm/s;A6站和A7站落潮流速主要取決于潮型,洪水徑流對(duì)其影響較小。A7站所在澳門(mén)東南側(cè)水域落潮流速整體大于漲潮流速,洪水期(6月27日至30日)最為明顯;A6站洪水期(6月28日—7月1日)落潮流速略大于漲潮流速,其他時(shí)段都為漲潮流速大于落潮平均流速。兩站潮周期內(nèi)漲潮和落潮垂向平均流向較為穩(wěn)定,隨時(shí)間變化幅度較小。

圖6 潮周期漲落潮垂向平均流速矢量

潮周期垂向平均余流矢量見(jiàn)圖7,A7站潮周期垂向平均余流流速變化范圍為4～16 cm/s,總體大于A6站的0～6 cm/s。上游洪水從6月26日起漲,過(guò)程持續(xù)時(shí)間約8 d,洪水抵達(dá)口門(mén)約1 d時(shí)間,A6站余流流速在洪水抵達(dá)的6月27日—7月1日小潮至中潮期基本為0,其他時(shí)段余流以西北向?yàn)橹?6月27日—7月3日小潮至中潮期,A7站余流流速則顯著增大,7月1日達(dá)到最大15.4 cm/s,余流以南向?yàn)橹?其他時(shí)段則以東向?yàn)橹?。因?非洪水期,澳門(mén)東北側(cè)水域凈通量指向西北,東南側(cè)水域指向東側(cè);洪水期,澳門(mén)東北側(cè)水域余流接近0,處于穩(wěn)定靜止?fàn)顟B(tài),有利于懸沙沉降,東南側(cè)水域朝南側(cè)外海凈輸出為主。

圖7 潮周期垂向平均余流矢量

圖8為潮周期漲落潮流歷時(shí)變化,漲潮歷時(shí)和落潮歷時(shí)占比隨洪水期和非洪水期呈規(guī)律性變化,洪水期,A6站潮周期落潮歷時(shí)略長(zhǎng)于漲潮歷時(shí),其他時(shí)段都為漲潮歷時(shí)長(zhǎng)于落潮;A7站潮周期落潮歷時(shí)顯著長(zhǎng)于漲潮,其他時(shí)段為漲潮歷時(shí)長(zhǎng)于落潮歷時(shí)。非洪水期,澳門(mén)東側(cè)水域?yàn)闈q潮歷時(shí)長(zhǎng)于落潮歷時(shí),南、北側(cè)水域漲潮歷時(shí)和落潮歷時(shí)基本相近;洪水期,東南側(cè)水域落潮歷時(shí)顯著延長(zhǎng),東北側(cè)漲潮歷時(shí)和落潮歷時(shí)基本相等,因此部分時(shí)段澳門(mén)東側(cè)水域會(huì)形成潮流的輻散流態(tài),容易導(dǎo)致東南側(cè)高鹽咸水的入侵。

圖8 潮周期潮流垂向平均歷時(shí)變化

3.2 垂向動(dòng)力結(jié)構(gòu)特征

3.2.1分層余流時(shí)空特征

圖9給出了A6和A7站潮周期內(nèi)分層余流矢量,垂向?yàn)橄鄬?duì)水深,0代表近水面層,1代表近河床底層。選取A7站海面以上2 m處實(shí)測(cè)風(fēng)速,統(tǒng)計(jì)平均風(fēng)速為4.75 m/s,以西南偏南風(fēng)為主,最大風(fēng)速近10 m/s,為正南風(fēng),日均風(fēng)速為3.0～6.0 m/s;7月1日風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng),日均風(fēng)速2.7 m/s,為半月時(shí)段內(nèi)最小日均風(fēng)速。

圖9 余流垂向分層時(shí)空變化

6月29日—7月1日洪峰抵達(dá)口門(mén)前后,A6站水域分層余流流速很小,處于滯流狀態(tài);其他時(shí)段,受海面西南風(fēng)影響,表層(0.0)余流流速為10～20 cm/s,流向變化范圍為NE—N;0.1～0.4層范圍屬于過(guò)渡層,余流流態(tài)在時(shí)空范圍內(nèi)呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn),由表層?xùn)|北向過(guò)渡到0.5層的西向,余流流速在20 cm/s以?xún)?nèi),呈典型余環(huán)流特征[8,19],極易導(dǎo)致懸沙的聚集和沉積[20];0.5～1.0層水深范圍余流流速為0～10 cm/s,以W—NNW向?yàn)橹?。東北側(cè)水域表層凈向東、底層凈向西的垂向余環(huán)流結(jié)構(gòu)與洪季伶仃洋西側(cè)南北走向的河口鋒帶密切相關(guān)[21]。

受海面西南風(fēng)影響,A7站半月時(shí)段內(nèi)0～0.1近表層余流指向東北,余流流速在60 cm/s以?xún)?nèi),7月1日受東南風(fēng)及洪水影響,近表層余流轉(zhuǎn)為西向。A7站所在東南側(cè)水域近表層水體受西南風(fēng)影響顯著,凈通量指向伶仃洋口門(mén)內(nèi)側(cè),中、底層仍朝口門(mén)外凈輸出,洪水期會(huì)加強(qiáng)徑潮流朝口外凈輸出的趨勢(shì),余流垂向呈現(xiàn)典型河口風(fēng)作用下的兩層流結(jié)構(gòu)[22]。

比較風(fēng)向與垂向分層余流流向,表層約10%水深范圍余流流向與海面風(fēng)向具有較好的跟隨性,且影響可達(dá)水面以下40%的水深范圍;受其影響,澳門(mén)東側(cè)水域表、底層潮量?jī)糨斶\(yùn)方向呈反向結(jié)構(gòu),南、北側(cè)水域在中、底層余流流向的分離態(tài)勢(shì)是海面風(fēng)、岸線及地形影響共同作用的結(jié)果,會(huì)導(dǎo)致外海高鹽水體由中、底層向澳門(mén)近岸入侵。比較海面風(fēng)向與潮周期垂向平均輸移方向(圖7),整體凈通量方向受海面風(fēng)影響不明顯,受洪水影響顯著。因此,澳門(mén)東側(cè)水域海面風(fēng)對(duì)近表層潮量?jī)敉坑绊戯@著,但對(duì)河口潮流整體凈輸運(yùn)影響不明顯[23]。

3.2.2流速垂向梯度及含沙量時(shí)空特征

圖10給出了A6和A7站垂向流速剪切梯度的時(shí)空分布。海面風(fēng)影響下,近表層流速剪切梯度峰值一般出現(xiàn)在潮周期中的第二次漲憩(最高潮位)至落憩時(shí)段(最低潮位),其中漲急至漲憩時(shí)段內(nèi),海面風(fēng)形成的流速剪切梯度主要局限在表層范圍內(nèi),落憩階段,其影響水深可直達(dá)水體底層,其原因主要是由于洪季盛行西南風(fēng),漲潮流向與風(fēng)向接近一致,而落潮階段,風(fēng)向與落潮流向相反所致。A6站所在澳門(mén)東北側(cè)水域垂向流速剪切梯度大多在0.5 m/(s·m)以?xún)?nèi),由于水深較淺,海面風(fēng)造成的垂向流速剪切梯度很容易影響到水體底層,導(dǎo)致部分時(shí)段河床底層流速剪切梯度較大。A7站水深相對(duì)較深,海面風(fēng)影響主要局限在表層3 m水深范圍內(nèi),最大值流速剪切梯度也出現(xiàn)在洪水期6月30日落憩時(shí)段近表層1.5 m左右的水深位置,達(dá)到1.06 m/(s·m),大部分時(shí)段不超過(guò)0.10 m/(s·m)。比較可見(jiàn),A7站位于澳門(mén)東南側(cè)外海,受海面風(fēng)影響更明顯,最大垂向流速剪切梯度顯著大于東北側(cè)水域A6站,但由于水深較深,其影響主要局限在近表層水深范圍,最大流速梯度剪切力也出現(xiàn)在近表層;A6站位于澳門(mén)東北側(cè)水域,盡管海面風(fēng)引起的流速梯度整體小于A7站,但由于水深較淺,其影響直達(dá)底層,在床面摩阻力的共同作用下,引起底層剪切應(yīng)力顯著增強(qiáng),整體大于A7站所在東南側(cè)水域床面剪切應(yīng)力,且最大剪切應(yīng)力也出現(xiàn)在近底層水域。

圖10 垂向流速梯度時(shí)空變化

水體垂向流速梯度與河口分層水體之間的剪切作用和紊動(dòng)密切相關(guān),流速梯度越大,剪切作用力越強(qiáng),分層水體間混合作用也越強(qiáng)[24],紊動(dòng)也更劇烈,水深較淺時(shí),海面風(fēng)引起的垂向剪切直達(dá)海床,與床面邊界層共同作用,容易造成床面泥沙的啟動(dòng)和懸浮[25]。圖11給出了本次半月時(shí)段內(nèi)A6和A7站在0.2層水深位置觀測(cè)的含沙量隨時(shí)間的變化過(guò)程線,該水深層內(nèi)A6站和A7站平均含沙量分別為0.065、0.036 kg/m3。14個(gè)潮周期內(nèi)含沙量峰值出現(xiàn)時(shí)間與低低潮位出現(xiàn)的落憩時(shí)段具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如A6站最大含沙量近0.16 kg/m3,出現(xiàn)在第14個(gè)潮周期的7月4日15至18點(diǎn),對(duì)應(yīng)該潮周期內(nèi)17點(diǎn)左右出現(xiàn)的最低海面高度-0.78 m;A7站含沙量整體很小,峰值主要出現(xiàn)在潮周期內(nèi)的第二次落潮及落憩階段,觀測(cè)到最大含沙量?jī)H0.12 kg/m3,出現(xiàn)在第5個(gè)潮周期第二次落急階段,該站其他潮周期內(nèi)的最大含沙量也總體出現(xiàn)在落憩時(shí)段。洪水期(6月27日—7月3日),A6站和A7站在0.2層水深范圍內(nèi)平均含沙量為0.05、0.03 kg/m3,小于非洪水期的平均含沙量0.072、0.040 kg/m3,顯示洪季澳門(mén)東側(cè)水域海面風(fēng)作用下的流速梯度剪切力增強(qiáng)引起的床沙再懸浮對(duì)水體含沙量影響更為顯著,而洪水期大量淡水徑流下泄在伶仃洋口門(mén)區(qū)形成的密度分層則抑制了底層泥沙向表層的輸運(yùn),可能是導(dǎo)致洪水期近表層含沙量低于非洪水期的原因。

a)A6站圖11 含沙量隨潮汐時(shí)空變化

b)A7站續(xù)圖11 含沙量隨潮汐時(shí)空變化

3.2.3垂向漲落潮歷時(shí)特征

圖12給出了半月時(shí)段內(nèi)A6站和A7站漲落潮流歷時(shí)占比之差(漲潮流歷時(shí)占比-落潮流歷時(shí)占比)及兩站漲潮流歷時(shí)差的時(shí)空分布。A6站半月時(shí)段內(nèi)表、中、底層沿水深方向漲潮歷時(shí)和落潮歷時(shí)總體相差不大,漲潮流歷時(shí)略大于落潮流,洪水期落潮流歷時(shí)長(zhǎng)于漲潮流。A7站半月時(shí)段內(nèi)表層大部分時(shí)間為漲潮流,中、底層則由補(bǔ)償流及洪水徑流影響等原因,落潮流歷時(shí)占優(yōu);洪水期間,主要是中層漲潮流歷時(shí)受到明顯影響,0.3～0.7層水深位置落潮流歷時(shí)顯著延長(zhǎng)。

圖12 潮周期內(nèi)的漲潮流歷時(shí)變化

由于A6和A7站距離較近,天文潮以M2分潮為主,漲潮和落潮流態(tài)基本相似,但兩站漲潮和落潮垂向歷時(shí)存在顯著差異。從圖12c可見(jiàn)(A7站漲潮流歷時(shí)占比-A6站漲潮流歷時(shí)占比),近表層為A7站漲潮流歷時(shí)顯著大于A6站,潮周期內(nèi)平均差值約23%,中、底層為A7站漲潮流歷時(shí)小于A6站,尤其以6月27日—7月3日洪水期中層最為顯著,A7站漲潮流歷時(shí)比A6站平均小28%左右。因此,洪季澳門(mén)東南側(cè)水域表層漲潮流歷時(shí)顯著長(zhǎng)于東北側(cè)表層水體、而中底層則小于東北側(cè),導(dǎo)致澳門(mén)東側(cè)水域出現(xiàn)“表層匯、中底層散”的流態(tài)結(jié)構(gòu),洪水期該趨勢(shì)顯著加強(qiáng),受西側(cè)岸線制約,形成的垂向動(dòng)力結(jié)構(gòu)會(huì)加劇表層沖淡水向東側(cè)漂移、底層高鹽水向近岸入侵。因此,澳門(mén)東側(cè)水域潮流特征的主導(dǎo)動(dòng)力因子除潮汐外,海面風(fēng)和洪水徑流影響也較為顯著;造成澳門(mén)東北側(cè)水域和東南側(cè)水域潮流動(dòng)力差異的原因主要是A6站M4淺水分潮影響更為顯著,岸線和淺灘摩阻應(yīng)力造成的潮汐捕集效應(yīng)[26]影響到潮流歷時(shí)及相位差是造成南北動(dòng)力差異的主要原因。

4 結(jié)論

基于澳門(mén)水域東側(cè)水域洪季實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析,探討了澳門(mén)東側(cè)水文動(dòng)力的時(shí)空變化特征。研究顯示:澳門(mén)東側(cè)水域主要由半日潮M2分潮和全日潮K1分潮主導(dǎo),為典型不規(guī)則半日潮型。漲潮流態(tài)為N—NNW向、落潮流態(tài)為S向,漲潮垂向平均流速21～23 cm/s,落潮垂向平均流速18～29 cm/s,南側(cè)靠外海潮流動(dòng)力更強(qiáng)。東南側(cè)水域落潮流占優(yōu),余流為東南偏南向;東北側(cè)水域則正好相反,漲潮流略占優(yōu),余流為西北向。潮周期平均流速和流向主要取決于潮型,洪水徑流作用主要對(duì)余流及歷時(shí)有明顯影響。洪水期,澳門(mén)東北側(cè)水域形成余流為0的滯流區(qū),東南側(cè)水域凈潮通量指向外海方向。

水域垂向余流結(jié)構(gòu)受海面風(fēng)影響明顯,近海面10%水深范圍內(nèi)余流流向與海面風(fēng)向具有較好的跟隨性,并對(duì)近海面40%水深范圍內(nèi)的垂向余流結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響;北側(cè)水域表層余流指向東北側(cè)伶仃洋,中、底層指向澳門(mén)水道方向;南側(cè)水域表層指向東北側(cè)伶仃洋口門(mén)內(nèi),中、底層指向西南側(cè)外海方向。洪季西南風(fēng)作用下,水域最大流速剪切梯度出現(xiàn)在潮周期內(nèi)落憩時(shí)段,東北側(cè)水域水深淺,影響直達(dá)床面底層,床面整體剪切應(yīng)力顯著大于東南側(cè);潮周期內(nèi)最大含沙量出現(xiàn)在落憩時(shí)段,與流速梯度剪切作用具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系;由于洪季南、北側(cè)水域在垂向分層漲落潮歷時(shí)的顯著差異,部分時(shí)段形成“表層匯、中底層散”的垂向動(dòng)力結(jié)構(gòu)特征,加劇了表層沖淡水朝東側(cè)漂移、底層高鹽水向近岸入侵。