薛興華，李國勝，王海龍

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

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

薛興華1，李國勝2，王海龍3

（1.長江大學(xué)園藝園林學(xué)院, 湖北 荊州 434025；2.中國科學(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)不同流路時期沿岸余流場變化的認識將為理解入海泥沙輸送特征的變動和沿岸泥沙動態(tài)提供重要的水動力基礎(chǔ)，通過數(shù)值對比實驗，以分處黃河三角洲北、東兩岸的釣口和清水溝流路為例，對比研究了兩個流路基本穩(wěn)定后的初期黃河三角洲沿岸余流場結(jié)構(gòu)及其流速的變化。結(jié)果表明，雖然兩個不同流路時期沿岸流系的總體趨勢存在一致性，但不同岸段的局部余流場結(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。在流場結(jié)構(gòu)上，夏、冬季的差異很小，而春、秋季的差異相對較大，特別是在10m以淺的近岸海域的變化明顯。高流速區(qū)分布，在釣口流路時期具有隨各突出沙嘴而生的特點，清水溝流路時則是沿岸線走向、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期比釣口流路時期大很多，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。兩個不同流路時期沿岸潮致余流場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)在清水溝流路時期明顯向東北方向移動，清水溝流路時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，對黃河三角洲(Yellow River Delta, YRD)沿岸流場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和沿岸泥沙動態(tài)的變化提高重要的水動力基礎(chǔ)。隨著入海流路的變遷，海岸地形和邊界條件變化迅速，使得沿岸流場不僅與潮流、風(fēng)海流和徑流擴散等河海動力因素有關(guān)，還將受到近岸海底地形演變、沙嘴的消長和岸線形態(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)、潮流場等的變化情況[2-5]，實際觀測資料[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，卻對長周期尺度上沿岸泥沙動態(tài)及其輸移至為重要，對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。不同流路時期輸往外海的泥沙量或排沙比[17-24]，以及入海泥沙擴散和沿岸沖淤過程的變化[25-26]也深刻反映了沿岸流場潛在的巨大差異。已有的一些研究多是僅針對潮流場變異作過分析，對潮汐余流的討論雖有所涉及[3-4,27]，但對沿岸余流場結(jié)構(gòu)及其流速變異情況的詳細時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的變化。由于黃河巨量泥沙的輸入和河口海岸地形推進迅速，要完整得到整個流路時期的詳細河口海岸/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段，釣口流路期間取流路已運行約4年的1967年海岸地形資料，清水溝流路期間則取已運行約6年的1983年海岸地形資料。

1 研究方法與模型驗證

1.1 研究方法

影響黃河三角洲沿岸流場的因素眾多，可能的主要影響因素有海岸地形、風(fēng)場強迫、溫鹽條件、外海潮波輸入、黃河入海徑流等。為了準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的差異，本項研究設(shè)計了兩個不同條件的對比實驗，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)在兩個實驗中保持不變外，其他可能影響流場特征的邊界和初始條件，分別按照1967年釣口流路時期和1983年清水溝流路時期的實際情況進行了設(shè)置：(1)岸線邊界和海岸地形：釣口流路時期采用了1967年1︰5萬地形圖，清水溝流路時期采用了中國人民解放軍海軍司令部航海保證部所提供的1983年渤海實測水深數(shù)據(jù)，經(jīng)重采樣到模型網(wǎng)格上（圖1）；(2)風(fēng)場強迫條件：分別采用了 1967年NCEP/NCAR Reanalysis1[29]和1983年NCEP/NCAR Reanalysis2[30]中的每6小時平均的風(fēng)場資料；(3)黃河入海徑流量：分別采用了1967年和1983年黃河利津站實測水文數(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)在兩個流路時期保持不變。

圖1 沿岸流場數(shù)值對比試驗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

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

計算過程將渤海海域分為大、小兩個區(qū)域。大區(qū)域計算范圍包括整個渤海海域，為小區(qū)域提供水位邊界條件，在較粗的網(wǎng)格和時間分辨率下進行模擬，網(wǎng)格水平分辨率為5.5 km×5.5 km，內(nèi)模時間步長為447.12s（M2分潮周期的1%）；小區(qū)域計算范圍在秦皇島至龍口一線以西的海域，采用較精細的時空分布率，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)模時間步長設(shè)為149.04s。

模式計算從靜止海面算起，積分15天當能量達到平衡后開始分析。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。背景動力場的開邊界潮高和幅角由S2、M2、N2、K1、P1、O1等6個分潮的潮參數(shù)進行計算，由驗潮站資料進行最優(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 模型驗證

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

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

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

表1是10個驗潮站兩個主要M2分潮資料與模擬結(jié)果的對比，模擬所得的振幅和遲角與10個驗潮站實測結(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，分別相差19 o、18 o和15 o，除少數(shù)站點差值較大外，模擬結(jié)果與四個測流站的實測資基本吻合（表2），表明所用模式能夠較好地刻畫和模擬渤海潮流場特征。

2 結(jié)果與討論

本研究將從余流場的結(jié)構(gòu)和流速兩個方面，對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的變化與差異?？紤]到表層余流受風(fēng)場強迫的影響較大，底層余流則一般很小，為得到相對穩(wěn)定的余流場特征，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)的平均余流場狀況，除2.4節(jié)針對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漂流之疊加和計算得到，即VLr=VEr+VSt,其中VLr為Lagrangian余流，VEr為Euler余流，VSt為Stokes漂流。各月余流的計算，首先計算得到瞬時流的深度平均，然后在月的時間周期上平均得到。

2.1 黃河三角洲沿岸余流場結(jié)構(gòu)的變化

計算結(jié)果表明，黃河三角洲沿岸流系在兩流路初期的大體趨勢基本一致，但不同岸段、不同季節(jié)的局部流場呈現(xiàn)出較大差異。沿岸流場都具有夏/冬季型流場持續(xù)時間長、春/秋季型流場持續(xù)時間很短的特征，但在其季節(jié)性分配上有所不同，清水溝流路時期冬季型流場從11月直至次年3月，5-9月份的5個月為夏季型，4月份為春季型、10月為秋季型流場，釣口流路時期則在3月份已演變?yōu)榇杭拘土鲌觯拘土鲌鲎?1月至次年2月，夏季型流場從4月份持續(xù)到8月份，9～10月份為秋季型流場。以下討論中以6、10、12月份分別做為夏、秋、冬季沿岸流場的代表月份，春季型流場在釣口和清水溝流路時期分別以3、4月份為代表月份。

對于沿岸春季余流場結(jié)構(gòu)（圖2），雖然在總體上兩流路時期基本都是，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、東岸段的局部流場結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。東岸海域，釣口流路時期甜水溝以南海域存在一個弱的順時針渦環(huán)結(jié)構(gòu)，甜水溝以北、五號樁以南的近岸海域具有向岸流的特征，五號樁以北至灣口則是北向沿岸流；清水溝流路時期在其入?？冢ㄇ逅疁希┠稀⒈眱蓚?cè)分別形成一個順時針和逆時針渦環(huán)結(jié)構(gòu)，南側(cè)渦環(huán)范圍大而明顯，其位置與釣口時期甜水溝口南部順時針渦環(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，進入渤海灣灣口。北岸海域，在釣口流路時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，出灣口后可達五號樁北部海域，與萊州灣西岸的北向沿岸流相遇之后，匯入北、北西向沿岸流進入渤海灣內(nèi)，構(gòu)成一個小的逆時針渦環(huán)結(jié)構(gòu)，在釣口流路時期不存在這種小的余環(huán)流結(jié)構(gòu)。

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

對于沿岸夏季余流場結(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，出灣口后進入渤海灣內(nèi)，繼續(xù)向西，抵渤海灣灣頂后轉(zhuǎn)北西向，進入渤海灣北部海域，春季存在的局部渦環(huán)結(jié)構(gòu)均已消失。東岸海域，在釣口流路時期幾乎是一致的北向流，出萊州灣灣灣口后，轉(zhuǎn)北西進入渤海灣內(nèi)；在清水溝流路時期清水溝口南側(cè)是東北向流，入?？诒眰?cè)很大的范圍內(nèi)則是強大的西北向流，直抵渤海灣灣口。北岸海域，在清水溝流路時期整個渤海灣南部海域均為西、北西向流，而釣口流路時期大約在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期相近。

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

對于沿岸秋季余流場結(jié)構(gòu)（圖4），兩流路時期在10 m以深海域基本一致，在10 m以淺近岸海域的差異相對較大。在三角洲北岸海域，釣口流路時期整個渤海灣南岸都是自灣口向灣頂?shù)奈飨蛄?，清水溝流路時期則在離岸很近的范圍內(nèi)出現(xiàn)自灣頂向灣口的余流。東岸海域，在釣口流路時期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，進入渤海灣灣口后轉(zhuǎn)而向西；而在清水溝流路時期，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期一樣，為北西向流，清水溝口南部海域呈現(xiàn)一個結(jié)構(gòu)特征明顯的逆時針渦環(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 沿岸秋季余流場結(jié)構(gòu)的對比(圖中箭頭代表余流矢量)Fig.4 Comparison of residual currents along YRD in autumn

沿岸冬季余流場結(jié)構(gòu)（圖5）在兩流路時期的差異較小，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)出一個半封閉的逆時針余環(huán)流結(jié)構(gòu)，外海流自灣口中部向西，抵達灣頂后，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，釣口流路時期整個萊州灣西岸都是顯著的南向流，抵灣頂后轉(zhuǎn)向東，清水溝流路時期在清水溝口以北海域為東南向流，至清水溝口以南轉(zhuǎn)為西南向流，并逐漸轉(zhuǎn)東、東北。

圖5 沿岸冬季余流場結(jié)構(gòu)的對比(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 對于三角洲沿岸春季高流速區(qū)的分布（圖6），與釣口流路時期比，清水溝流路時期高流速區(qū)的分布范圍更大、其中心流速更高，從分布位置看，清水溝流路時期在三角洲北、東岸分別存在一個高流速區(qū)，而在釣口流路時期僅存在于三大沙嘴前沿。釣口流路時期的3個相對明顯的高流速區(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。清水溝流路時期的兩個高流速區(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。

對于夏季高流速區(qū)的分布（圖7），釣口流路時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，但多不超過6.5 cm/s。清水溝流路時期高流速區(qū)的分布范圍和中心流速較釣口時期都要大得多，在北、東岸海域存在 3個沿岸線走向分布的高流速區(qū)，其春季存在的兩個高流速區(qū)得到保持，二者之間的老神仙溝口附近呈現(xiàn)一個流速和 ，北岸高流速區(qū)中心流速可達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?？诟浇Ｓ颍灴诹髀窌r期高流速區(qū)自入?？谙驏|北延伸，其分布范圍和中心流速都較清水溝流路時期小，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11.5 cm/s。

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

對于冬季高流速區(qū)的分布（圖9），釣口流路時期北、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)多個高流速中心。在北岸海域，釣口流路時期在灣灣溝口和釣口沙嘴前沿呈現(xiàn)兩個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，釣口流路時期在甜水溝和神仙溝沙嘴附近海域呈現(xiàn)三個高流速區(qū)，以前者分布范圍較大，且中心流速可達10 cm/s；清水溝流路時期高流速區(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較低。

圖9 冬季沿岸高流速區(qū)分布對比（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，來定量對比分析兩流路時期各岸段、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比看（圖10A），除釣口前沿（當時的入?？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期都比釣口流路時期大很多，以清水溝口以南海域的流速增加最顯著，以其21個站位（清水溝口除外）計，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個沿岸站位（釣口除外）計，清水溝流路時期余流流速較釣口流路時期約增加4.7 cm/s，清水溝口以北、神仙溝以南岸段（簡記為東北岸段）的流速增加最少，以其15個沿岸站位計，增幅約3.8 cm/s。在以下分析中，在這 3個典型岸段上設(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期黃河三角洲沿岸縱斷面余流流速對比Fig.10 Comparison of residual current velocity at longitude section

圖10B揭示了兩流路時期各季節(jié)沿岸余流流速差值的分布情況，清水溝流路時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，清水溝流路時期的余流流速較大，清水溝口以南海域的增幅最大，平均達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)釣口流路時期較清水溝流路時期略大，6 km以外明顯以清水溝流路時期的流速較大。

夏季，在北岸段，釣口以西、灣灣溝以東的海域，受當時夏季入海徑流量增加的影響，釣口流路時期余流流速較大，橫斷面SEC3（圖11B）進一步顯示，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期較大，從北岸24個站位的平均結(jié)果看，北岸海域的流速在清水溝流路時期約增加了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期都有所增加。清水溝口以南海域在清水溝流路時期的增幅較大，平均約達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期的平均增幅可達7.3 cm/s，在橫斷面SEC1（圖11C）上釣口流路時期的余流速明顯小得多，約25 km以外海域的差異很??；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期有所增加，8 km以外海域則在釣口流路時期略大；北岸段，在清水溝流路時期的余流速略有下降，降幅約為0.4 cm/s，在斷面SEC3上釣口流路時期的余流速明顯要比清水溝流路時期。

冬季，各岸段余流速在清水溝流路時期都大幅增加，北岸增幅最大，達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，清水溝流路時期明顯要比釣口流路時期大。

2.4 潮致余流場的變異

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

由圖12（深度平均潮致余流）可見，兩流路時期沿岸潮致余環(huán)場結(jié)構(gòu)的總體特征是一致的。在三角洲東岸，清水溝流路時期清水溝口和釣口流路時期甜水溝沙嘴的以南和以北海域均分別存在一個順時針和逆時針渦環(huán)結(jié)構(gòu)，南部順時針渦環(huán)較北部逆時針渦環(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期明顯向東北方向移動，順時針渦環(huán)的南部海域在兩流路時期均是沿岸向南的潮致余流，致灣頂后轉(zhuǎn)向東，而在逆時針渦環(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，與自灣口向灣內(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個站位（圖12 B）余流速對比（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，在動態(tài)趨勢上，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的對比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比Fig.13 Comparison of velocity of tide induced residual current along YRD

3 結(jié) 論

通過數(shù)值對比試驗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的變化情況，二者雖然在沿岸流系的總體趨勢上存在一致性，但不同岸段的局部流場結(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，釣口流路時期甜水溝以南海域存在一個弱的順時針渦環(huán)結(jié)構(gòu)，清水溝流路時期在其入?？谀?、北兩側(cè)分別存在一個順時針和逆時針渦環(huán)；北岸海域，在釣口流路時期是自灣口向灣頂?shù)奈飨蛄鳎逅疁狭髀窌r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以淺海域形成一個沿岸分布的逆時針渦環(huán)結(jié)構(gòu)。秋季北岸海域，釣口流路時期仍然是自灣口向灣頂?shù)奈飨蜓匕读?，清水溝流路時期則在10 m以淺海域出現(xiàn)自灣頂向灣口的東向流，并在清水溝口南部海域呈現(xiàn)一個結(jié)構(gòu)特征明顯的逆時針渦環(huán)，而釣口流路時期在東岸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期弱。夏季余流自萊州灣灣頂，按順時針方向，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期幾乎是一致的北向流，在清水溝流路時期入海口南側(cè)是東北向流，北側(cè)則是西北向流，整個北岸海域在清水溝流路時期均為西、北西向流，而在釣口流路時期在大約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)出一個半封閉的逆時針余環(huán)流結(jié)構(gòu)，東岸海域在釣口流路時期是顯著的南向流，抵灣頂后轉(zhuǎn)向東，在清水溝流路時期入?？谝员焙Ｓ驗闁|南向流，入海口以南轉(zhuǎn)為西南向，并逐漸轉(zhuǎn)東、東北。

對于沿岸余流高流速區(qū)的分布，在釣口流路時期基本處于各突出沙嘴附近海域，而清水溝流路時期則具有沿岸線走向、呈條帶狀延伸的特點，而且清水溝流路時期高流速區(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比結(jié)果表明，從全年總體上看，除釣口前沿（當時的入海口）和神仙溝口等少數(shù)位置外，各海區(qū)余流在清水溝流路時期都比釣口流路時期大很多，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期沿岸潮致余流場的總體特征基本一致，釣口流路時期甜水溝沙嘴和清水溝流路時期清水溝口的以南和以北海域均分別存在一個順時針和逆時針渦環(huán)結(jié)構(gòu)，兩渦環(huán)的分布位置在清水溝流路時期明顯向東北方向移動，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期較清水溝流路時期大，以神仙溝和甜水溝（清水溝口）沙嘴附近尤為明顯。

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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

國家自然科學(xué)基金資助項目(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。