1 引言

潮汐是海洋活动中最为显著的动力现象之一，与人类的生产、 生活密切相关。对潮汐的观测、 分析和利用一直是重点关注的领域，并对此开展了大量的研究^{[1, 2, 3]}。潮汐汊道是指由潮流作用维持的、 连结潟湖（或海湾）与外海的短窄水道，并与潟湖共同构成潮汐汊道-潟湖海岸体系，主要由纳潮海湾、 潮汐通道以及涨、 落潮三角洲等基本地貌形态构成^[4]。由于其良好的避风条件及与外海的连通性，使这一体系在航运交通、 水产养殖、 旅游资源和生态环境保护等方面都具有重要价值^{[5, 6]}。潟湖内的水位和流速变化及其潮汐汊道的P-A关系（P为海湾纳潮量，A为口门过水断面面积）对这一体系的泥沙和营养盐物质输运、 水质环境及地形冲淤演变等都具有重要意义。因此，研究潟湖潮汐和潮流特征及潮汐汊道的P-A关系在科学和工程应用上都有重要价值。目前，常用的潮汐水位分析方法有调和分析^[7]、 小波变换^[8]、 经验正交函数（EOF）^[9]、 谱分析^[10]和数字滤波^[11]等。

海南岛东南部岸线长约214km，多港湾和潟湖^[12]。新村港和黎安港潟湖（双湖）位于海南岛东南部陵水县，二者腹背相依，均为半封闭的沙坝-潮汐汊道-潟湖海岸体系。前人对双湖地区的研究主要集中在水动力条件^{[13, 14]}、 潮汐汊道的演变及其稳定性^{[15, 16, 17, 18]}和生物特征^{[19, 20, 21]}等方面，但还存在以下不足:1）以往的潮汐水位分析一般采用的是附近海域验潮站的资料，很少采用潟湖中的实测水位来研究潮汐水位特征； 2）潮流分析也仅对双湖平均潮流条件进行介绍，而有关潮流的垂向分布特征研究较少； 3）在潮汐汊道的演变及其稳定性研究中，汊道口门的P-A关系研究较少。由于新村港和黎安港生物、 港口和旅游等资源十分丰富，因此对双湖的潮汐特征及潮汐汊道的P-A关系作深入的研究是必要的。

新村港和黎安港潟湖位于海南岛东南部海岸的陵水县，港区水域宽阔。研究区年平均降水量和气温分别为1699.9mm和25.0℃，属热带季风海洋性气候； 但由于受岛屿性季风的影响，平均每年受3-5次台风的袭击，最大风力达12级，风速40m/s^[22]。双湖均为单口门潟湖，平均水深5-6m，陆地淡水注入量小，其中新村潟湖有两条溪流注入，而黎安潟湖无明显径流^[23]。新村港潟湖面积较大，约19.43km²，黎安港则为7.92km²，双湖涨、 落潮三角洲均发育较好^{[5, 14]}。新村港潮汐汊道口门段长约0.5km，“咽喉”部位宽约260m，平均水深5m左右； 而黎安港潮汐汊道宽仅60m^{[6, 14]}。双湖不但发育了较好的海草群落，还拥有规模较大的水产养殖，其中以麒麟菜和珍珠贝的养殖尤为出名^{[19, 24, 25, 26]}。

由于双湖附近海域没有实测波浪资料，故采用万宁东侧的乌场港（1985-1986年）和三亚西侧的莺歌海洋站（1976-1991年）的波浪观测资料作为参考。乌场港附近海域的强浪向为SW向，年平均波高1.0m，最大波高4.9m，年出现频率达47.3％； 次强浪向为SSE向，年平均波高0.8m，出现频率20.7％^[18]。莺歌站附近海区强浪向是SE向和S向，多年平均频率分别是20％和19％； 次强浪向是SSE向，年频率为15％，常年平均波高为0.7m，平均波周期为4.0s^{[6, 16]}。

2013年8月1日至9月1日在新村港和黎安港潟湖口门及湾内放置临时验潮站（图1），观测双湖的潮位变化。新村港潟湖口门及湾内水位分别使用 Seabird SBE26型浪潮仪和XR620 RBR CTD 多参数水质仪观测； 黎安港潟湖口门及湾内分别使用Valeport740型潮位仪和光学后向散射浊度计（OBS-3A）观测水位。以当地平均海平面作为基准点，对双湖实测的潮位数据进行校正； 然后，利用T-tide程序^[27]对校正后的潮位数据进行调和分析，获取分潮振幅和位相信息。

图1(Fig.1)

图1 海南岛新村港和黎安港潟湖研究区及验潮站和全潮水动力站位分布 Fig.1 Location of tidal gauge and tidal cycle measurement stations in the lagoons of Xincun and Li-An，Hainan Island

2013年8月19-21日在新村港S1（18°24′35.1″N，109°59′1.5″E） 和S2（18°25′29.2″N，110°0′52.5″E） 站位，黎安港S3（18°24′30.4″N，110°3′20.4″E） 和S4（18°25′44.6″N，110°2′57.8″E） 站位进行全潮水文观测（图1）。每个站位的全潮测量时间为26小时，两个潟湖同步进行测量。在新村港站位S1和S2，使用RDI WH600-1200型ADCP流速剖面仪进行连续观测； 在黎安港站位S3和S4，采用Valeport106型流速仪，每小时进行剖面观测。此外，在2013年11月26-27日，采用测深杆测量双湖口门断面水深。

新村港和黎安港潟湖口门及湾内潮位记录如图2所示。调和分析结果表明，双湖口门及湾内以全日分潮O1和K1占优势，半日分潮M2次之，口门与湾内潮位相位差约10°和17°（表1和2）。同时，以新村港和黎安港口门潮位为例，利用调和常数反演的潮位与实测潮位基本吻合（图3），说明潟湖水位主要受潮汐因素控制。2013年7月30日至8月10日，新村口门实测潮位明显略高于调和反演潮位，这是由于在此期间，海南岛海岸受到3次台风影响（2013年7月31日-8月3日，台风“飞燕”； 2013年8月6-8日，台风“山竹”； 2013年8月10-14日，超强台风:“尤特”），增水显著。在此期间，台风对黎安港水位影响较新村小，潮位变化不大（图3）。

图2(Fig.2)

图2 新村港和黎安港潟湖口门与湾内潮位记录 Fig.2 Time series of water level records in the entrance and inner parts of the Xincun and Li-An lagoons

表1(Table 1)

表1 新村港口门及湾内潮汐水位调和分析所获主要分潮振幅和相位Table 1 Results of harmonic analysis of the water level data（amplitude and phase of main component tides）of the Xincun lagoon 分潮类型 分潮* 口 门 湾 内 振幅/m 相位/° 振幅/m 相位/° 全日分潮 O1 0.2399 280.5 0.2590 289.8 K1 0.2395 325.1 0.2460 335.6 半日分潮 M2 0.1833 306.9 0.1855 323.6 S2 0.0776 355.1 0.0711 10.3 浅水分潮 M4 0.0126 239.1 0.0104 233.1 *O1——太阴主要全日分潮； K1——太阴-太阳赤纬全日分潮； M2——太阴主要半日分潮； S2——太阳主要半日分潮； M4——太阴浅水 1/4 日分潮

表1 新村港口门及湾内潮汐水位调和分析所获主要分潮振幅和相位 Table 1 Results of harmonic analysis of the water level data（amplitude and phase of main component tides）of the Xincun lagoon

表2(Table 2)

表2 黎安港口门及湾内潮汐水位调和分析所获主要分潮振幅和相位Table 2 Results of harmonic analysis of the water level data（amplitude and phase of main component tides）of the Li-An lagoon 分潮类型 分潮 口 门 湾 内 振幅/m 相位/° 振幅/m 相位/° 全日分潮 O1 0.2220 300.0 0.2170 284.2 K1 0.1878 344.8 0.1866 327.2 半日分潮 M2 0.1211 321.3 0.1102 284.8 S2 0.0490 22.4 0.0459 339.3 浅水分潮 M4 0.0068 281.3 0.0094 174.4

表2 黎安港口门及湾内潮汐水位调和分析所获主要分潮振幅和相位 Table 2 Results of harmonic analysis of the water level data（amplitude and phase of main component tides）of the Li-An lagoon

图3(Fig.3)

图3 新村港和黎安港口门实测潮位与调和反演的潮位对比 Fig.3 Comparison of measured and calculated water level in the entrance of the Xincun and Li-An lagoons

对比双湖口门及湾内潮汐水位特征值可知（表3），新村港平均高潮位0.65m，平均低潮位-0.28m； 黎安港平均高潮位0.50m，平均低潮位-0.22m。此外，对比新村和黎安口门及湾内平均高潮位和平均低潮位可知，利用XR620 RBR CTD和OBS-3A浊度计进行验潮，误差较小，精度较高（表3）。

表3(Table 3)

表3 新村港和黎安港潟湖口门及湾内潮汐特征值及其与三亚湾、 洋浦湾、 棋子湾和龙湾[28]对比Table 3 Tidal characteristic quantities in the entrance and inner regions of Xincun and Li-An lagoons，compared to those of Sanya，Yangpu，Qizi and Longwan embayments[28] 区域 潮汐特征值/m 最高潮位 最低潮位 平均高潮位 平均低潮位 平均潮差 最大可能潮差 新村 口门 1.18 -0.94 0.61 -0.26 0.49 湾内 0.84 -1.15 0.69 -0.29 0.50 1.65 黎安 口门 0.71 -0.47 0.52 -0.20 0.37 湾内 0.78 -0.46 0.48 -0.24 0.35 1.20 三亚湾 1.14 -1.06 0.47 -0.38 0.85 1.81 洋浦湾 2.20 -1.58 1.01 -0.80 1.70 3.12 棋子湾 2.00 -1.64 0.84 -0.65 1.49 3.40 龙湾 1.73 -1.00 0.46 -0.38 0.84 2.15

表3 新村港和黎安港潟湖口门及湾内潮汐特征值及其与三亚湾、 洋浦湾、 棋子湾和龙湾[28]对比 Table 3 Tidal characteristic quantities in the entrance and inner regions of Xincun and Li-An lagoons，compared to those of Sanya，Yangpu，Qizi and Longwan embayments[28]

观测期间，新村口门最大潮差1.61m，平均潮差0.87m； 湾内最大潮差1.28m，平均潮差0.98m； 黎安口门最大潮差1.06m，平均潮差0.72m； 湾内最大潮差1.09m，平均潮差0.72m。由于只有短期的水位资料，因此可根据调和常数近似计算平均潮差和最大可能潮差，其计算公式如下^[29]:

根据公式（1）和（2）计算，新村口门平均潮差为0.49m，最大可能潮差为1.61m； 湾内平均潮差为0.50m，最大可能潮差为1.65m； 黎安口门平均潮差为0.37m，最大可能潮差为1.24m； 湾内平均潮差为0.35m，最大可能潮差为1.20m。结果表明新村港平均潮差和最大潮差为0.50m和1.63m，黎安港为0.36m和1.22m； 双湖平均潮差相差0.14m，而最大可能潮差相差较大，约0.41m。此外，黎安港平均潮差由口门向湾内有减小的趋势，而新村港平均潮差却表现出由口门向湾内有增大的趋势（表3）。这种差异可能是由潮汐汊道形态及潟湖地形不同造成的^[3]。

潮汐类型通常以主要分潮振幅的比值F=（H_O1＋H_K1）/H_M2 和G=H_M4/H_M2的大小来判断^[30]。新村港口门及湾内的F值分别为2.62和2.72，G值分别为0.07和0.06； 黎安港口门及湾内的F值分别为3.38和3.66，G值分别为0.06和0.09。这说明双湖所在海区潮汐类型为不规则的全日混合潮，且浅水分潮显著。

潮汐的日不等现象，包括潮高日不等和涨、 落潮历时日不等两个方面。当H_S2/H_M2>0.40时，则视潮高日不等现象显著^[31]。涨、 落潮历时日不等现象是由于浅水分潮显著引起的，可由H_M4/H_M2的值来判断，比值越大，差值就越大。涨、 落潮历时短或长可由分潮相位差（（2×G_M2）-G_M4，其中G_M2和G_M4分别为M2和M4分潮的相位）来判断，当相位差值为90°时，落潮历时长于涨潮历时； 当相位差值为270°时则相反^[3]。新村港和黎安港潟湖均存在潮高日不等及涨落潮历时不等的现象。新村港潟湖口门及湾内的H_S2/H_M2值为0.42和0.38，表明口门的潮高日不等现象显著，而湾内并不显著； 黎安港潟湖口门及湾内的H_S2/H_M2值为0.40和0.42，表明口门及湾内的潮高日不等现象均显著。此外，新村港口门和湾内H_M4/H_M2的值分别为0.07和0.06，分潮相位差的值为15°和 54°； 黎安港口门和湾内H_M4/H_M2的值分别为0.06和0.09，分潮相位差的值为1°和 35°，这表明双湖口门及湾内涨、 落潮历时相差不大。

南海潮汐类型复杂，大部分海域的潮汐为不规则的全日混合潮^[1]。南海北部海区，潮汐类型以不规则半日潮为主； 新村港和黎安港虽属南海北部，但潮汐类型却为不规则的全日混合潮^[32]。即使在海南岛附近海域，潮汐类型也不尽相同。海南岛西部以不规则全日潮为主，南部均为规则全日潮，东北部为不规则半日潮，东南部西侧为规则全日潮，东侧为不规则全日潮^[33]。此外，将新村港和黎安港潮汐特征值与海南岛其他港湾对比，可知海南岛不同地区海域潮高和潮差亦相差较大（表3）^[28]。

潮流特征分析包括流速的整体特征和垂向结构两个方面。首先，利用垂线平均流速来分析双湖潮流的整体特征。新村港和黎安港潟湖4个测站的垂线平均流速和水深如图4所示。新村港S1站平均水深11.0m，垂线平均流速在0.003-0.100m/s之间变化，平均值为0.04m/s。S2站水深较S1浅，平均水深5.2m，垂线平均流速均值为0.05m/s。黎安港S3站平均水深为2.4m，垂线平均流速较大，均值为0.41m/s。S4站平均水深5.8m，垂线平均流速较S3小，均值为0.03m/s。

图4(Fig.4)

图4 新村港和黎安港潟湖S1、 S2、 S3和S4站垂线平均流速 Fig.4 Time series of depth-averaged velocity in the lagoons of Xincun（S1 and S2）and Li-An（S3 and S4）

潮流的垂向分布，我们利用4个测站的东向和北向流速分量的垂向剖面来表征（图5）。观测期间，新村S1站垂向剖面的东向和北向流速在-0.12-0.10m/s和-0.27-0.13m/s之间变化； 垂向分层结构不明显，仅在高平潮时流速具有明显的分层结构。S2站的东向和北向流速在-0.10-0.06m/s和-0.22-0.13m/s之间变化； 高、 低平潮时，流速具有明显的垂向分层结构。黎安S3站因靠近口门，流速较大； 垂直剖面的东向和北向流速在-0.58-0.63m/s和-1.03-0.34m/s之间变化； S4站的东向和北向流速较S3小，在-0.10-0.10m/s和-0.19-0.20m/s之间变化。此外，S3和S4 站的流速垂向分层结构较为明显。由图4和5可以看出，双湖均表现出涨潮历时略大于落潮历时、 落潮流略强于涨潮流的特征。

图5(Fig.5)

图5 新村港和黎安港潟湖S1、 S2、 S3和S4站东向和北向流速分量（m/s）垂向分布 Fig.5 Vertical distribution of east component velocity and north component velocity in the lagoons of Xincun（S1 and S2）and Li-An（S3 and S4）

此外，采用Delft3D数值模型对双湖的流场进行数值模拟。由于潮汐是双湖的主要水动力^[16]，因此，在模型中只考虑潮汐引起的流场变化。模型计算了双湖大潮（2013年8月19-20日）和小潮（2013年8月24-25日）的流速（图6）。结果表明，双湖流速的高值均出现在潟湖口门附近，低值出现在潟湖内部，模拟结果符合全潮水文的观测结果。因此，我们可以看出，新村港和黎安港潟湖潮流整体分布格局类似，都表现出口门流速较大，而潟湖内部大部分区域流速较小（小于0.1m/s）的分布规律。新村港和黎安港潟湖沉积物平均粒径（μm）随水深增加而减小，均表现为湖盆中心以粉砂为主，潟湖口门及潟湖岸边以砂质为主的分布模式^[23]。由于双湖的潮流场和底质粒度的分布特征都较为类似，因此根据杨阳等^[34]的研究可以说明，双湖的潮流流速决定了潟湖底质中极细砂（63-125μm）的含量。

图6(Fig.6)

图6 新村港大潮（a）和小潮（b）、 黎安港大潮（c）和小潮（d）潟湖表层流速（m/s）分布 Fig.6 Distribution of surface current velocity（m/s） of（a）Xincun spring tides，（b）Li-An spring tides，（c）Xincun neap tides，and （d） Li-An neap tides

潮汐汊道是砂质海岸常见的沉积地貌单元，是海岸带与浅海内陆架的重要组成部分，其在港口航运、 水产养殖、 旅游资源开发和生态环境保护等方面的重要性早已被认识。狭义的潮汐汊道是指由潮流作用维持的，连结海湾、 潟湖与外海的短窄水道，或泛指海洋深入内陆相当远距离的一支支汊； 而广义的潮汐汊道系统则有纳潮海湾、 口门段水道和口门外近滨区等在成因上密切相关的三部分组成^[35]。国内外学者对潮汐汊道的研究主要集中在潮汐汊道的分类、 形态动力、 地貌特征和P-A关系等方面^{[36, 37, 38, 39, 40]}，尤其对潮汐汊道口门的P-A关系十分关注。在均衡状态下，潮汐汊道的P与A之间存在着较稳定的关系，通常用幂函数形式来表达。目前常见的P-A关系的经典形式为OBrien^{[41, 42]}所提出的:A=CPn，系数C和指数n的差别表征了不同地区、 不同类型的差异性。从前人的研究来看^{[41, 42]}，n值多数在0.85-1.15之间，但进一步研究^[43]表明，n值应大于1，即纳潮量减少时，汊道以减小口门宽度、 增加潮流流速来维持均衡状态，小于1的n值是由于统计分析中应用了某些未达到均衡态的潮汐汊道数据或对潮汐汊道的纳潮量估计过高所致； 参数C的数量级受到潮流强度和潮汐周期强度的控制，其变幅与沿岸输沙率、 淡水径流量和潮汐类型有关。

P-A关系也是国内学者一直比较关注的问题，华南沿海^[15]、 东海^[44]和黄渤海^[45]沿岸潮汐汊道的P-A关系都有报道。然而，计算P-A关系的传统OBrien方法^{[41, 42]}因其统计性质，无法给出单一潮汐汊道的P-A关系。关于新村和黎安港潮汐汊道的P-A关系，首先，根据口门断面实测水深数据获得新村港和黎安港口门断面形态（图7）； 其次，根据数字化地形图得到大潮高潮位下的双湖纳潮海域面积分别为19.43km²和7.92km²，根据前述的潮位数据计算平均潮差条件下的纳潮量和平均海平面下的口门过水断面面积^[15]，可得新村港P=0.00972km³，A=0.00147km²，黎安港P=0.00285km³，A=0.00020km²； 最后，将双湖P-A数据点与张乔民^[15]拟合的华南海岸潮汐汊道P-A关系（A=0.0982P^0.958）相比，发现双湖的P-A数据点与华南海岸P-A关系回归线吻合较好，其中黎安港P-A值基本在华南海岸P-A关系回归线上，而新村港略微有点偏离（图8）。这说明新村港和黎安港潮汐汊道基本处于均衡态。

图7(Fig.7)

图7 新村港和黎安港潮汐汊道口门的实测断面形态 Fig.7 The cross section of tidal inlets in Xincun and Li-An lagoons

图8(Fig.8)

图8 新村港和黎安港P-A数据点 与华南沿岸潮汐汊道P-A关系[15]的比较 Fig.8 A comparison between the P-A data points of Xincun lagoon/Li-An lagoon and the P-A relationships of tidal inlets on the Southern China coast[15]

对于每个潮汐汊道而言，其P-A关系受到多种因素的控制，如涨落潮历时、 断面平均流速、 口门形态、 纳潮量、 淡水径流量和沉积物粒度等多种因素的控制^[41]。通过全潮水文测量和流场的数值模拟可知，新村港和黎安港潟湖的整体潮流特征（如涨落潮历时，断面平均流速和涨、 落潮流强弱等）类似； 双湖的沉积物粒度分布特征也较为相似，沉积物粒径均表现出由近岸向内逐渐变细的趋势^{[23, 34]}； 此外，双湖的径流输入量均较少^[23]，对P-A关系的影响较小。与张乔民^[15]计算的新村和黎安港的纳潮海域面积（新村港和黎安港分别为22.5km²和9.3km²）和P-A值（新村港P=0.0441km³，A=0.00134km²，黎安港P=0.00336km³，A=0.00024km²）对比发现: 1）由于人工养殖和填海造地等因素，双湖纳潮海域面积近30年来均有一定的减少（新村和黎安减少约13.6％和14.8％）； 2）P的大小还与平均潮差有关，新村港近30年平均潮差逐渐变小，由0.68m（1978）^[28]→0.65m（1987）^[15] →0.50m（本文），而黎安港平均潮差基本未变（0.36m）； 3）新村港汊道口门（A）逐渐变大，而黎安港逐渐变小。综上所述，双湖的P-A关系主要受到汊道口门形态、 潮位变化和人类活动的影响，而口门断面形态则是潮汐，潮流和波浪等长期作用的结果。因此，从长时间尺度来看，潮汐和潮流特征与潮汐汊道的P-A关系密切相关。

（1）从潮汐类型来看，新村港和黎安港潟湖附近海域属于非正规的全日混合潮； 从调和分析结果看，双湖潮汐以全日分潮O1和K1为主，半日分潮M2次之，浅水分潮比较显著； 利用调和常数反演的潮位与实测潮位基本吻合，表明潟湖水位主要受潮汐控制。

（2）新村港平均高潮位0.65m，平均低潮位-0.28m； 黎安港平均高潮位0.50m，平均低潮位-0.22m。新村港平均潮差0.50m，最大可能潮差1.63m； 黎安港平均潮差0.36m，最大可能潮差1.22m； 双湖平均潮差相差0.14m，而最大可能潮差相差较大，约0.41m。新村港平均潮差由口门向湾内有增大的趋势，而黎安港平均潮差却由口门向湾内有减小的趋势。

（3）新村港和黎安港潟湖均存在潮高日不等及涨落潮历时不等的现象。新村港口门的潮高日不等现象显著，而湾内并不显著； 黎安港口门及湾内的潮高日不等现象均显著。此外，双湖的涨落潮历时相差不大，涨潮历时略大于落潮历时。新村港和黎安港潟湖潮流分布格局类似，都呈现出口门处流速较大，潟湖内部区域流速较小（小于0.1m/s）的分布规律，且落潮流略强于涨潮流的特征。

（4）新村港和黎安港的P-A计算结果表明，双湖P-A值与华南海岸潮汐汊道P-A关系回归线吻合较好，其中黎安港P-A值基本在华南海岸P-A关系回归线上，而新村港略微有点偏离，这说明新村港和黎安港潮汐汊道基本处于均衡状态。双湖的P-A关系主要受到汊道口门形态、 潮位变化和人类活动的影响，而口门断面形态则是潮汐，潮流和波浪等长期作用的结果。因此，从长时间尺度来看，潮汐和潮流特征与潮汐汊道的P-A关系密切相关。

致谢 南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室杜永芬、 陈蕴真、 王丹丹、 李润祥、 戴晨、 许振、 徐粲、 柳润启、 陈景东、 朱庆光、 高明哲参加了野外采样； 李高聪在图件绘制上提供了帮助； 审稿专家和编辑部老师对文章修改提出了宝贵的意见。谨致谢忱!