钱塘江河口 (杭州湾段)的自然特性分析

张伯虎,曹 颖

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

钱塘江河口分为3段:从富春江电站至杭州市东江嘴与浦阳江汇合处,河长75.0 km,为近口段;东江嘴以下称钱塘江,至海盐县澉浦的长山闸与余姚市西三闸的连线断面,河长122.0 km,为河口段;以下至上海市南汇芦潮港与宁波镇海的连线断面,河长85.0 km,习称杭州湾[1](见图1)。杭州湾是一个喇叭形海湾,湾口宽约95 km,自口外向口内渐狭,至澉浦一线目前宽度为16.5 km。杭州湾海底地形平坦,低潮位时水深8.0～10.0 m,乍浦断面以西渐抬升,至澉浦断面水深约5.0 m。杭州湾水下地貌可划分为3种类型:湾口水下浅滩区,湾中潮流槽脊区和湾顶沙坎区[1]。

图1 杭州湾形势图

1 动力特征

1.1 潮 汐[1-3]

据20世纪80年代海岸带海洋水文调查,杭州湾内大部分水域属非正规半日分潮海区。因受不断束窄的喇叭型地形制约,自湾口至湾顶,高潮位逐趋升高,低潮位渐趋降低,潮差沿程增大。杭州湾南北岸各站高、低潮位及潮差见表1。由表1可知,南、北岸平均高潮位由湾口向湾顶沿程增高,而平均低潮位湾口至湾顶沿程降低,因而潮差向湾顶增大。北岸的高潮位比南岸高,低潮位则相反,因而潮差北岸比南岸大,这种差异由湾口向湾顶逐渐减小。外海潮波进入河口区内由于受摩阻、岸边阻挡反射和径流的顶托等因素影响而导致涨潮历时缩短,落潮历时加长,而出现潮波变形。河口澉浦以下各站涨潮历时比落潮历时短1.5 h,二者之比值平均在0.77～0.79,沿程变化很小。

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表1 杭州湾南、北岸高、低潮位及潮差变化表

20世纪60年代陈吉余等研究杭州湾内涨、落潮流路图发现,涨潮时,通过洋山、岱山的潮流在金山附近会合,此时,从舟山群岛及金塘水道传来的涨潮主流方向为西北,通过王盘山附近分2支,一支向西北直指乍浦,另一支向西直指澉浦,并分别与贴近北岸边的涨潮流会合而得到加强。落潮时,钱塘江河口段内落潮流通过澉浦断面时分南、北2支向外扩散,通过王盘山以后,转向东南,经七姊八妹岛和舟山群岛间狭道外泄。20世纪90年代利用杭州湾内1981年、1983年海岸带调查水文资料和浙江省河口海岸研究所测验队多次水文测验资料,共计30多个点位。分析每个水文测点的涨、落潮垂线平均最大流速 (或单宽潮量)比值的等值线 (见图2)。由图2可知,中心轴线(王盘山)以北水域的比值多数大于1.0表明该水域涨潮流速及单宽潮量大于落潮,受涨潮流控制,潮量为净进;而王盘山以南水域则相反,受落潮流控制,潮量为“净出”。湾内涨、落潮动力轴线存在明显的分歧。

图2 杭州湾涨、落潮垂线平均最大流速比值等值线图

1.2 波 浪[1-4]

波浪是海水运动的另一种形式,也是输移物质的水运动之一,温、盐、沙等水文要素在有波浪的情况下,其垂向分布显得均匀,在无波浪的情况下,深水区往往会出现温、盐等水文要素的明显分层,形成温跃层和盐跃层,形成跃层时会削弱海区污染物的扩散和自净能力。因此波浪与各种自然现象一样,具有两重性:在常浪下,通过促进水体混合,能起到增大净化水体的作用,凸显出对人类有益的一面;在强浪下,虽能更强地起到水体净化的作用,但常会毁坏港工建筑,颠覆船只,冲决堤岸,海溢陆地,凸显出危害人类的一面。杭州湾是面向东海的半封闭海湾,湾口南部有舟山群岛等众多的岛屿屏障,来自外海的SE向浪不易传入,即使传入,强度也被削弱。湾口北部无大的岛屿,来自外海的ENE和NE向浪可直接传入,但传向背离杭州湾北岸。根据滩浒站3处波浪站分析,杭州湾波浪以风浪为主,风浪频率高达95%以上,涌浪仅占2%。冬季以偏北风为主,夏季盛行东南风,春、秋季节为过渡期,风向多变。

2 沉积特征

2.1 悬 沙[1-3]

杭州湾悬沙中值粒径为5.96～7.38 φ,从下游向上游变粗。含沙量空间分布特征如下:

空间上:根据澉浦、乍浦、金山和湾口等水文测验资料分析的大潮平均含沙分布等值线(见图3)。由图3可知,含沙量纵向分布由东向西逐渐增大,芦潮港、金山、乍浦和澉浦断面平均含沙量分别为1.99,2.19,2.31,3.21 kg/m3。这种变化趋势与潮差和涨潮流速基本一致,说明潮流是输沙的主要动力。含沙量的横向分布湾口断面北高(3.00 kg/m3)南低 (1.45 kg/m3);湾中金山乍浦断面北低(0.85 kg/m3)南高 (3.70 kg/m3),湾顶澉浦断面最高达到3.00～4.00 kg/m3。

图3 杭州湾大潮平均含沙量等值线分布图单位:kg/m3

时间上:含沙量随时间变化主要反映在随季节和大小潮的变化。滩浒、金山咀、澉浦和海王山等站有1 a以上表层含沙量观测资料,年内月平均含沙量见表3。由表3可知,含沙量季节性变化十分明显。冬季(12月至次年2月)含沙量较高,夏季(7—9月)含沙量较低,前者大约是后者的2～3倍,春、秋季节介于这二者之间,水文年内似有周期性变化。

表3 河口下段沿岸各站月平均含沙量表kg/m3

2.2 底 质[5]

从底质类型来看,杭州湾底质以细颗粒泥沙为主.尤以粉砂和泥质粉砂分布范围最广(见图4)。

泥质粉砂是杭州湾的主要底质类型,分布范围最广,主要分布区域从大金山一七姐妹一线以东,到杭州湾口东北部和长江口东南相连接的广大海域内。中值粒径一般6.00～8.00φ,分选较差。粉砂是杭州湾的另一重要底质类型,主要分布区域在王盘山以西和以北的海域,以及南部七姐妹浅滩周围。在庵东滩地的前缘及湾顶澉浦附近都有分布,中值粒径5.00～6.00 φ,一般分选较好。细砂是杭州湾内最粗的一种底质类型,主要分布于王盘山东南到七姐妹之间的浅水地带,另外在乍浦到金山嘴近岸深槽区内也有少量分布,中值粒径3.00～4.00 φ,分选很好。粉砂质泥是杭州湾内最细的底质类型,中值粒径7.50～9.00 φ,主要分布在湾口的东北部,在泥质粉砂区域内呈斑点状分布,此外在北部深潭地区也有另星分布。深潭地区局部出露的粉砂质泥,是由于水流强烈冲刷,早期沉积的物质直接出露的结果,这种物质颗粒极细,以青灰色和深灰色为主,质地较致密。从上述杭州湾各类型底质的特征和分布可以看出,杭州湾底质的分布是在水流作用下经过长期搬运、分选和沉积的结果。

图4 杭州湾底质类型图[5]

3 盐度特征[1-6]

杭州湾内盐度平面分布南高北低、东高西低。该水域内夏季、冬季日平均盐度等值线见图5。二者比较,冬季湾东南部水域盐度比夏季低,其他水域盐度普遍增高。湾内夏季与冬季盐度分布存在的差别反映了夏季湾顶受钱塘江径流的影响,东北侧受长江入海径流的影响,东南部水域盐度较高主要受浙江沿海高温高盐的台湾暖流影响有关。根据以上分析可见,长江入海径流对杭州湾盐度平面分布有深刻的影响。

图5 杭州湾夏季和冬季盐度等值线分布图

4 结 语

(1)杭州湾属非正规半日分潮海区。自湾口至湾顶,高潮位逐趋升高,低潮位渐趋降低,潮差沿程增大。湾内涨、落潮动力轴线存在明显的分歧,呈北进南出的格局。杭州湾波浪以风浪为主,风浪频率高达95%以上,涌浪仅占2%。冬季以偏北风为主,夏季盛行东南风,春、秋季节为过渡期,风向多变。

(2)杭州湾悬沙中值粒径为5.96～7.38φ,从下游向上游变粗。空间上由东向西逐渐增大,时间上冬季含沙量较高,夏季含沙量较低。底质以细颗粒泥沙为主.尤以粉砂和泥质粉砂分布范围最广。

(3)杭州湾盐度分布南高北低、东高西低。冬季湾东南部水域盐度比夏季低,其他水域盐度普遍增高。

[1]韩曾萃,戴泽蘅,李光炳,等.钱塘江河口治理开发 [M].北京:中国水利水电出版社,2003.

[2]中国海湾志编委会.中国海湾志第五分册 [M].北京:海洋出版社,1992.

[3]陈吉余,恽才兴,虞志英.杭州湾的动力地貌、中国海岸发育过程和演变规律 [M].上海:上海科学技术出版社,1989.

[4]朱慧芳,恽才兴,茅志昌,等.长江口的风浪特性和风浪经验关系、长江河口动力过程和地貌演变[M].上海:上海科学技术出版社,1988.

[5]董永发.杭州湾底质的粒度特征和泥沙来源 [J].上海地质,1991(3):44-51.

[6]胡方西.杭州湾盐度变化的基本特征、海岸河口区动力地貌沉积过程论文集[M].海洋出版社,1990.