潮汐觀測歷史
潮汐觀測是了解海潮現象,掌握海潮變化規律的一項最基本的工作。我國沿海勞動人民很早就利用海中自然的標誌作過觀測。
唐代竇叔蒙、封演,北宋的燕肅、余靖等人都對潮汐現象作過認真的觀測。北宋(1075年)建成的福建木蘭陂,設有許多“水則”,以便觀察水位的高低;而《鄞縣誌》也記載說,在公元1253-1258年間,在縣西南平橋下,設立“水則”,並指定專人看管,按觀測潮水的高低,定時開閉閘門。這是當時由於農田水利的需要而設定的。
在明朝《吳江考》中,刻有水則碑的圖案。它分左右二碑,其中左碑碑面橫七道,每道一則。“水在一則,則高低田俱無恙。過二則,則極低地渰過。三則稍低田渰過。四則下中田渰過。五則上中田渰過。六則稍高田渰過。七則極高田俱渰。如某年水至某則為災,即於本則刻曰:‘某年水至此。”’
隨著生產的不斷發展,海洋潮汐的觀測方法也得到不斷發展,海洋潮汐觀測精度日益提高,自記儀器代替了人工的目測方法。但是由於需要不同,大體上可以套用下述方法進行海洋潮位和潮流的觀測工作。
潮汐觀測方法
為了了解我國沿海的潮位變化,各地一般設有驗潮站,進行長期的潮位觀測。如果工程地點沒有這些資料可以利用,則必須進行短期的潮位觀測,將其與鄰近觀測站的長期資料進行對比分析,找出相關關係,進而推斷出工程地點的潮位變化。
潮位的觀測主要利用自記驗潮儀和水尺進行。為了便於校測潮高以及檢查井內、外潮位是否一致。必須設立井內、外水尺。
自記驗潮儀
在進行長期觀測的驗潮站,一般採用自記驗潮儀。在與外海通暢、風浪不直接衝擊、最低低潮時有1m以上水深和底質堅實平坦的地方設定驗潮井。驗潮井常選在碼頭、防波堤和棧橋等隱蔽處,自記驗潮儀設於其中,以避免風浪對潮位觀測值的影響。驗潮儀由浮子、平衡錘、懸索、傳動輪組成的浮子系統和記錄裝置兩個基本部分組成。利用放在驗潮井內的浮子隨水位的升降,通過懸索帶動傳動輪和記錄筒轉動,實現潮高的記錄;同時,由時鐘控制記錄筆尖做水平勻速移動,實現潮時記錄。
井內水尺
井內水尺通常採用帶形玻璃纖維軟尺。潮高H1由井內水尺讀取,讀數指針到潮高基準面的距離為H,讀數指針到水面的距離為H2,則有
井內水尺的浮子系統要避免與驗潮儀的浮子系統相碰撞。安裝完畢後,按照國家4等水準測量要求與校核水準點聯測,確定指針的高程,以後每隔半年複測一次。
井外水尺
井外水尺通常分為木質水尺和搪瓷水尺兩種。木質水尺一般採用形變小、不易伸縮的杉木或其他堅硬木材製成,厚為5~10cm,寬為10~15cm,尺面塗有白色油漆,其上用紅、藍油漆標有刻度和數值。搪瓷水尺具有刻度清晰、不易附著海洋生物及便於清洗、維護、更換的優點,一般採用木螺絲固定於木質尺樁上。
安裝水尺要求垂直、牢固、安全和觀測方便。尺頂要高出可能最高潮位1m,尺底低於可能最低潮位0.5~1.0m。測點若設在有護木的碼頭上,可將水尺直接固定在護木上,也可在建築物或岩壁上打眼,再用混凝土將金屬構件進行固定,最後用螺絲將水尺裝在金屬構件上。測點底質鬆軟時,可將尺樁打人海底。若底質堅硬,可打洞固定尺樁或在預製的}昆凝土墩上留孔將尺樁插入孔內,用鉛絲固定,最後將水尺固定在尺樁上。
若潮間帶坡度小、寬度大,一根水尺難以觀測,應設立水尺組。水尺組相鄰的兩根水尺刻度交叉重複部分不得小於0.2m,並對水尺組中的各水尺統一編號。
水尺安裝完畢,套用水準儀根據岸上的水準點測出水尺零點的高程。觀測海水面與水尺相交的刻度值-水尺讀數,採用下式計算當時的水位。
潮位=水尺讀數+水尺零點高程
觀測時,水尺讀數應精確到1cm,潮時要精確到1min。海面有波動,要連續3次讀取水尺讀數(每次讀取海浪經過水尺的最高點和最低點的中間值),取其平均作為觀測值。
一般潮位觀測應晝夜24h連續進行,每小時觀測一次,在接近滿潮和枯潮時,觀測的時間間隔應縮短,每10 min測讀一次,以免漏測高、低潮位及其相應的出現時間。
還有其他方法不予以一一介紹。
驗潮站站址的選擇
潮汐的變化規律與地球、月球的視運動有著密切的關係。然而,地—月的視運動所引起的潮汐的變化又因地而異(即不同的地點因地形、地貌等因素的影響其潮汐的變化是不同的)。所以在進行潮位測量以前,首先要對驗潮站的站址進行選擇。驗潮站站址選擇的條件如下。
1.驗潮站的潮汐情況在本海區必須具有代表性,這是選擇驗潮站的主要條件。例如,有的港灣,灣內面積比較大,但與灣外連通的口子很小,海水不能自由通流,因此灣內外的潮汐特性相差很大:灣內的潮差小,而灣外的潮差大。如海南島的一些瀉湖海灣,曾出現灣外潮差3m多、灣內潮差卻只有0.3m左右的情況。在這種情況下,為了掌握灣外的潮汐規律,就不能在灣內設站;反之,為了掌握灣內的潮汐漲落,也不能在灣外設站。此外,灣內、灣外漲落潮時也有很大差別。
又如,在河口地區,通常有攔門沙,甚至低潮時能冒出水面。如果在設站時不很好地了解當地的潮汐情況。圖方便將驗潮站選在河口裡面,結果低潮時沒有水;實際海面在一個位置上停止很長一段時間,看起來好像已經發生了低潮,而此時外海海面卻繼續下降,經過一段時間後才真正發生低潮。這樣,把驗潮站選在河口裡面就不具有代表性。有的海區,雖然不是河口,但由於海底地形的影響也會發生類似的情況。總之,在設站時,必須到實地進行調查,虛心地向當地的漁民了解設站地點的潮汐及海區水深情況,從而達到合理地選擇站址的目的。
2.選擇風浪較小、來往船隻較少的地方,這樣有利於提高觀測的準確度,也能避免水尺被風浪颳倒,被船隻撞倒,給工作帶來不便。若海區內有島嶼,一般選在島嶼的背面避風處。
3.選擇在海灘坡度大的地方,使水尺位置便於由岸上進行觀測。如果海灘坡度很小,海水在灘涂漲落距離很遠。為了觀測潮位之升降,就需要設立十幾根水尺,甚至數十根水尺才能進行潮汐觀測,這樣很不方便。若必須在這樣的地點設站時,可以另想辦法。
4.應儘量利用現有碼頭、防波堤、棧橋等海上建築物作為觀測點,而且應避開沖刷、淤積、崩坍等使海岸變形迅速的地方。