2.5.2 潮流
一个固定空间点处潮流速度随时间变化可由潮流椭圆描述。将一定周期的潮流绘成逐时旋转的矢量,连结矢量顶端形成一椭圆,称为潮流椭圆。理想的潮流椭圆如图2-20所示。
图2-20 潮流椭圆
潮流流态可分为往复流和旋转流两种:
1)往复流
水流在平面上仅表现主要沿某一轴线方向的往复运动,主要分潮椭圆率小于0.2,如图2-21所示。这种潮流多在近岸地区、河口区及狭长海峡中见到。往复流的水质点仅在潮流运动垂直剖面内摆动,最大和最小流速可以相差很大,从一个方向反转过来向另一方向流动时,将出现最小流速。当最小流速等于或接近零时称为“转流”或“憩流”。
图2-21 全日潮往复流(图中数字为时间:h)
2)旋转流
潮流在较宽阔海域表现为旋转流,其潮流椭圆如图2-22所示。中国位于北半球,方向一般为顺时针,个别因地形影响为逆时针。此时,潮流在平面图上随时间的运动方向是逐渐改变的旋转运动,这是由于地球自转效应或二个或多个波系斜交或正交干涉而造成的。这两种原因所产生旋转流的不同点在于:前者的旋转有定向性,因地球自转效应使北半球潮流沿运动方向右偏而形成顺时针的旋转流,在南半球则反之,形成逆时针的旋转流;而后者的旋转性需视不同波系的干涉情况而定,因而旋转是无定向性的。
图2-22 海流矢量示意图
(图中实线为实测海流流速矢端迹线;虚线:①为余流;②为半日周潮流;③为全日周潮流)
除以上潮流流态外,潮流流态另一重要特征是存在潮流余流。潮流余流是指从实测潮流总矢量中除去净潮流(由潮流调和分析得到的部分,即线性部分)后剩下的部分。由这一确定方法可以看出,潮流余流实际上是潮流方程非线性特征导致的潮流非线性效应,类似于斯托克斯波的质量输移流。由于水底摩擦力也是非线性的,所以它对潮流余流也有重要贡献。潮流余流常是泥沙净输移和污染物扩散的重要方向。