“胶莱运河”项目水流动力学条件初步估计（潮汐、环流）

左军成  杜凌  李磊  李培良  陈宗镛

（中国海洋大学海洋环境学院，266003）

摘要：本文分析了胶州湾和莱州湾的潮汐特征，估算了胶莱运河胶州湾一侧的纳潮量。推测胶莱运河重新开通后，将形成沟通胶州湾、莱州湾和渤、黄海的环流系统——环山东半岛环流系统。如果在胶州湾一侧设闸，更易于在胶莱运河中形成稳定的由胶州湾流向莱州湾的流动。综合考察胶莱两湾的潮流和环流结构、以及胶莱运河对胶州湾和莱州湾之间的水交换的贡献，胶莱运河的开通将极大改善胶莱两湾的水环境条件，甚至改善环黄渤海海域的水环境条件。

前言

胶莱运河能够将胶州湾和莱州湾直接联通，对山东半岛周围海域乃至环黄渤海地区的水动力环境、生态环境和社会经济发展会产生重要影响。鉴于胶莱运河影响重大，本文对胶莱运河重新开通后可能产生的水动力环境状况进行了初步分析。

1 胶州湾和莱州湾的潮汐特征分析

1.1青岛大港与龙口验潮站潮位过程曲线比较

分别选取已有较长观测资料的青岛大港和龙口验潮站作为胶州湾和莱州湾的代表站，青岛和龙口港潮位过程曲线比较见图1。

图1 青岛和龙口港水位比较（右图是大潮期间水位，左图是小潮期间水位）

注：龙口港的水位是潮汐表上数值加上155厘米（155厘米是龙口港和青岛港潮高基准面之间的差值）

胶州湾的平均海面比莱州湾高出15cm（“1985国家高程基准”^[1，2]），且两湾的月平均海面变化基本一致。

胶州湾为规则半日潮，莱州湾属不规则半日潮。潮差胶州湾比莱州湾大：胶州湾为2.5－4.0m，而莱州湾东部只有1.5m左右。胶州湾与莱州湾的潮汐基本上呈反相，即胶州湾是高潮时莱州湾的潮汐是低潮（图1）。

1.2 运河胶州湾一侧纳潮量估算

1.2.1 大潮期间

采用青岛大港1997年9月18日0时至9月20日23时的一个完整的大潮期间数据估算胶州湾一侧进入运河的流量。胶州湾的潮流一般介于0.3m/s到2m/s之间，湾顶处大约0.3m/s，湾口处最大流速可超过3m/s。因此分三种可能流速（0.3m/s，0.5m/s，1.0m/s）对大潮期间纳潮量进行估计。

每12个小时大约有6个小时海水高于平均海面，每天有12小时左右海水高于平均海面，可以向运河输入水量。假定运河宽度为500m，水深为6m或者8m（注：这里的水深仅指深度基准面之下的水深），则上述大潮期间每太阴日（24小时50分）由胶州湾进入运河的平均水量（单位是亿立方米）为：

  1.2.2小潮期间

采用青岛大港1997年9月24日0时至9月27日02时的一个完整的小潮期间的数据估算进入运河的流量。该小潮期间每太阴日（24小时50分）由胶州湾进入运河的平均水量（单位是亿立方米）可类似的估算如下表：

综上所述，如果运河深度取8m,宽度取500m,则在考虑流速为0.5m/s的中等流速情况下,从胶州湾输入运河的海水量平均为每太阴日（24小时50分）0.627亿立方米，一年总量有222亿立方米。这样大的水量交换，将有助于胶莱两湾的水质更新。

2 胶莱运河及环山东半岛海域的环流水动力情况分析

2.1 自然状态下的水动力状况

胶州湾的多年平均海平面比莱州湾高15cm左右，胶州湾与莱州湾的海平面季节变化基本同步，各季节内两湾的平均海面高度差也基本类似于多年平均海面差，其变化范围在10-30cm之间。如果考虑每天两次的涨落潮，胶州湾的潮差有2.5~4.0m左右，而莱州湾西部的平均潮差有1.5~2m，运河两端与河道内总能维持一定的潮位差，加之运河两侧胶莱两湾的潮汐位相几乎反相，潮汐涨落相位有显著差别，由上面的分析可知，海水会以波动的形式由运河两端向内传播，主要是通过胶州湾向莱州湾的单向环流。因此，运河两端具备形成一定时段内稳定、单向水流的基本条件。

渤、黄海的环流结构本身也同样有利于运河内形成相对稳定的环流。渤海南部的鲁北沿岸流经渤海海峡南部进入黄海，在山东半岛的成山角附近转向南及西南，可以概称为胶东沿岸流，流速在0.08～0.2m/s，最大流速可超过0.4m/s（图2^[3]）。运河开通之后，在现有的胶东沿岸流基础上，借助运河内的水动力结构，从而形成沟通胶州湾、莱州湾和渤、黄海的环流系统——环山东半岛环流系统。如果按0.1m/s的环流速度估算，这一环流系统每天也可以从胶州湾往莱州湾输送0.34亿立方米（运河宽500m，深8m的情况下）

图2 渤海和黄海北部表层环流

（摘自《海洋科学导论》，冯士筰主编）

总之，“胶莱运河”会在胶州湾与莱州湾之间通过成山头，形成绕山东半岛的顺时针大环流系统。这种自然状态下的环流，

不需要在两个湾的湾口处修建水库，可节省部分投资，但需要

通过数值模拟试验分析运河内环流结构的变化，例如为了维持相对稳定的流速，运河设计参数的要求，以及局地天气过程（如寒潮）的影响。因此，应通过预研项目，研究运河开通对该海域内的海水的具体运动规律和环流结构的影响。

2.2 人为干涉下的水动力状况

由于胶州湾的潮差(3.5m左右)比莱州湾的潮差(2m左右)大得多，加上胶州湾的多年平均海平面也比莱州湾的多年平均海平面高15cm，因此可以在胶州湾运河口附近海域围建大型水库，设立水闸，涨潮时开闸纳潮，落潮时关闸。由于胶州湾属典型半日潮海区，每12个小时内就有一次高潮，这样在胶州湾运河口附近建设海水水库可以始终保持高潮左右的高水位，在运河南北两侧河口附近将保持1.5m-4m的水位差，易于形成由胶州湾到莱州湾的相对稳定的流动，从而形成环山东半岛的稳定“大环流系统”。

这种人为干涉下的水动力结构的优点是容易形成稳定的环流系统，有利于抬升运河水位，从而在挖掘运河时可适当挖浅一点，节省很多投资。但该方案需要在运河的某个湾口（最好是胶州湾口）处需要建立大型水库，以保持稳定的水位差。

3 总结

自然状态下，“胶莱运河”就会导致在胶州湾与莱州湾之间通过成山头，形成绕山东半岛的顺时针大环流系统。如果进行人工干涉（在胶州湾设闸）的话，更易于形成由胶州湾到莱州湾的相对稳定的流动，从而形成环山东半岛的稳定“大环流系统”。

综合考察胶莱两湾的潮流和环流结构、以及胶莱运河对胶州湾和莱州湾之间的水交换的贡献，胶莱运河的开通将极大改善胶莱两湾的水环境条件，甚至改善环黄渤海海域的水环境条件。

参考文献：

[1]陈宗镛，周天华，于宜法，汤恩祥，黄彦福，1988。1985国家高程基准的研究。青岛海洋大学学报，第18卷第1期：9－13

[2]陈宗镛，汤恩祥，周天华，于宜法，黄彦福，王宇宙，1988。“1985国家高程基准”与中国平均海面。军事测绘，1988年6月。

[3]冯士筰，李凤岐，李少菁主编，1999。海洋科学导论。北京：高等教育出版社，1－503。