第四章 水 文 |
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青岛市属于山东半岛流域,河流长度较短。大沽河、胶莱河等少数河流属平原型河道。其余大多位于山丘区,属季节性河流。境内的河流分为大沽河水系、胶莱河水系和沿海短小河流水系。1958~1987年间,青岛市建造了大、中、小型水库计520余座,总兴利库容达8×108立方米以上,设计灌溉面积176万亩。青岛市河川径流主要是靠降水形成,最大与最小年径流量的极值比可达数十倍至数千倍。青岛市地下水按其储存条件分第四系孔隙水和基岩裂隙水两类,但其资源分布特征则因地形、地貌、水文、气象、水文地质及人类活动影响,导致各区域差别较大。 第一节 陆地水文 青岛地区地表水完全受大气降水控制,除小部分渗入地下,大部分以河流汇集出现在地面。河流受地形制约,长度较短,多是独流入海。根据水系特点,可划分为大沽河水系、胶莱河水系和东南沿海诸河流水系。 流域 青岛市属于山东半岛流域,河流长度较短,流域面积较大。流域面积大于10平方千米的河流有272条,均属季风雨源型河流,其发育和分布大都受地形、地貌制约。绝大多数河流向南汇流注入胶州湾或直接流入市辖区域所邻接的黄海,只有北胶莱河向北注入渤海的莱州湾。流域面积大于100平方千米的河流有33条,其中的大沽河(青岛市境内段)、胶莱河、桃源河、流浩河、现河等少数河流属平原型河道。其余大多位于山丘区,属季节性河流;特别是一些沿海小河源近流短,自成体系单独入海,汛期河水暴涨,汛后基本断流。市境内的河流可分为3个水系:大沽河水系,胶莱河水系和沿海短小河流水系。另有引黄济青干渠,是跨大流域的人工水道。 水系 大沽河水系 由大沽河干流及其支流洙河、小沽河、五沽河、落药河、流浩河、南胶莱河、桃源河等组成。流域位于山东半岛西部,是胶东半岛最大水系,涉及青岛市所辖的城阳区、胶州市、即墨市、平度市、莱西市和烟台市所辖的莱阳市、栖霞市、招远市与莱州市。流域面积达6131.3平方千米(含南胶莱河流域1500平方千米),其中山区占11.4%,丘陵区占34.5%,其余为平原区。大沽河干流全长179.9千米,古称沽水。多年平均径流量为87970×104立方米。发源于招远市阜山镇会仙山,曲折南流,于马连庄镇北埠后入莱西市境。中经产芝水库,出水库后向南转西南至店埠镇前由格庄西南,成为莱西与平度两市的界河,再向南在韩家汇西纳五沽河,又为即墨、平度两市的界河。在南村镇的庄干村西进入胶州市境,于营海镇码头村南注入胶州湾。大沽河的支流很多,流域面积大于100平方千米的主要有洙河、小沽河、五沽河、落药河、南胶莱河、桃源河、胶河、墨水河和云溪河等。 胶莱河水系 胶莱河是元世祖至元年间(公元1280~1282年)开凿的地峡运河,史称胶莱运河,位于胶东半岛沂山山脉与昆嵛山山脉之间。它贯通山东半岛南北,沟通胶州湾和莱州湾,全长1300多千米。干流的北端注入渤海莱州湾称北胶莱河,南端流入黄海胶州湾称南胶莱河。 北胶莱河,古称胶水、胶河。在青岛境内的主要支流有泽河、龙王河、现河。北胶莱河发源于平度市万家镇姚家村分水岭北麓,沿平度市与昌邑市边界北去,于平度市新河镇大苗家村出境流入莱州湾。干流全长100千米,流域面积3978.6平方千米,多年平均径流量为2.53×108立方米。在平度市境内河长77千米,流域面积1914平方千米,因流经一片冲积平原,汛期会造成涝灾。 南胶莱河,起于平度市姚家村分水岭,向东南流经高密、胶州,在前店口东南与大沽河汇流后流入胶州湾。全长30千米,流域面积1500平方千米。 濒海直接入海的河流 青岛市沿海有许多河流,源头近,流域小,单独入海,季节性强,夏秋水量多,冬春基本断流。流域面积大于100平方千米者有10余条,注入的海湾有胶州湾、灵山湾、丁家湾和黄家塘湾等。 引黄济青干渠 为了解决青岛市水源紧张的困难,于1987年4月开工,1989年11月建成了引黄济青干渠和棘洪滩水库。自此,跨大流域的黄河成了青岛市唯一的市境外水源地,棘洪滩水库成为当时全国最大的平原水库。引黄济青干渠起自滨州市博兴县乔庄镇东冯村东北,经东营市的广饶县、潍坊市的寿光市、寒亭区、昌邑市,在昌邑市石埠镇的曹家村东进入青岛市的平度市,再东南行经胶州市,于即墨市蓝村镇稻香村东南入棘洪滩水库。引黄济青干渠每年向沿线供水64×106立方米,向高氟区供水11×106立方米,向青岛市供水59.2×106立方米。 水文特征及其分布 径流量 青岛市河川径流主要是靠降水形成,显然要受降水所制约。虽然径流量的年际变化与降水量年际度变化的特点相似,但比年降水量变化更为剧烈,最大与最小年径流量的极值比可达数十倍至数千倍。例如:全市最大年径流量为1964年的75.6433×108 立方米,是1956~2000年平均值的4.73倍;大沽河南村站1964年最大径流量为30.0601×108 立方米,1968年最小年径流量仅0.1229×108立方米,极差达29.9372×108立方米,极值比为244.6;五沽河岚西头站的极值比更高,达7134。 径流量的年内变化也相当剧烈,汛期洪水暴涨,枯水期则径流量很小,甚至断流。青岛市多年平均汛期为6~9月,其径流量占多年平均年径流量的81%~87%,最大径流一般出现在7、8月份,多年平均7~8月径流量占平均年径流量的60%~78%,枯水期(10月至次年5月)的径流量仅占多年平均径流量的13%~19%。 青岛市1956~2000年平均年径流量为15.9994×108立方米,最大值出现在1964年,达75.6433×108立方米,最小径流量在1968年,仅为1.5264×108立方米,极值比接近于5。按水资源分区计,以大沽河区多年平均径流量最大,可达5.001×108立方米,而墨水河区最小,仅0.7360×108立方米。 河流泥沙 青岛市河流多年平均含沙量约0.1千克~4.5千克/立方米,属中沙河道。全市河道径流含沙量和输沙模数的分布规律是上游大于中下游。原因是汛期河流涨落急剧,致使泥沙含量大,尤其是全年第一次较大洪水更甚。普查表明,水土流失较严重的地区分别是胶南市西北部、胶州市西南部、即墨市东部、平度市和莱西市北部山区等低山丘陵区,年侵蚀模数在2×103吨/平方千米。 地下水 青岛市地下水按其储存条件分第四系孔隙水和基岩裂隙水两类,但其资源分布特征则因地形、地貌、水文、气象、水文地质及人类活动影响,导致各区域差别较大。白沙河区(包括市南、市北、四方、李沧、崂山和部分城阳区)既有基岩裂隙水靠大气降水垂向补给,山间平原的补给条件好,还在于有来自山丘的侧向径流补给、河道渗漏补给以及灌溉入渗补给等,因此其地下水资源模数可高达15.7×104立方米/平方千米。墨水河区其次,为9.7×104立方米/平方千米。周疃河区最小仅6.9×104立方米/平方千米,低于全市平均值9.0×104立方米/平方千米。北胶莱河山前平原虽然砂砾层发育比较宽厚,但因年降水量少且分布不均,故地下水资源也不大,为8.3×104立方米/平方千米,也低于全市平均值。 青岛市1980~2000年平均地下水资源量为9.29296×108立方米,其中山丘区每年平均为3.95845×108立方米,平原区平均5.88022×108立方米,其中有重复计算量3.84771×108立方米。全市多年的地下水位平均埋深一般在3米~4米,但自1980年以后,由于连续干旱少雨,水资源缺乏,超采地下水的现象比较严重,已造成地下水位大幅度下降,个别地区出现了漏斗区。最大埋深发生于1988年,在平度市蓼兰镇,中心埋深达21.07米,蓼兰漏斗区的面积扩大为1550平方千米。 入海水量 青岛市东南临海,除北胶莱河水系流入渤海外,其他水系均流入黄海。2005年,全市实际入海水量11.38亿立方米,占天然径流量的67.7%。各流域区入海水量分别为:白沙河区1.70亿立方米,墨水河区0.99亿立方米,周疃河区0.88亿立方米,北胶莱河区0.24亿立方米,大沽河区3.27亿立方米,洋河区1.15亿立方米,风河区2.18亿立方米,白马河区0.96亿立方米。 第二节 海洋水文 青岛市濒临南黄海西部,明显受南黄海的影响。伸入陆地的许多海湾、港湾,受到陆地较大影响,形成了局地性的海洋水文特征。海水温度的空间分布和时间变化都具有明显的季节性特征。近海海域及胶州湾海水的盐度、空间分布和时间变化,潮汐、潮流、余流、海浪等有其独特特征。 海水温度 青岛市附近海域及胶州湾,海水温度的空间分布和时间变化都具有明显的季节性特征。各海域的水温以2月份最低、夏末最高,春、秋两季为其过渡季节。全年平均表层水温为13℃左右。 冬季由于太阳辐射量减少以及冷空气和寒潮大风的频袭,导致海表层水温递次下降。当2月份达最低之时,青岛北部近海表层水温可低至2.2℃,竹岔岛附近和胶州湾口稍高,为3℃~3.3℃,南部海域最高,可达6.6℃。每年冬季,胶州湾湾顶河口滩涂处有结冰现象。 春季来临之后水温很快上升。到5月份时,胶州湾内近岸海域表层水温可升至14℃以上;湾中央水深较大处在13.5℃以下。湾外黄海近岸海域水温有较大差别:北部田横岛以北水浅处可高达16.4℃,而大管岛至长门岩海域只在11℃上下,南部在沐官岛附近海域则可高达18℃。6月份胶州湾的表层继续快速升温,下层升温则较慢,可出现水温跃层,其强度可达0.96℃/米。 夏季水温更高,胶州湾外大部分海域表层水温可升至26℃~28℃,但沐官岛附近不到26℃,竹岔岛附近最低,为22℃~23℃。胶州湾的表层水温一般为25℃~27.3℃,湾口和湾中央的深水区则在25℃以下;表层水温差达2℃左右,温跃层强度达全年之最大值。黄海近海海域垂直方向水温也有差异,亦可形成水温跃层。 秋季到来之后水温迅速降低,到11月份时,表、底层水温已降到9.6℃~14.1℃。胶州湾内水温有区域差异,如北部湾顶区水温降到10℃~11℃,而湾中央和南部湾口区仍在13℃左右。黄海近岸南北水温也有差异,可从12℃到18.8℃。由于上层海水降温密度增大产生上下对流,再加风力增强更促进了海水上下层的混合,从而导致表、底层水温差越来越小,一般不到0.5℃。待深秋之时,整个胶州湾及黄海近海,水温在垂直方向即趋于均匀。 海水盐度 青岛近海海域及胶州湾海水盐度,其空间分布和时间变化都比水温分布变化小得多。虽然盐度在一年之内有季节变化,但变化幅度远远小于水温。例如,胶州湾海水平均盐度的季节变化幅度,最小仅为0.47,最大也不过5.06。特别是盐度在垂直方向上的分布,几乎全年都处于上下均匀的状态。 在冬季,胶州湾内沧口水道盐度低于31.8,其他区域高于31.8。胶州湾口外团岛至麦岛一带的盐度也低于31.8;北部田横岛在31上下,南部沐官岛附近可达31.5~31.9。到春季由于蒸发强盛,各海域盐度普遍升高。5月份胶州湾的盐度有些地方升至32上下;胶州湾外灵山岛以东表层盐度可升至31.84,大管岛至小管岛海域也大于31.8。胶州湾5~6月份的盐度月平均值可达32.44,属全年各月平均盐度的最高值。夏季因降水增多,海表层盐度有所下降。胶州湾内大致为31.8上下;胶州湾外黄海近岸海域大都降至31以下,而北部田横岛和南部琅琊湾都在29以下。秋季风力增大,蒸发增强,各海域盐度开始回升。胶州湾中央水域盐度升至32.1上下,沧口水道盐度可高达32.3,胶州湾外北部的田横岛海域可增至30.5上下,南部的斋堂岛外海也可达30.4左右。 潮汐 潮汐类型和潮汐特征值 青岛近海的潮汐类型系数(又称为潮型系数或型态比,系指全日分潮平均振幅与半日分潮平均振幅之比)为0.39~0.43(见表2—2),属于正规半日潮,即在每个太阴日(24小时48分)内有两次高潮和两次低潮。高潮出现在月亮中天(即月亮位于正南方天空)时刻之后(该时段称为“高潮间隙”)4小时50分钟;再经过6小时12分(即在月亮中天时刻之后11小时零2分)时则出现低潮。由于正规半日潮有如上的规律性,所以可用近似的算式粗略估算高潮和低潮出现的时间(分别称为“高潮时”和“低潮时”)。例如高潮时的计算式可写为: 高潮时=[当日农历日期数-1(若时值下半月则减16)]×0.8+5,在此之后12小时24分则出现下一个高潮。两次低潮出现的时间(即低潮时),分别在第2次高潮时之前和其后6小时12分。由于太阳、地球和月亮相对运动位置的变化,致使1个月内各日的高(低)潮的潮位也不尽相同,一般规律是农历初三和十八日为大潮,初七和二十三日为小潮。沿海居民积多年经验,总结出谚语如“初三潮、十八水”,有一定参考价值。当然,因为影响潮汐的条件是多种多样的,故上述经验之谈并不准确可靠,特别是遇有台风、海啸或风暴潮袭来之时,情况将更为复杂。 青岛近海潮汐属正规半日潮,潮汐类型系数为0.39~0.43。图为胶南琅琊台近海潮汐。 在青岛近海,潮波自东向西传播运动,因而高(低)潮出现时刻是由东向西渐次推迟。例如灵山岛就比东部海区的崂山头平均推迟48分钟。平均潮差从东向西不断增大,比如崂山头平均潮差为238厘米,到灵山岛可增至247厘米。在胶州湾内,因受岸线制约及水深变化影响,自湾口向湾顶有潮差逐渐增大而潮时相继落后的规律。资料表明:红岛比团岛平均潮差增加28厘米,最大潮差增加47厘米,潮时则推迟26分钟。 潮汐有日不等、月不等和年不等现象。其表现之一是,在一天之内,一个月之内和一年之内潮差都有变化。青岛海域月平均潮差具有半年周期的变化,以3月和9月为最大,而6月和12月为最小。青岛大港月平均潮差的最大值即在9月份,比最小值可高出13厘米。青岛大港历年最大潮差为489厘米。
青岛近海几个地点的潮汐特征值 表2-2 地 点 潮型系数 平均潮差 (厘米) 最大潮差 (厘米) 平均高潮间隙 (小时) 涨潮历时 (小时) 落潮历时 (小时) 潮连岛 0.43 202 — 4.07 — — 崂山头 0.41 238 — 3.39 — — 灵山头 0.39 247 385 5.11 5.8 6.65 团岛 0.4 272 461 4.19 — — 黄岛 0.4 277 470 4.53 5.61 6.08 大港 0.39 280 489 4.83 5.65 6.77 红岛 0.39 300 508 4.63 — — 大管岛 0.4 244 440 4 5.43 6.97 竹岔岛 0.39 278 527 4.67 5.65 6.77
潮流类型和余流特征值 青岛近海潮流的型态比(全日分潮流的最大流速与半日分潮流最大流速之比)大多在0.5以下,属于正规半日潮流。但在灵山岛周围海域,有些测站的型态比在0.5到1.22之间,属于不正规半日潮流。调查资料统计表明,胶州湾内涨潮流流速一般大于落潮流流速,平均大于11厘米/秒。但在胶州湾外情况复杂得多:田横岛以及斋堂岛海域大潮最大落潮流流速大于涨潮流速,表层流速大于底层流速;在田横岛与驴岛之间测得,表层落潮流速比涨潮流速大43厘米/秒,底层落潮流速比涨潮流速大36厘米/秒;灵山岛海域北部各测站是落潮流速大于涨潮流速(可达14厘米/秒),南部各测站则反之,在北纬35°45′、东经120°9′测得涨潮流速比落潮流速大38厘米/秒;灵山岛的东西两侧相比,可见明显的西强东弱,原因是东侧海域广阔,而西侧则是受岛、陆相夹的水道。 青岛近海的最大潮流出现在胶州湾内,强流区有2个。一是胶州湾口团岛至薛家岛之间海域,实测最大涨潮流流速达276厘米/秒。二是黄岛东北海域,中心位置为北纬36°3.61′、东经120°14.7′,海底有隆起之处,实测流速更大,可达300厘米/秒以上。青岛近海海域,涨潮流历时比落潮流历时短,二者相差近1小时。在胶州湾内,最大涨(落)潮流出现在涨(落)潮中间时刻,亦即高(低)潮前3小时。在高潮时刻与低潮时刻流速达最小。在胶州湾外,涨潮流的流向偏西,而落潮流相反是向东,其最大涨潮流及落潮流出现的时刻,与胶州湾之内明显不同。即:最大涨潮流一般出现在高潮前1小时,最大落潮流发生在低潮前1小时,而旋转流出现于高、低潮后2小时。由于胶州湾面积不断减少,纳潮量随之减少,湾口的平均流速也随之变小。 青岛近海海域的潮流基本上是往复流,但因受岸形及水深的影响,各海域,甚至同一海域的上、下层也存在较大差异。田横岛海域往复流与旋转流兼而有之,以往复流为主。大管岛东侧往复流较明显,而其他各站以旋转流为主,且旋转方向有异,甚至同一测站表、底层的旋转方向不一致。灵山岛西侧为往复流,东侧则为旋转流,但东北部海域表层为逆钟向旋转,东南部位则为顺钟向旋转;灵山岛南侧表层为逆钟向旋转,而中、下层却为往复流。 纳潮量 一个海湾可以接纳的潮水的体积就是该海湾的纳潮量。纳潮量是海湾环境评价的重要指标,纳潮量的大小反映海湾的自净能力,决定海湾与外海的交换强度,对海湾环境、生态及冲淤等方面意义重大。胶州湾纳潮量是比较大的,但是随着潮间带不断围填造陆,深水码头逐年增加,胶州湾纳潮量不断减少。 余流 余流是指从实测海流速度中,滤去潮流及其他周期性流动成分之后的剩余部分。青岛近海的余流一般不大于20厘米/秒。多随风和地形而变。胶州湾内存在多个余环流系统:团岛至黄岛之间有顺钟向余环流,黄岛沿岸为北向流,团岛一侧为南向流,与潮余环流相一致;在该余环流之北还有一个余环流,流势虽然较弱,但范围相当大,方向亦为顺钟向;在黄岛以北存在一个反钟向的余环流;在团岛至薛家岛之间的胶州湾湾口部,存在另一个反钟向的余环流。 海浪 青岛近海海浪,以小麦岛长期海浪观测作为代表。本海区常浪向南东,频率23.11%,次常浪向东南东向,频率12.58%。夏季气旋的影响,多为东南东~南南东向的波浪;冬季以南南西,北西向的风浪为主。强浪向南东,实测最大波高9.5米。就各月海浪的平均周期和最大周期而言,小麦岛海域也远远大于其他海域,仅在2月和12月小于9秒,6月至11月都超过11秒,尤其7月和10月分别达14.4秒和14.7秒。 胶州湾内海浪比湾外小得多。常见的波浪,波高不到0.5米。全年出现的天数以显浪嘴海区为最多,达305天,频率为84%;团岛海域次之为300天,频率为82%;黄岛海区最少,为264天,频率为72%。波高大于0.5米,小于或等于1.5米的波浪出现的天数和频率都大为减少:黄岛海域属于出现该波高最多者,也只有70天,频率19%;团岛海域53天,频率15%;显浪嘴仅50天,频率14%。波高大于1.5米的海浪,在上述三个海区出现的天数都仅仅有1天,频率降至0.3%。 青岛近海海浪实测最大波高9.5米,胶州湾内常见海域波高0.5米。图为浮山湾海浪。 风暴潮 是指由强烈大气扰动,如热带气旋(台风、飓风)、温带气旋等风暴过境所伴随的强风和气压骤变引起的局部海面振荡或非周期性异常升高(降低)现象。北上台风影响青岛沿海时,若正逢天文大潮,最大增水叠加在当日的天文高潮上,则会造成激烈增水,超过当地警戒水位,近百年来,青岛的台风共有130次,平均每年1.3次,其中7~9月占总个数的80%左右,又以8月最集中。但在山东登陆的台风很少,大约每5年有一次。极少数台风在山东半岛登陆,一般是台风外围或近中心影响半岛。自1949年以来,青岛港超过警戒水位(525厘米)的台风共有6次。在130余次台风中造成风暴潮灾害的有7次,根据灾情调查和青岛港出现的最高潮位资料,确定其中4次为特大风暴潮灾害。
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