胶莱运河开通后两湾海水交换可能性的探讨

董吉田

（青岛泰杰海洋工程技术咨询开发研究院）

摘要：本文通过胶州湾和莱州湾的潮位变化关系，分析了“胶莱运河”开通后两湾海水交换的可能性，并提出改善两湾海水交换的设想。

1. 引言

开挖“胶莱运河”的消息一经传开之后,在全国的新闻界、学术界立即引起轩然大波、特别是在因特网上被炒作得沸沸扬扬、赞扬支持者有之，反对诋毁者有之，甚至在媒体上发生论战。如此巨大的工程，在没有充分调查研究、认真论证之前，仅凭个人主观臆断过早给出结论是很难客观的。工程的初期扑朔迷离的问题太多，莫衷一是并不奇怪。我们暂且不说工程的成败优劣和经济、社会效益如何，本人仅就海水交换的问题提供一点资料供参考。也浅谈一点个人的看法。

在网上看到如下一段文字描述：

“莱州湾和胶州湾存在较大落差，再加上海水大环流特点，人工海河建成后，海水会从莱州湾一路奔腾到胶州湾。这样，约30年水体才全部交换一次的莱州湾，不到5年就可以交换一次；胶州湾半封闭的海水也可以变成活水动起来。” 这段文字描绘了未来胶莱运河开通后就会形成一条川流不息的大河，呈现“一江春水向东流”的壮丽景观和“子在川上曰:‘失者如斯夫,不舍昼夜!’”的动人画卷。当然这是人们的美好愿望，如真这样，那就太鼓舞人心了。

“胶莱运河”开通后果真如此吗？笔者认为似乎不可能，理由如下：

2.河水和海水流动动力的差别

无论是河水还是海水,要想使其流动,必须有足够的动力。

作为河水的流动，其动力是靠上下游之间的水的势能差，河段位势差越大，流速越快；河段位势差越小，流速越慢；如果河段之间没有位势差，则河水就处于静止状态，不会流动。

对于理想流体，流速和位势差的关系为：

V＝（1）

其中V为流速，g为重力加速度，h为位势差。对于河流，流速和位势差的关系虽然不是这样严格，但是也服从这个比例关系：

V＝K （2）

K 是小于1的严格系数。

“黄河之水天上来, 奔流到海不复回”, “朝辞白帝彩云间,千里江陵一日还。”

唐诗中对黄河和长江水流速度的描述充分体现了黄河和长江上下游之间位势差很大造成河流流速大的事实。

作为海水来说，两地之间没有位势差存在，海水运动的动力主要是靠月亮和太阳的引潮力，在引潮力的作用下海水作周期运动。人们常说“人向高处走，水向低处流”，但海水的运动不遵从这条规律，在引潮力的作用下，涨潮可以从低处向高处流动，仅在落潮时海水才由高处向低处流动。

由于引潮力周期变化的原因，海水的运动多数情况下不是勇往直前的向一个方向运动，而有些像是“孔雀东南飞,五里一徘徊”。

胶州湾属于正规半日潮，莱州湾属于不正规半日潮，其潮流也和潮位类似，周期大约12小时左右，潮位和潮流的过程线可以写成如下形式：

ζ_L（t）=ζ_L0cos(2πt/T+ε_L) （3）

ζ_j（t）=ζ_L0cos(2πt/T+ε_j) （4）

V_L（t）=V_L0sin(2πt/T+ε_L) （5）

V_j（t）=V_L0sin(2πt/T+ε_j) （6）

其中：

ζ_L（t）为莱州湾潮位过程线, ζ_J（t）为胶州湾潮位过程线;ζ_L0为莱州湾潮位最大振幅, ζ_J0为胶州湾潮位最大振幅; ε_L 为莱州湾潮位初始相位角, ε_J 为胶州湾潮位初始相位角;T为半日潮周期,大约等于12小时。

V_L（t）为莱州湾潮流过程线, V_J（t）为胶州湾潮过程线;V_L0为莱州湾潮流最大振幅, V_J0为胶州湾潮流最大振幅; ε_VL 为莱州湾潮流初始相位角, ε_VJ 为胶州湾潮流初始相位角;T为半日潮周期,大约等于12小时。

由式（3）～（6可以看出），胶州湾和莱州湾的潮位及潮流都是作周期运动，特别是在狭窄的海域，潮流属于往复运动，即第一个6小时海水向一个方向运动，然后下一个6小时海水向相反的方向运动。

图1是莱州港溢油实验油膜运动轨迹图，可以看出油膜在潮流运动的驱使下，在港内作往复运动，运动的范围不超过20公里，在胶州湾也有类似实验结果。

3.两湾潮位情况比较

图2为胶州湾夏季大潮的过程线（1998年8月6日（农历6月15日））；图3为莱州湾同一天的潮位过程线。由图2和图3的比较看出，胶州湾为正规半日潮流；莱州湾为不正规半日潮流。胶州湾的潮差远大于莱州湾的潮差。为了便于比较，我们把两湾的潮位换算到相同的基准面上在图4上表示出来。图上红线为胶州湾的潮位过程线；蓝线为莱州湾潮位过程线。从图3可以看出，两湾的潮位位相几乎相反，即胶州湾涨潮时莱州湾落潮。可惜两湾相距太远，潮水在半个周期内不能抵达对方海湾，如果两湾距离在半周期的流程内，这样的潮位（潮流）关系会产生良好的水交换条件。

4. 两湾海平面的变化关系

由于两湾的潮位是无时无刻的发生变化，有时胶州湾海面高于莱州湾；有时则莱州湾的海面高于胶州湾。如果运河开通后，海水会时而由胶州湾的方向流向莱州湾（由东向西），但经过几个小时后，海水则由莱州湾流向胶州湾（由西向东）。这种海水运动会在新开挖的胶莱运河中往往反反，来回振荡。图5和图6是胶莱运河开挖后河床内海水运动的示意图。