海陆分界与江苏沿海理论最高潮位研究

王义刚，袁春光，黄惠明，祝慧敏，陈 橙

（1.河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室，南京210098；2.江苏省测绘工程院，南京210013）

海陆分界与江苏沿海理论最高潮位研究

王义刚1，袁春光1，黄惠明1，祝慧敏2，陈 橙1

（1.河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室，南京210098；2.江苏省测绘工程院，南京210013）

海岸线的划分对于人类管理海洋资源和陆地资源都具有十分重要的意义，但是，海岸线的定义多年来仍然没有一个统一的标准。我国以往一直沿用多年平均大潮高潮面的方法来确定海岸线，随着经济的发展和海陆资源开发的不断深入，用这种界定方法定义海岸线，人为因素的影响，以及定义中比较模糊的缺点逐渐显露出来，这对海洋管理和资源开发是很不利的。针对此问题，提出以理论最高潮位面代替常年大潮平均高潮面作为划分海陆分界的依据，并将这种方法的可行性和优点进行了分析。同时，以江苏沿海为例，建立了二维水动力数学模型，计算得出了江苏沿岸理论最高和理论最低潮位的分布。

海陆分界；海岸线；理论最高潮位；江苏沿海

近年来，随着海洋开发的不断深入，我国的海岸带资源分布与环境保护问题越来越受到大家的广泛关注。但是，由于相关法律法规对于海岸线的定义比较含糊，使得各个地方海岸带的管理存在一定争议。《海域使用管理法》指出，海陆分界线就是海岸线［1］，是海、陆交通的转换处。地貌学上给海岸线的定义是：海水向陆达到的极限位置的连线，即海岸线的向陆一侧是永久性陆地［2］，这条连线随潮涨潮落（或因灾害天气）而频繁地移动。个别地方把当地土地管理部门和海洋管理部门过去沿用的管理界线作为海岸线。实际上，作为海陆交界线的“海岸线”原来就是因潮汐风浪影响而变化的，因此不同的科技文献中将高潮位、中潮位或低潮位线定为海岸线的都有，认识尚不一致［3-7］。在我国，长期以来，涉海部门的各项管理工作，都至少包括了平均高潮线以下的海域，大部分将海陆分界线定为平均大潮高潮线（图1）。

1 理论最高潮面

1.1 理论最高潮面定义、含义和基本实现

理论最高潮面的定义为由主要分潮组合所得的理论上可能最高潮高，与理论最低潮面相对应，以字母L表达。理论最高潮面的随地变化特性使其定义以逐点计算的方式实现，因此，理论最高潮面的算法在一定程度上等价对应于中国海区海图深度基准的基本定义方式。按照上述定义，深度基准值由各分潮调和常数综合表达的潮高的可能最低值计算。通常只顾及量值较大的主要分潮，理论最高潮面采用11个分潮组合潮高的极值，这11个分潮包含天文潮8个：和；浅水分潮3个和。理论最高潮面算法，即弗拉基米尔法求取最高潮高的关键在于根据全日分潮和半日分潮相角的4对组合规律，将潮高表达模型化简为单一变量的函数，从而便于在其中的基本分潮的一个周期内，通过数值方法求解极值。在此基础上，以改正的模式附加浅水分潮与长周期分潮对最高值的贡献。

1.2 用理论最高潮位面替代常年平均大潮高潮面作为海陆分界标准的重要理由

所谓的“常年平均大潮高潮线”，虽然有相应的理论公式来支撑，但在使用过程中，存在两个比较严重的不足之处：

（1）“常年平均”的概念比较含糊。有的测站实测资料过少，甚至采用几个月的大潮平均。缺乏统一的标准和受实际条件限制，各处海岸线划定情况相差甚远，这将给各类行政管理和海洋开发活动带来诸多不便。而理论最高潮面由各分潮调和常数综合表达的潮高的可能最高值计算，准确性和稳定性都大大优于常年平均大潮高潮面的计算。

（2）海面并不平静，由波浪影响形成上冲流，上冲流会把海陆交界线推向陆地一段距离，形成的痕迹线在大多数情况下其位置要高于大潮平均高潮位与陆地的交界线。而这条线两侧有着海洋环境和陆域境最根本的差异。由于理论最高潮面高于常年平均大潮高潮面，与常年平均大潮高潮面时的水陆分界线相比，理论最高潮位面与陆地相交形成的界线更靠近海岸带上实际的“痕迹线”。

由此可见，以理论最高潮面替代平均大潮高潮面作为海陆分界线是规避上述缺陷的最合理选择。

2 江苏沿海潮波运动数值模拟

2.1 研究区域概况

江苏海洋位于东海大陆架中部，属黄海南部和东海北部。海岸带北起苏鲁交界的绣针河口，南抵长江口北岸，位于我国沿海中部，南北自31°33′～35°07′跨3.5个纬度。全省大陆海岸线全长约954 km，岛屿岸线长约27 km。海岸类型有3种：粉砂淤泥质海岸、砂质海岸和基岩港湾海岸。粉砂淤泥质海岸是最主要的类型，岸线平直，长约884 km，占全省岸线总长度的90%以上。另有海涂面积7 624 km2，已围滩地2 335 km2，仍有2/3以上的滩涂未得到开发［8］。

2.2 数学模型

平面二维潮流运动的基本方程为

式中：t为时间；x、y为右手Cartesian坐标系；η为水面相对于计算基面的水位；h为计算平面下的总水深；u、v分别为流速在x、y方向上的分量；为当地大气压；ρ为水密度为参考水密度；f=2Ωsinφ为Coriolis参量（其中Ω=0.729×10-4s-1为地球自转角速率，φ为地理纬度）和为地球自转引起的加速度为辐射应力分量；为水平粘滞应力项，S为源汇项，（）源汇项水流流速。上述式中带有上横线的值代表沿水深均值。

离散方法及参数选取：模型采用2阶Runge-Kutta方法，潮波数值模拟主要为天文潮及其传播变形的模拟，温盐场对潮波运动的影响甚小，于是在模拟中使用的是正压模型，温度和盐度为常数（即密度为常数），比较结果发现，不同的温盐值对结果影响不大，所以模型中将盐度定为32‰，水温取为10℃。计算亦不考虑风场和海气交换等因素，故分别设表面热通量、盐通量分别赋为零值，风应力赋零值。水位初值赋为0m，流速初值为0m/s（即冷启动）。湿水深太小会产生不切实际的高流速，产生稳定问题，因此本模型结合江苏沿海实际地形，经过反复试算调试，干水深取0.1 m，淹没深度取0.05m，湿水深取0.1m。

计算时间为2006年12月31日0时～2007年1月31日23时，自2007年1月1日0时开始输出计算结果，共31 d（744 h）的水位、流速结果作为进一步讨论分析的依据。

2.3 地形水文资料

研究区域的地形资料，包括来自NOAA的全球地形资料（分辨率为2′×2′），长江口、江苏沿海、山东沿海的海图及CAD测图资料。模型的外海开边界潮位由东中国海潮波数学模型提供；水位、流速流向的验证资料，采用2007年江苏近海海洋综合调查中的近海海域海洋水文周日连续观测的潮汐和潮流数据。

2.4 模型网格及参数设置

模型计算域包括江苏近海和长江口附近海域，南北范围为30°54′N～35°36′N，东西范围为119°13′E～123°19′E（图2）。模型网格采用非结构三角形网格，整个计算区域包括13 226个网格点，25 486个单元，网格间距在60～6 690m，时间步长取2min。

2.5 模型结果验证

2.5.1 水动力验证资料

本文率定用的水文资料采用2007年1月1日0时～2007年1月31日23时之间部分非固定时段的江苏沿海同步实测资料，其中包括4个潮位站，13个流速、流向测点，测点分布见图3。

2.5.2 验证结果

通过连云港、燕尾、大丰和吕四4个测点潮位验证和13个测点流速流向验证得出，潮位和流速流向的计算值和实测值变化趋势一致，数值吻合比较良好，说明本模型基本上反映了江苏沿海的潮波运动规律，模拟精度满足研究的需要。下列图（图4～图5）中“°”为实测资料，“—”为计算值。水位图中纵坐标为水位，单位为m；横坐标为时间，单位为h。流速验证图所示数据，为其中的第50～300 h。流速验证图中纵坐标为流速，单位为m/s；流向验证图中取正东方向为0°纵坐标为流向，单位为度。

3 江苏沿海理论最高潮位面计算与分析

本文在江苏沿海选取了地形特征较为显著的共36个河口和港口作为站点，对各个站点用以上模型模拟一个月的潮位过程资料进行调和分析，得到8个主要天文分潮、和3个浅水分潮的调和常数值，并计算其理论最高潮位与理论最低潮位值，据此研究江苏沿海的理论最高潮位面分布特征。这36个站点分别为：绣针河口、柘旺河口、兴庄河口、青口河口、临洪口、埒子口、燕尾港、灌河口、中山河口、扁担河口、废黄河口、夸套河口、双洋河口、运粮河口、射阳河口、新洋港、斗龙港、四卯河口、大丰港、竹港口、川东港、东台河口、梁垛河口、方塘河口、新川港、小洋口港、掘苴口、洋口港、东凌港、遥望港、大洋港、大唐电厂、塘芦港口、协兴港、圆陀角和崇明东滩。其分布情况如图6所示。

36个站点的理论最高和最低潮位计算结果如表1所示。分析表中数据可以看出，沿海各站点的理论最高潮位面和理论最低潮位面大体呈关于平均海面对称关系，且沿海岸变化趋势一致。因此这里重点讨论理论最高潮位面的分布情况。

理论最高潮位与平均海面距离的最小值处出现在废黄河口，为205.6 cm，最大值出现在东台河口，为529.7 cm；理论最高潮位面值在201～250 cm之间的有绣针河口、柘旺河口、兴庄河口、埒子口、燕尾港、灌河口、中山河口、废黄河口、扁担河口和崇明东滩共10个站点；在251～300 cm之间的有青口河口、临洪口、夸套河口、掘苴口、遥望港、塘芦港口、协兴港和圆陀角共8个站点；在301～350 cm之间的有双洋河口、运粮河口、方塘河口和大唐电厂共4个站点；在351～400 cm之间的有射阳河口、新洋港、四卯酉口、梁垛河口、东凌港和大洋港口共6个站点，在400～450 cm之间有斗龙港和洋口港2个站点，在450～500 cm之间的有大丰港和竹港口2个站点，在500～550 cm之间的有川东港、东台河口、新川港和小洋口港共4个站点。

从变化趋势来看，江苏沿岸从绣针河口到废黄河口一段，理论最高潮位呈略微增大再慢慢减小的趋势，平均高度在270 cm左右，其中废黄河口最低，为205.6 cm；由废黄河口开始，到崇明东滩站点，理论最高潮位呈现变化较明显的增大再减小趋势，平均高度在400 cm左右，在梁垛河口达到最大值，为575.5 cm。这种分布情况是由于江苏近海海域是南黄海的一部分，具有独特又相对稳定的潮汐动力环境，其潮汐与潮流反映出外围南黄海带来的一种响应潮波系统和响应潮流场特征，此响应潮波系统为由东海前进潮波和黄海旋转潮波辐聚而成的移动性驻潮波［9］。江苏海岸线大致可分成3个岸段，即北部的海州湾和废黄河三角洲岸段，中部的射阳河口至弶港岸段，南部的辐射沙洲岸段。江苏沿海主要受两大潮波系统支配，在江苏沿海南面，太平洋潮波经东海以前进波的形式，继续由南向北推进，而在江苏沿海北部，由于受南黄海西部旋转潮波系统的制约，其波峰线由北向南传播。这两股运动方向大致相反的潮波在弶港至庄家沙一带海域辐合［10-12］，形成一二分水，此处潮差最大。根据江苏沿海潮流特点对比可知，本文得到的江苏沿海的理论最高、最低潮位所呈现的变化趋势和量级特征与江苏沿海的潮流特征是一致的。

4 结语

以理论最高潮位面代替常年平均大潮高潮面作为岸线划分的依据，既可以避免“常年”时间段选取的模糊性，准确性和稳定性都有所提高；同时，又能更加接近真实的海陆分界线。建立江苏沿岸二维水动力数学模型。模型比较好的反映了江苏沿海水动力运动规律，并通过计算，得出了江苏沿岸理论最高潮位和理论最低潮位的分布。这对海洋资源的开发与保护提供了借鉴意义。

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［11］宋志尧，严以新，薛鸿超，等.南黄海辐射沙洲形成发育水动力机制研究：Ⅱ.潮流运动立面特征［J］.中国科学：D辑，1998，28（5）：411-417. SONG Z Y，YAN Y X，XUE H C，et al.Research of radial sand ridges hydrodynamic development mechanism in south yellow sea：Ⅱ.vertical characteristics of tidal current movement［J］.Science in China：Series D，1998，28（5）：411-417.

［12］任美锷.江苏海岸带和海涂资源综合调查［M］.北京：海洋出版社，1986.

贵州将打通“北入长江、南下珠江”水运“大动脉”

本刊从不久前贵州省发布的“全省水运建设三年会战实施方案”中获悉，贵州将从明年起开展水运建设三年会战，打通“北入长江、南下珠江”水路“大动脉”。到2016年，贵州高等级航道将达到700 km以上，水运能力达2 000万t以上，港口码头吞吐能力突破3 000万t。未来几年，将推进乌江、红水河航道规划等级由四级提升为三级，打通贵州“北入长江、南下珠江”，连接长三角、珠三角经济区的两条出省水运主通道。同时将加快建设赤水河、都柳江、清水江、锦江四条水运出省辅助通道。计划到2016年全面建成赤水河航运扩能工程，改善航道217 km，形成1 000万t/a通航能力。（殷缶，梅深）

曹妃甸十年：“十二五”末有望跻身世界大港前五位

随着河北沿海地区发展规划于2011年末上升为国家发展战略，曹妃甸开发的龙头地位得到进一步凸显，正全速驶入发展的“快车道”。曹妃甸港正在由集疏大港向综合贸易大港转变。25万t级矿石码头、30万t级原油码头、煤炭码头、通用码头等24个泊位建成通航，20个泊位正在加紧建设。按照规划，到“十二五”末，曹妃甸货物吞吐量将超过5亿t，有望跻身世界大港前五位。（殷缶，梅深）

Research on sea-land demarcation and maximum theoretical tide level along Jiangsu coast

WANG Yi-gang1，YUAN Chun-guang1,HUANG Hui-m ing1,ZHU Hui-m in2,CHEN Cheng1
(1.Key Laboratory of Coastal Disaster and Defence of Ministry of Education,Hohai University,Nanjing 210098, China;2.Jiangsu Province Surveying&Mapping Engineering Institute,Nanjing 210013,China)

The sea-land demarcation is very important for marine and terrestrial resources management. However,it is not favorable for the marine management and resources development when using the mean high water spring in many years to instead of the coastline.To solve the problem,a method using the maximum theoretical tidal level instead of the mean high water springs of many years was put forward to determine the coastline,and feasibility and advantages of this method were analyzed.Moreover,a two-dimensional mathematical model of tidal current along Jiangsu coast was established.Based on the model,the distribution of the maximum and the minimum theoretical tidal level along Jiangsu coast was obtained.

sea-land demarcation;coastline;the maximum theoretical tidal level;Jiangsu coast

TV 143；O 242.1

A

1005-8443（2013）05-0387-06

2013-01-16；

2013-03-04

国家科技支撑计划（2012BAB03B01）；南京水利科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（YN912001）

王义刚（1955-），男，浙江省定海人，教授，博士生导师，主要从事泥沙运动及河口、海岸演变，海岸动力学、航道工程等领域的教学和科研工作。

Biography：WANG Yi-gang（1955-），male，professor.