長(zhǎng)江口潮流量影響因子分析及設(shè)計(jì)潮流研究

【摘要】本論文以蘇通大橋橋位為典型，研究長(zhǎng)江口潮流量影響因子及設(shè)計(jì)潮流。論文針對(duì)橋位河段實(shí)測(cè)潮流資料短缺和零碎，潮位系列相對(duì)完整的實(shí)際情況，對(duì)潮流與潮位間的物理關(guān)系加以概化，探索基于潮流～潮位相關(guān)分析的設(shè)計(jì)潮流量推算方法，創(chuàng)造性地解決生產(chǎn)實(shí)際難題。

Abstract：It takes the Suzhou-Nantong ChangJiang highway bridge for example in this paper to research the impact Factor and design tide of the ChangJiang estuary. Because the measured data is shortage and fragmented and the tidal level series is relatively complete of the bridge river， we overview of the physical relations between the tidal flow and tidal level， explorate the projection method of the tidal flow by correlation analysis between tidal flow and tidal level， solute the practical problems creativity

1.設(shè)計(jì)潮流研究現(xiàn)狀

感潮河段的水流隨潮汐而呈來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此其設(shè)計(jì)潮流量或潮流速應(yīng)按漲潮和落潮分別計(jì)算。若研究河段具備長(zhǎng)系列潮流觀測(cè)資料，還是可以采用頻率分析方法計(jì)算其設(shè)計(jì)值。但由于感潮河段水流的復(fù)雜性增加了觀測(cè)的難度，我國(guó)大部分感潮河段的潮流觀測(cè)資料非常少，有的是迫于工程實(shí)踐的需要臨時(shí)組織觀測(cè)，次數(shù)非常有限，有的是近十幾年才開(kāi)始斷斷續(xù)續(xù)的觀測(cè)，而且在風(fēng)大、浪高、流急的風(fēng)暴潮期間，未能進(jìn)行潮流觀測(cè)。

目前，對(duì)于缺乏長(zhǎng)系列流量資料的感潮河段，通常采用設(shè)計(jì)潮型潮流數(shù)學(xué)模型模擬法或設(shè)計(jì)潮型定床河工模型試驗(yàn)法推求設(shè)計(jì)潮流量，即首先確定各種上、下邊界設(shè)計(jì)潮型遭遇組合的概率，然后采用潮流數(shù)模計(jì)算或定床河工模型試驗(yàn)得出不同邊界組合相應(yīng)的最大漲（落）潮流量，認(rèn)為該最大漲（落）潮流量具有與產(chǎn)生它的邊界組合相同的出現(xiàn)概率，因每一種組合均對(duì)應(yīng)一個(gè)最大漲（落）潮流量與一個(gè)概率，從而建立最大漲（落）潮流量的概率分布，推求不同頻率的設(shè)計(jì)潮流量。在確定上、下邊界的組合概率時(shí)，有的按兩者相互獨(dú)立處理，即組合概率等于上、下邊界各自概率的乘積；有的按兩者同頻率處理，即組合概率等于上邊界概率等于下邊界概率；有的建立上、下邊界的聯(lián)合分布模型確定聯(lián)合概率。該類(lèi)方法存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：（a）設(shè)計(jì)潮位過(guò)程的推求目前尚不成熟，真正需要的是指定頻率的設(shè)計(jì)潮位過(guò)程，實(shí)際推求中只能以指定頻率的個(gè)別潮汐特征（如高潮位）為控制進(jìn)行典型潮位過(guò)程的放大，其中存在較大的任意性，致使以設(shè)計(jì)潮位過(guò)程為邊界數(shù)模計(jì)算所得或物模試驗(yàn)所得潮流量及潮流速帶有任意性；（b）上下邊界的設(shè)計(jì)潮位過(guò)程往往既不完全相關(guān)，也不完全獨(dú)立，建立聯(lián)合概率分布分析不同邊界遭遇的概率比較困難；（c）上下邊界遭遇的概率能否等同于該組合下橋軸斷面潮流量數(shù)值的發(fā)生概率還值得商榷。

2.橋位河段河道概況

蘇州至南通長(zhǎng)江公路大橋位于江蘇省東部長(zhǎng)江下游的澄通河段下段——南通河。江南為蘇州，江北為南通市。蘇通長(zhǎng)江公路大橋工程可行性研究階段選定的東線(xiàn)橋址位于南通市下游約38km處徐六涇節(jié)點(diǎn)段。

隨著長(zhǎng)江河口區(qū)向海洋延伸和自然縮窄，及長(zhǎng)期河道整治，近百年來(lái)，橋位河段已從歷史上寬淺、擺動(dòng)較劇烈的大河彎型演變?yōu)槟壳皟蓚€(gè)平順銜接、連續(xù)反向、宏觀河勢(shì)較為穩(wěn)定的“S”型河道。狼山沙東水道河道順直，主深槽緊靠狼山沙東側(cè)，沙頭略有后退。近年來(lái)，狼山沙尾部已逼近徐六涇節(jié)點(diǎn)段深槽，并漸趨勢(shì)定。在狼山沙東側(cè)受沖的同時(shí)，新開(kāi)沙西側(cè)向外擴(kuò)展，并向下延伸。狼山沙東、西水道和通州沙西水道三汊水流匯合后，頂沖徐六涇節(jié)點(diǎn)段后進(jìn)入河口段南、北支。徐六涇以下的崇明島將長(zhǎng)江主流分入南、北兩支。北支分泄長(zhǎng)江徑流不足5%，以漲潮動(dòng)力為主，河床寬淺、沙洲眾多。南支從白茆河口至七丫口為白茆沙水道，并被白茆沙分為南、北水道。

3.設(shè)計(jì)潮流量及潮流速的推求

3.1潮流量與潮位要素的相關(guān)分析

由于感潮河段的水流呈往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，一個(gè)潮流期包括漲潮、落潮兩個(gè)階段，徑流對(duì)漲潮和落潮的作用不同，因此分漲潮、落潮兩個(gè)階段

3.1.1漲潮流量與潮位要素的關(guān)系分析

3.1.2落潮流量與潮位要素的關(guān)系分析

3.2相關(guān)法推求設(shè)計(jì)潮流量

3.2.1設(shè)計(jì)年最大漲潮流量的推求

將逐年徐六涇站的最大漲潮潮差代入式（3-1）得到年最大漲潮流量系列，對(duì)該系列進(jìn)行頻率計(jì)算即可求得不同設(shè)計(jì)頻率相應(yīng)的設(shè)計(jì)年最大漲潮流量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-1，頻率曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

3.2.2設(shè)計(jì)年最大落潮流量的推求

將逐年天生港發(fā)生最高潮位時(shí)徐六涇站的落潮潮差和天生港低潮位代入式（3-2）求得年最大落潮流量。對(duì)該系列進(jìn)行頻率計(jì)算即可求得不同設(shè)計(jì)頻率相應(yīng)的設(shè)計(jì)年最大落潮流量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-2，頻率曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

3.3設(shè)計(jì)年最大潮流速的推求

3.3.1設(shè)計(jì)年最大垂線(xiàn)平均流速的推求

2。設(shè)計(jì)年最大垂線(xiàn)平均落潮流速的推求

由各代表垂線(xiàn)最大點(diǎn)流速與平均流速的換算系數(shù)，可以推求由設(shè)計(jì)垂線(xiàn)平均流速得到相應(yīng)的垂線(xiàn)最大點(diǎn)流速，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-5：

3.3.3設(shè)計(jì)斷面平均流速的推求

根據(jù)資料按漲潮、落潮分別建立最大流量與最大斷面平均流速的相關(guān)關(guān)系。與相應(yīng)樣本值作比較，統(tǒng)計(jì)誤差及保證率，發(fā)現(xiàn)相關(guān)性較高，將各次的自變量（潮流量）代入各自的相關(guān)方程計(jì)算出回歸最大斷面平均潮流速，結(jié)果見(jiàn)表3-6：

4.總結(jié)

感潮河段潮位和潮流量關(guān)系極其復(fù)雜，為尋求潮位要素與潮流量的關(guān)系，本文經(jīng)過(guò)分析研究，通過(guò)98個(gè)實(shí)測(cè)漲、落潮流量資料和97個(gè)實(shí)測(cè)上、下邊界資料經(jīng)模擬計(jì)算得到的潮流量資料。首先分析了高潮位、潮差、上游來(lái)水（以相應(yīng)低潮位表示）與漲、落潮流量的關(guān)系。經(jīng)分析研究表明：漲潮流量?jī)H與漲潮潮差有關(guān)，與相應(yīng)低潮位無(wú)關(guān)；落潮流量與落潮潮差、相應(yīng)低潮位均有關(guān)，建立落潮流量與徐六涇落潮潮差、相應(yīng)天生港低潮位的關(guān)系，具有較好關(guān)系。同時(shí)直接建立落潮流量與徐六涇最高潮位的關(guān)系，同樣獲得了較好的關(guān)系。但精度沒(méi)有前者高。本次計(jì)算采用精度高的落潮流量與徐六涇落潮潮差、相應(yīng)天生港低潮位的關(guān)系，推求歷年最大落潮流量系列。目前，我們采用了1996、1997、1998和1999年實(shí)測(cè)和由非恒定流計(jì)算的漲、落潮資料，分別建立了漲潮潮差與最大漲潮流量的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.93；最高潮位與最大落潮流量的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.94。由實(shí)測(cè)資料分析年最高潮位發(fā)生時(shí)間與年最大落潮流量發(fā)生時(shí)間基本一致。由此關(guān)系用1000多個(gè)潮汐要素推算47年最大漲潮流量序列和年最大落潮流量序列進(jìn)行頻率計(jì)算，求出設(shè)計(jì)年最大漲潮流量和年最大落潮流量，成果可靠。

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