崔明慧,涂俊彪,孟令鵬,郭興杰,2,蘇 妮,范代讀*

(1.同濟大學 海洋地質國家重點實驗室,上海 200092; 2.上海市地質調查研究院,上海 200072)

0 引言

潮灘是陸地、大氣和海洋系統(tǒng)的交界面,受到波流相互作用的影響,沉積動力過程復雜,是研究海陸交互作用的理想場所,因此成為“未來地球海岸(Future Earth Coast)”研究計劃的重要研究對象[1]。波浪是影響潮灘水動力變化的主要因素之一,加速了潮灘的沖淤演變,改變了潮灘的地形地貌[2-3],同時,波浪運動又會受到潮灘地形和潮水位的制約[4]。基于現場實測資料的波浪特征參數統(tǒng)計分析和波譜分析可用于工程海域的波浪統(tǒng)計、可作業(yè)的波浪條件分析和極值波浪的推算等[5],是目前研究的熱點。VANDEVER et al[6]基于十種不同河口海岸環(huán)境的觀測數據,得到了波高參數與譜寬度之間的線性關系。印度學者對近海波浪進行了統(tǒng)計分析,發(fā)現印度沿海以多峰譜的混合浪為主,通過對季風爆發(fā)前、中、后期的波譜、波高、波向等的回歸分析和風浪、涌浪分離等的機理研究,揭示了季風對印度沿海波浪場的影響機理[7-10]。國內學者也對波浪行為特征開展了大量研究,ZHOU et al[11]對實測的三門灣波浪參數進行了統(tǒng)計和線性回歸分析,探討了臺風影響下三門灣波浪參數和波浪譜的變化,并進行了風浪、涌浪的分離。YANG et al[12]在舟山島東北沿海開展了研究,得出在冬季風影響下波浪以雙峰譜的涌浪為主。祁祥禮 等[13]對渤海灣中部的波浪特征進行了統(tǒng)計分析,發(fā)現大浪期間波高與風速、波向與風向有較強的相關性。陳燕萍 等[14]利用波潮儀對崇明東灘以及杭州灣北岸的蘆潮港岸段進行了波浪觀測,著重研究了水深對波高的影響,發(fā)現在潮灘坡度較小,風速、風向較為穩(wěn)定的情況下,水深與波高之間存在著正相關關系。前人研究表明波流相互作用對南匯潮灘沖淤變化起主導作用,但鮮少有學者開展其波浪特征研究[15-17]。

本文基于固定平臺聲學多普勒流速儀(Acoustic Doppler Velocimeter,ADV)的實測數據,首先對南匯潮灘3個站位的波浪特征參數的變化規(guī)律進行分析,包括波向、有效波高、平均周期、平均跨零周期、波浪軌道流速等;然后對波高最大時刻和落潮過程中的波浪頻譜特征進行了分析;最后對影響波浪參數和波浪頻譜參數的因素進行了研究分析,并根據波浪頻譜進行了風浪、涌浪的分離。本研究可增進對潮灘波浪行為特征的認識,并為泥質海岸工程建設與防護等提供科學依據。

1 區(qū)域概況與站位布設

南匯潮灘是長江口入海泥沙的重要沉積區(qū),發(fā)育了規(guī)模大、特色顯著的淤泥質潮灘(圖1a),曾為上海市發(fā)展提供了充足的后備土地資源,是重要的河口濕地資源[18-19]。目前南匯潮灘正在進行河口工程、海岸防護工程建設,波浪要素是工程設計需要考慮的重要因素。研究區(qū)地處長江口與杭州灣的交匯處,是長江入海泥沙進入杭州灣的重要通道。以石皮勒斷面為界,靠近長江口一側的稱為東灘,岸線走向為西北—東南向,位于杭州灣北岸的稱為南灘,岸線走向為東北—西南向。南匯潮灘風向季節(jié)性變化大,夏季為東南風,冬季為西北風,多年平均風速為4 m/s[20]。南匯潮灘受波浪、潮汐和徑流的共同控制,由于其地形復雜,潮汐屬于非正規(guī)半日潮,年平均潮差為3.2 m,大潮潮差為4 m以上。漲潮時,從外海傳入的潮波在南匯嘴發(fā)生分叉,一股沿305°方向進入長江口南槽(東灘),為前進型潮波;另一股則沿270°方向進入南灘,為駐波型[20]。落潮時,南匯東灘東南向的落潮流和南灘東北向的落潮流在南匯嘴匯合之后流向外海。南匯東灘和南灘的潮流大部分為往復流,南匯嘴處為旋轉流[21]。全年常浪向和強浪向一致,為東南向或東向,多年平均波高為0.42 m,平均波周期為2.9 s[22]。南匯潮灘底床沉積物主要以粉砂為主,低潮灘可出現極細砂[23]。

圖1 長江口南匯潮灘地理概況及站位布設(a),3個觀測站位所在斷面的灘面高程變化(b)

2013年9月5日—7日在南匯潮灘3個站位布設ADV進行水文觀測實驗,3個站位分別是南匯嘴觀測站S1,南匯南灘觀測站S2和南匯東灘觀測站S3,如圖1a所示。3個觀測站位所在斷面的灘面高程變化見圖1b。S1站位所在潮灘灘面坡度相對較小,平均坡度為0.001,剖面形態(tài)為下凹型;S2所在潮灘灘面最陡,坡度大約為0.006;S3站位所在潮灘地形剖面亦為下凹型,灘面坡度最小,約為0.000 4。

2 數據來源和研究方法

2.1 數據來源

風向、風速數據(圖2)來源于浦東國際機場氣象站資料。觀測期間(2013年9月5日18:00至7日6:00)主要盛行偏北風,風速變化范圍為1.8～5.8 m/s,平均風速為4.23 m/s。

圖2 觀測期間浦東國際機場的風場變化特征

3個站位所在剖面水深數據來源于上海市地質調查研究院,斷面延伸方向為垂直于3個站位向海方向。

3個站位的波浪參數由ADV實測數據計算而來。本觀測實驗所用ADV為挪威Nortek公司生產的 6 MHz 聲學多普勒流速儀,測量精度為測量值的 0.5%或者±0.1 cm/s,采樣頻率為32 Hz。本研究將選取3個站位自9月5日起時間相近的3個潮周期(用T1,T2,T3表示)內的觀測數據,ADV參數及觀測時間見表1, 其中ADV8173的流速探頭由纜線連接。

表1 3個觀測站位置、儀器設置及有效觀測時段

3個站位的沉積物類型由觀測期間進行的粒度實驗獲得。觀測期間系統(tǒng)采集了134個沉積物樣品,經預處理后利用Beckman Coulter LS230型激光粒度儀進行了粒度分析(詳細結果將另文發(fā)表)。其中S2站位表層沉積物的平均粒徑最大,沉積物以粉砂質砂和砂質粉砂為主;S3站位次之,沉積物主要是砂質粉砂;S1站位平均粒徑最小,主要是黏土質粉砂。

2.2 研究方法

2.2.1 ADV原始數據預處理

首先對ADV原始壓力數據和流速數據進行信號質量檢查,剔除信噪比小于5 dB或相關系數小于70%的無效數據。為方便后續(xù)的計算,將ADV的數據重新劃分成10 min的數組(共19 200個數據點),之后再利用GORING et al[24]提出的相空間閾值法對每個數組進行去毛刺處理(如圖3所示)。為了消除潮汐的影響,對每個壓力和流速數組進行去中心化和趨勢化處理,得到零均值的時間序列[25-26]。

圖3 ADV實測的原始流速數據(a)和剔除異常值后的流速數據(b)

2.2.2 波浪特征參數、波浪譜參數的計算

對預處理后的壓力時間序列進行快速傅里葉變換(Fast Fourier Transformation,FFT),得到對應的壓力能譜Sp(f),再利用線性波理論將壓力能譜轉化為表面波譜Ss(f)[26]:

(1)

式中:k為波數(k=2π/L,L為波長);f為頻率;z為傳感器所在深度(向上為正);d為水深,由ADV壓力數據計算得到。

根據波浪的彌散關系,波數與頻率的關系為

ω2=gktanh(kd)

(2)

式中:ω為波浪圓頻率,ω=2πf,截斷頻率設置為 0.03～0.50 Hz[27-29]。

計算表面波譜的 0至 4階譜矩:

(3)

由此可得到有效波高Hs:

(4)

平均跨零周期Tz為

(5)

平均周期Tm為

(6)

譜寬度參數ε為

(7)

譜尖度參數Qp為

(8)

峰值周期Tp為

(9)

波浪的軌道流速(簡稱波軌流速,ubr)會導致底部泥沙的再懸浮,因此也是一個重要的波浪參數。對預處理后的流速數據進行快速傅里葉變換獲得水平流速密度能譜Suu和Svv,再根據WIBERG et al[30]提出的公式計算得到ubr:

(10)

3 結果

3.1 水文特征

3個站位在觀測期間都經歷了3個潮周期,漲、落潮平均歷時和平均水深等信息如表2所示。分析表明,3個站位所在灘面漲、落潮不對稱現象較為明顯,落潮歷時均大于漲潮歷時,存在潮汐日不等現象。S2站位落潮歷時最長,S1站位最短;S2站位平均水深最大,S3站位次之,S1站位最小。

表2 3個站位不同潮時重要潮汐動力參數統(tǒng)計值

觀測期間,南匯潮灘3個站位的流速和流向如 圖4 所示。S1站位流向呈順時針偏轉,從漲潮到落潮經歷了WSW—N—NNE—SES的偏轉,為旋轉流特征,轉流時刻出現在落潮前期。S2站位漲潮流初始流向為WSW,后經NE再偏轉至ENE,具往復流特征,轉流時刻出現在漲、落潮交替之際。S3站位漲潮流初始流向為NNW,后經SE再偏轉至SSE,也具往復流特征,轉流時刻出現在落潮前期,表明此處潮波為前進波和駐波的過渡類型。在漲潮初期,由于水深較淺,水層受到灘面較大的底摩擦作用,潮鋒現象明顯,流速較大。由對比可知,S1站位平均流速最大,S3站位次之,S2站位平均流速最小(表2)。

圖4 3個站位的潮流流向和流速變化特征

3.2 波浪的主要參數

3.2.1 波向

圖5為16方位的波向玫瑰花圖。統(tǒng)計結果表明: S1站位常浪向為ESE向,出現頻率為50%,次常浪向為SE向,出現頻率為27%;強浪向為E向(有效波高為0.5～0.6 m),出現頻率為6%。S2站位常浪向為SE向,出現頻率為42%;次常浪向為SSE向,出現頻率為37%;強浪向為SE向(有效波高為0.4～0.5 m),出現頻率為8%。S3站位常浪向為SE向,出現頻率為41%;次常浪向為SSE向,出現頻率為17%;強浪向為SE向(有效波高為 0.4～0.5 m),出現頻率為22%?？傮w來說,3個站位常浪向均為SE向,這與地形向東南面敞開密切相關。

圖5 3個站位的波向玫瑰花圖

3.2.2 有效波高

圖6為觀測期間有效波高的變化情況。有效波高的變化規(guī)律與水深變化較為相似,最大有效波高多出現在漲潮期間。S3站位在第一個潮周期的落潮期間還出現了有效波高的第二個峰值。進一步統(tǒng)計分析發(fā)現3個站位漲潮階段平均有效波高均高于落潮階段;S1站位處全潮階段的平均有效波高最大,S3站位次之,而S2站位最小(表3)。

表3 3個站位不同潮時重要波浪參數統(tǒng)計值

圖6 3個站位觀測期間有效波高和水深變化特征

3.2.3 平均周期、平均跨零周期

圖7為3個站位處波浪的平均周期、平均跨零周期在3個潮周期內的變化規(guī)律。對比分析發(fā)現,平均周期和平均跨零周期的變化趨勢相同,前者量值稍大于后者。進一步統(tǒng)計分析表明(表3),除S3站位T1和T2潮周期外,其余潮周期內落潮階段的平均周期和平均跨零周期均大于漲潮階段。

圖7 3個站位觀測期間的波浪平均周期和平均跨零周期變化特征

3.2.4 波軌流速

波軌流速會對底床產生剪切應力進而引起沉積物起動、再懸浮,是一個很重要的波浪參數。圖8為3個站位在觀測期間波軌流速和潮流流向的變化情況,分析發(fā)現3個站位的波軌流速在整個潮周期內的變化規(guī)律存在異同。相同之處為3個站位波軌流速的最大值都出現在漲潮初期。而不同之處在于:1)S1站位處潮流為旋轉流,存在3次較明顯的轉流時刻(圖中用紅框標記),第一次轉流時刻波軌流速達到谷值,而后增加,至第二次轉流時刻達到峰值,隨后又減小,直至第三次轉流時刻達到第二次谷值;2)S2站位雖然在轉流時期存在部分數據缺失,但是通過已有數據也能看到大體的變化趨勢,即在轉流時期波軌流速逐漸減小直至谷值,而在轉流結束后波軌流速又增加至第二次峰值;3)S3站位在T1潮周期內波軌流速在轉流時刻達到了谷值,在T2和T3潮周期內波軌流速則是在轉流結束后達到了谷值,隨后又逐漸增加,在落潮的末期達到第二次峰值。

圖8 3個站位觀測期間波軌流速的變化特征

由表3可知, S1站位全潮階段平均波軌流速最大,S2站位次之,S3站位最小。

3.3 波浪的波譜特征

潮灘的地貌演變與波能的耗散密切相關,而波能與波高的平方呈正相關關系,因此在下文中將探討波高最大時刻的波浪頻譜特征。潮水位的變化會對波浪頻譜產生影響,本文將以落潮為例,探討在潮水位減小的過程中波浪頻譜的變化特征。在漲潮時期,可能由于波流相互作用更加強烈,使得波浪頻譜特征比較復雜,對此問題的深入分析將另文討論。

3.3.1 波高最大時刻的波浪頻譜特征

采用頻時域歸一化的能量密度譜來研究3個站點波高最大時的波能分布,并計算波浪頻譜參數,進行波浪頻譜分析。其中S1站位波高最大時刻為9月5日 22:25、9月6日10:47和23:00,S2站位波高最大時刻為9月5日22:56、9月6日11:00和23:10,S3站位波高最大時刻為9月5日23:02、9月6日11:30 和9月7日00:05。值得注意的是,S3站位第一個潮周期內波高最大時刻出現在落潮的中期。

如圖9所示,3個站位的波浪頻譜大多為雙峰譜。在S1站位,3個潮周期內峰頻均位于低頻一側,分別為0.12、0.16和0.15 Hz;在S2、S3站位,T1、T2內峰頻位于高頻側,峰頻分別為0.36、0.29、0.37和0.32 Hz,而T3內峰頻位于低頻側,約為0.16 Hz。

圖9 3個站位波高最大時刻的頻譜圖

波高最大時刻波譜參數的統(tǒng)計分析(表4)表明,S1站位的譜尖度參數最小,譜寬度參數最大,波能分布比較分散;S2站位的譜尖度參數最大,譜寬度參數最小,波能分布比較集中。最大譜密度以S1站位為最大,S3站位次之,S2站位最小。

表4 3個站位波高最大時刻的波譜參數

3.3.2 落潮過程中的波譜變化

圖10為3個站位落潮過程中逐時的波譜變化情況。整個觀測期間,波能受控于周期性的潮汐水位,即隨著水深的減小,波能處于衰減的狀態(tài),而且3個站位波浪頻譜均為雙峰譜,譜型均較寬。在S1站位,3個潮周期內峰頻能量均位于低頻側,隨著水深的減小,能量逐漸衰減,需要特別注意的是,在T1內,低頻波能衰減,但高頻波能相對增加。在S2站位,T1內的峰頻能量出現了由低頻側向高頻側轉移,T2、T3內的峰頻始終位于低頻一側,但在高頻處存在僅次于主峰能量的次峰值。在S3站位,T1內的低頻波能不斷減小,而高頻波能迅速增加,峰頻由低頻側向高頻測轉移,這主要與落潮后期波高的突然增加有關;T2內的峰頻始終位于高頻側,且在落潮過程中向更高頻轉移;T3內的低頻波能急劇減小,峰頻能量由低頻向高頻轉移。

圖10 3個站位落潮過程中的頻譜圖

圖11為落潮過程中波譜參數的變化規(guī)律,分析發(fā)現:3個站位的最大譜密度均呈減小的趨勢。在落潮過程中,除S3站位T1外,其余潮周期內譜寬度參數均呈增大的趨勢。在S1站位,峰值周期均呈增大趨勢;在S2站位,T1內峰值周期先增大后減小,在T2和T3內持續(xù)增大;在S3站位,峰值周期均呈減小趨勢。表明除S3站位T1外的其他潮周期在落潮過程中,隨著水深的減小,波浪易發(fā)生破碎,使能量分布更加分散。波譜參數的變化規(guī)律可能與波浪非線性作用加強有關。

圖11 3個站位落潮過程中波譜參數的變化規(guī)律

4 討論

4.1 南匯潮灘局地波浪構成的影響因素

在本研究的野外觀測期間風向與波向不一致:風向為偏北風,波向多為東南向。為了查明不一致的原因,本文利用PORTILLA et al[31]提出的PM譜法進行了風浪和涌浪的分離。

PM譜法,即通過波浪譜的峰值能量與同一峰值頻率下PM譜的能量比值判斷浪的性質:比值大于1時為風浪,反之則為涌浪。譜峰頻率下PM譜的能量密度S(fp)計算公式為

(11)

式中:fp為譜峰頻率;α為峰形系數, 對于PM譜,α=0.008 1;g為重力加速度。

表5為3個站位在3個潮周期內的譜峰頻率及其對應的譜峰值能量和PM譜峰值能量。分析發(fā)現,S2站位三個潮周期以及S1站位前兩個潮周期均以涌浪為主,其他站位為涌浪和風浪的混合浪,混合浪所對應的頻譜圖中,低頻部分為涌浪,高頻部分為風浪。S1、S3站位T3內均是以低頻能量為主,大部分為涌浪成分。S3站位T1、T2內以高頻波浪為主,風浪的占比較大,這也解釋了S3站位波向的變化范圍大于其他兩個站位。

表5 譜峰值能量法分析的3個站位波浪類型

研究區(qū)域內盛行偏北風,對于南匯南灘S2站位來說是離岸風,基本沒有風浪產生的可能,但此處海域開闊易受到遠處傳來的低頻涌浪影響,觀測期間的涌浪波向為東南向。東南向涌浪也可進入NW—SE向延伸的南槽影響南匯東灘,同時因南槽江面有一定寬度,對于S1和S3站位來說,北向風是有一定的風區(qū)存在的,因此會形成局地風浪作用。S3站位因處于河口內側,涌浪顯著消減,局地風浪的影響占比增加。

4.2 漲、落潮過程中波浪參數的差異

通過對波浪參數(表3)的分析可知,3個站位漲潮期間的有效波高和波軌流速均大于落潮期間。除S3站位T2外,其余潮周期內漲潮期間平均周期均小于落潮期間。除S3站位T1和T2外,其余潮周期內漲潮期間平均跨零周期均小于落潮期間。由有效波高和波軌流速的變化規(guī)律圖(圖6、圖8)可知,在一個潮周期內潮汐對波浪參數的調制作用特別明顯,在水位最高時,有效波高和波軌流速也達到較大值。由于研究區(qū)漲潮歷時通常比落潮歷時短,導致漲潮期間平均水深略大于落潮期間的平均水深,這是導致漲潮期間平均有效波高和波軌流速比落潮期間大的主要因素。另外,漲潮流方向與波向較為一致(見表2),為順流狀態(tài),而落潮過程為逆流狀態(tài),這也是導致波浪衰減的原因之一?？梢?潮水位和潮流流向是影響潮灘波浪參數的兩個重要因素,對其關系進行量化還需要利用數值模擬、物理模型等方法做更深入的探討。

4.3 潮灘有效波高的影響因素

潮灘屬于淺水環(huán)境(水深小于3 m),波浪在潮灘上向岸傳播時,隨著水深的減小,底部摩擦耗能增加,導致波高逐漸減小。為了深入了解水深與有效波高的關系,需要對水深與有效波高進行定量化分析。

觀測期間水深與有效波高的相關性是不斷變化的,且漲潮和落潮期間兩者的相關性也不同(圖12)。就站位而言,S1站位漲、落潮時有效波高與水深的擬合最好, S3站位兩者的擬合最差,這可能與兩站位的岸灘坡度的差異較大有關,坡度較大時兩者的擬合效果較好[18]。就漲、落潮而言,S2和S3站位漲潮期間水深與有效波高的擬合較落潮期間好,而S1站位落潮期間擬合較好,3個站位整個潮周期內有效波高與水深的擬合均較差。

圖12 3個站位有效波高與水深的擬合關系

由此可見,波浪的有效波高不僅受到潮汐水位的制約,還受到風況、潮流的流速及流向、潮灘地形等其他因素的影響。已有研究[16]表明,向岸風、較大的岸灘坡度、水深較大等有利因素更有利于波浪的生長。

4.4 波軌流速的影響因素

通過對波軌流速的變化趨勢進行分析(圖8)可知,在漲潮初期出現較大值主要與波浪的淺水效應有關,因水極淺導致波浪與灘面的摩擦阻力較大。此外,在轉流時期,波軌流速往往會達到谷值而后增加,在轉流過后達到第二次峰值。波軌流速峰值的出現與潮汐水位達到最大有關,同時也可能與轉流相關,但是這一結論需要更多證據,也是本研究下一步需要深化的方向。

通過對波軌流速(ubr)和潮流流速(u)的比值變化研究(圖13)發(fā)現,只有在轉向時刻的前后,波軌流速大于潮流流速,在其余時間內,潮流流速均大于波軌流速。這是因為在漲潮期間潮流流速逐漸減小,在轉流時期,潮流流速幾乎為0,而落潮期間潮流流速又會增加。而波軌流速在全潮范圍來看小于潮流流速,且變化幅度不大。由于波軌流速在潮流轉向時處于主導地位(大于潮流流速),而波軌流速是引起沉積物再懸浮的重要因素,因此應該著重研究潮流轉向前后波浪對沉積物再懸浮的影響。

圖13 3個站位波軌流速與潮流流速比值的變化特征

4.5 波浪譜變化的影響因素

波高減小過程中潮水位的變化對波浪譜的影響最大。這是因為隨著水位的減小,波浪發(fā)生破碎,能量不斷衰減,且能量的耗散形式從寬頻域向窄頻域轉換,譜寬度逐漸增大,這與李志強 等[32]在粵東后江灣近岸觀測到的波浪在向岸傳播過程中的變化趨勢相似。除此之外,地形也對波浪譜的變化產生了較大的影響。在S1和S3站位潮灘的坡度較小(圖1b),波浪頻譜以雙峰譜為主。在S2站位潮灘坡度較大,波浪成分主要為涌浪,因此波浪譜的形狀比較復雜,且出現了多峰震蕩的現象(圖9b)。

在S2站位T1內和S3站位T1和T3內均出現了峰頻由低頻向高頻轉移的現象,究其原因,可能受到水深和地形的綜合影響。有研究表明[33-34]淺水區(qū)存在著非共振三組成波耦合作用,波浪譜的低頻與譜的峰頻或高頻譜峰之間存在著倍頻、多倍頻和差頻關系,因此峰頻能量有可能存在轉移的過程,而且潮汐水位調制與岸灘地形的相互作用使得三組成波間的非線性相互作用更加復雜;任劍波 等[35]也提出低頻波更易受到底摩擦作用而趨于飽和,譜平衡域由低頻域向高頻域擴展。

由圖9可知,S2站位的峰頻能量最低,S1站位的最高。底床摩阻損失、滲透損失等是導致近岸淺水區(qū)波能耗散的主要原因,而潮灘坡度和表層沉積物粒度是影響底摩阻耗能、滲透耗能的重要因素[34]。S2站位所在潮灘坡度最大,波浪與潮灘底部的摩擦較大,摩擦耗能也最大;其表層沉積物平均粒徑最大,滲透性也較高,因此滲透耗能也較大。S1站位所在潮灘灘面坡度較小,波浪向岸傳播的過程中與潮灘底部的摩擦較小,摩擦耗能最小;其表層沉積物平均粒徑最小,滲透性較低,因此滲透耗能較小。

5 結論

本文通過對南匯潮灘3個站位布放的ADV獲得的流速及水壓數據進行反演,獲得了水深、波浪特征參數和波浪譜參數,研究了其在觀測期間的變化規(guī)律,并進行了統(tǒng)計分析、波譜分析、擬合分析,根據PM譜法進行了風浪、涌浪的分離,并對各波浪特征參數的影響因素進行了分析,得到以下主要結論。

1) 3個站位所在灘面漲、落潮不對稱現象明顯,落潮歷時均大于漲潮歷時。S1站位所在灘面平均水深最小,潮流為旋轉流特征;S2站位所在灘面平均水深最大,潮流為往復流特征;S3站位所在灘面平均水深介于上述兩個站位之間,潮流為往復流特征。

2) 在觀測期間,3個站位常浪向均位于SE向,這與地形向東南面敞開密切相關。3個站位漲潮階段平均有效波高均大于落潮階段,S1站點處全潮階段波浪的平均有效波高最大,S3站點次之,S2站點最小。3個站位波浪的平均周期和平均跨零周期的變化趨勢相同,平均周期稍大于平均跨零周期。3個站位的波軌流速均在漲潮初期達到最大值,在轉流過程中或結束后存在谷值或峰值,但谷值和峰值出現的時間有所差異。

3) S1站位有效波高與水深的擬合最好,S3站位最差,且各站位在漲、落潮期間的擬合效果也不同。說明波浪的有效波高不僅受到潮汐水位的制約,還受到風況、潮流的流速及流向、潮灘地形等其他因素的影響。波軌流速的大小受到淺水效應和轉流的影響,且只在轉流時期波軌流速是大于潮流流速的。

4) 波高最大時刻的波浪頻譜多為雙峰譜。利用PM譜法進行波浪分離:S2站位為涌浪;S1站位是以涌浪為主的混合浪;S3站位是以風浪為主的混合浪。這是因為在偏北風影響下,S2站位的風浪影響可忽略不計,以來自開闊外海的涌浪為主;S1和S3站位位于長江口南槽內,江面有一定寬度促成風浪增長,形成涌浪和風浪的混合浪。由此可見,東南向涌浪不僅可以影響開闊的南匯南灘,而且可進入NW—SE向延伸的南槽影響南匯東灘。

5) 在落潮過程中,隨著潮水位的降低,能量不斷衰減,且能量的耗散形式從寬頻域向窄頻域轉換,譜寬度逐漸增大,S1站位3個潮周期和S2站位T2和T3內峰頻均位于低頻一側,S2站位T1、S3站位T1和T3內峰頻由低頻向高頻側轉移,S3站位T2內峰頻始終位于高頻一側。S2站位因潮灘坡度和沉積物粒徑最大,底摩阻和滲透耗能也最大,因此峰值能量最小;S1站位潮灘坡度較小,沉積物粒徑最小,所以底摩阻和滲透耗能最小,峰值能量最大。