潮汐与潮流对海岸地貌的形成有哪些作用?

潮汐(tide)是在太阳与月球共同引力作用下,地球水体发生的一种周期性运动。我国古代把发生在早晨的高潮叫“潮”,把发生在晚上的高潮叫“汐”。高潮与低潮的海面高度差称为潮差。

地球绕地轴自转及地月系绕其公共质心运动。地球表面水质点受两种力作用。引力包括月球对水质点引力和地心对水质点引力;离心力包括地球、地月公共质心的离心力和地球自转所产生的离心力。地心质点引力与地球自转离心力对地表水质点,其大小和作用方向是恒定不变的,都可包括在重力概念内。

引潮力是由月球对水质点的引力和地球绕地月公共质点运动,所产生的离心力组成。阴历的初一、十五(新月、满月)为大潮(高潮高,低潮低),初八、二十三(上弦月、下弦月时)为小潮,实际上大小潮均有所滞后。

潮汐的形状是简谐波,潮波随月球在地面推进,同时高潮的潮顶称潮峰,低潮的底部叫潮谷。在同时地面潮水峰谷的角距是90%,高潮与低潮的时间隔是6h 20min,潮汐的涨落平均是以一个太阴日(lunar day)(24h 50min)为一个周期。根据在一个周期内海平面涨落的方式,将潮汐分为三个类型:

在24h 50min有两次高潮两次低潮,每次涨落时间相等,为6h 13min者为半日潮;

在一个潮周期内,海平面只有一次涨潮与一次落潮的,称为全日潮;

混合潮,介于两者之间的为不规则半日潮或不规则全日潮。

潮汐现象既受天体引潮力决定,又受海底地形、海岸轮廓的制约。当潮汐由大洋或宽阔的海洋进入突然收缩的河口时,潮汐产生一系列变化。

大洋中潮差很小,约有50cm,但转入大陆架,特别是传入沿岸港湾时,潮波波高增加,由此而产生的潮流亦强。

根据大潮潮差可以把潮汐分为:

弱潮——潮差小于2m 普遍见于世界大洋的开敞海岸

中潮——潮差2~4m 普遍见于世界大洋的开敞海岸

强潮——潮差大于4m 主要分布于一些港湾河口区

加拿大芬地湾(Bay of Fundy)是世界上潮差最大的海域。芬地湾湾口宽大,沿程向湾内变窄,顶端有两个小湾,湾口的潮差仅3m,愈向湾内潮差愈增大。在圣约翰(Saint John)潮差增至7.6m,在Chignecto Bay的湾顶为14.0m;至Minas Basin潮差已达15.6m。

潮波上涌到港湾或河口区,潮波可变陡而破碎,从而产生沿河上溯的涌潮(Tidal bore)。在亚马逊河河口涌潮上溯时,像一道1.61km、宽5m高的大瀑布,其传播速度为10m/s。

我国钱塘江的涌潮是世界著名的。杭州湾呈喇叭形,湾口宽90km,向内宽度为3km,湾底变浅,外海传入的潮波受海岸轮廓及水下河床地形之影响,潮波能量集中,潮波波峰速度大于波谷速度,前坡陡立,波顶倒卷破碎,涌潮高度达3m,澉浦站实测潮差达8.93m。这一记录一直是中国最大的潮差。但是,在南黄海江苏岸外的黄沙洋潮流通道,曾测得潮差为9.28m(1981年,黄沙洋浮筒处)。涨潮时,在黄沙洋水道顶端亦可见到涌潮现象,这是外海潮波进入潮流通道受地形缩窄影响,潮差急增的结果。

潮汐的活动使海面发生周期性的活动,一方面展宽了海水与波浪活动的范围,改变了激浪活动带,减小了波浪直接的作用效应,由于潮水的淹没与退干,使潮间带具有特殊而复杂的动力条件;另一方面,海面产生水平方向的整体移动,形成潮流,它是海岸带的重要动力因素。

海岸带、河口或港湾内潮流是往复流,涨潮流方向与落潮流相反。往复流在改变方向时,流速为零是为憩流或平流。平流后速度增加,达到最大值后,又逐渐减小。

河口中的潮流,由于河水的下行作用,所以下行潮流水量大于逆河而上的潮流量。表层和底层流向不完全一致。表层水下行时,底层水仍在上溯,并且在盐水影响范围内,由于盐水楔(salt water wedge)顶托,淡水可以向上游推进到距海岸很远处,这种淡水潮称为动力潮(dynamic tides)。

在外海,由于科氏力的影响,潮流一般作回转式,潮流的方向与流速时时在转变。在北半球,方向的改变呈顺时针方向,在南半球是逆时针方向。在半日潮区,潮流在12h完成一回转;在全日潮区,则是24h 50min完成一次。因此,12或24h左右,海水的净运送量为零,表层和深层流流向和流速是一致的,但在水深20m以浅,受海底摩擦而有影响。

潮流对海岸地貌作用很大,侵蚀冲刷岸滩形成潮流通道、潮水沟,或堆积形成潮滩、潮流脊,其对海岸工程亦有重大影响。

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