長(zhǎng)江下游潮汐河口段水位流量關(guān)系分析

夏明嫣

（揚(yáng)州大學(xué)水利及能源動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009）

（School of Hydraulic，Energy and Power Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225009，Jiangsu）

0 引言

長(zhǎng)江下游自大通以下受長(zhǎng)江口潮汐影響，每天兩漲兩落，潮位和河道斷面流量隨時(shí)間變化而變化，受上游來(lái)水和長(zhǎng)江口潮汐共同作用，水位流量關(guān)系復(fù)雜。而長(zhǎng)江大通以上寬淺穩(wěn)定的單一優(yōu)良河段水位流量關(guān)系相對(duì)穩(wěn)定，單值性較好，局部河段受洪水漲退過(guò)程、河床沖淤以及回水等因素影響，水位流量關(guān)系呈現(xiàn)繩套曲線，水文分析計(jì)算方法提出了單值化的校正因素法等方法進(jìn)行修正，可獲得良好水位流量關(guān)系。本文針對(duì)長(zhǎng)江潮汐河口段，以徐六徑水文站為例，收集實(shí)測(cè)資料，分析測(cè)量斷面漲落潮期瞬時(shí)水位流量關(guān)系，以及上游徑流大通來(lái)流流量和徐六徑站水位關(guān)系，近似反應(yīng)了徐六徑斷面凈泄流量和潮位的關(guān)系特征。通過(guò)分析可認(rèn)識(shí)潮汐河口段水位流量關(guān)系特性，以及受潮汐影響的單值流量對(duì)應(yīng)水位分布特征。水位流量關(guān)系曲線反應(yīng)河道行洪特性，為河道治理和航道整治中水力計(jì)算和設(shè)計(jì)參數(shù)的確定，提供水位和流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1 徐六徑水文站潮汐特征

徐六徑水文站設(shè)立于1953年12月27日，一等潮位站，1961年3月停測(cè)。1981年9月11日，由長(zhǎng)江委長(zhǎng)江口水文實(shí)驗(yàn)站恢復(fù)為潮位站，1984年1月2日，改為水文站，觀測(cè)迄今。徐六徑站位于長(zhǎng)江河口段單一縮窄段，上接澄通河段的通州沙河道，下連南支河段的白茆沙河道，江面寬約4.5 km，平均水深約15 m。徐六徑站凍結(jié)基面為吳淞基面，與85基面的換算關(guān)系為：吳淞基面－1.938 m=85基面。

徐六徑水文站潮汐特征（國(guó)家85基準(zhǔn)）：最高潮位4.83 m，最低潮位-1.56 m，平均高潮位2.05 m，平均低潮位-0.37 m，平均潮差2.01 m，最大潮差4.01 m。

2 徐六徑斷面潮位流量過(guò)程分析

徐六徑河段位于長(zhǎng)江口的潮流段，水流呈往復(fù)流運(yùn)動(dòng)。根據(jù)徐六徑斷面2011年洪季（8月1日）和枯季（1月1日）實(shí)測(cè)水位和流量過(guò)程線（見(jiàn)圖1）可知，潮位兩漲兩落，落潮歷時(shí)大于漲潮歷時(shí)，落潮流量大于漲潮流量。瞬時(shí)水位流量呈漲落往復(fù)特性，非穩(wěn)定單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，點(diǎn)繪瞬時(shí)水位流量關(guān)系見(jiàn)圖1。反應(yīng)了洪枯季兩個(gè)全潮期水位流量關(guān)系呈明顯的繩套曲線，且同流量對(duì)應(yīng)的水位洪季要高于枯季，高潮位3～4 h后出現(xiàn)落潮穩(wěn)定期，落潮流量變化不大，受落潮影響潮位持續(xù)下降。從校正因素法來(lái)說(shuō)，對(duì)于長(zhǎng)江河口段徐六徑河段為寬淺單一基本穩(wěn)定的河槽，河道流量（m3/s）Q=VA，V為斷面平均流速（m/s），A為斷面面積（m2），A=Bh，h為斷面平均水深（m）。

圖1 徐六涇站洪枯季實(shí)測(cè)全潮水位流量過(guò)程（85基面）及其水位流量繩套曲線圖

根據(jù)謝才公式：

式中：

J—河道比降；

n—曼寧糙率系數(shù)。

考慮漲落潮的影響，當(dāng)實(shí)測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)繩套關(guān)系時(shí)，水位流量關(guān)系受水位漲落的影響，不穩(wěn)定流量：

式中：

Q0—穩(wěn)定流量；

u—水位漲落傳播波速；

J0—穩(wěn)定比降；

ΔJ—附加比降；

Δh/Δt—漲落率。

可知：（1）漲潮時(shí)，ΔJ為正數(shù)，即Q比Q0大；落潮時(shí)，ΔJ為負(fù)數(shù)，即Q比Q0小。因此，對(duì)于一次漲落過(guò)程的水位流量關(guān)系，呈現(xiàn)逆時(shí)針繩套曲線，一個(gè)全潮期兩漲兩落反應(yīng)在水位流量曲線上，呈兩個(gè)循環(huán)的繩套曲線。（2）由于漲落潮的影響，潮差越大，Δh/Δt變化率越大，Q偏離Q0差值越大，圖1反應(yīng)了洪季潮差大，繩套變幅大，枯季潮差小，Δh/Δt越小，Q 和Q0差值越小。

3 水位流量關(guān)系分析

本文通過(guò)收集徐六徑站潮位資料和對(duì)應(yīng)的大通站上游徑流來(lái)流流量資料，進(jìn)行高、低潮位流量相關(guān)性分析，日高潮位和大通流量相關(guān)性較弱，R2=0.37，水位流量點(diǎn)群呈寬帶上升分布，水位方向帶寬可達(dá)2 m；日低潮位和大通流量相關(guān)性較好，R2=0.72，明顯好于高潮位和上游流量相關(guān)性，水位流量點(diǎn)群分布水位方向帶寬不到1 m?？紤]到潮汐周期性變化影響，全潮期水位流量關(guān)系呈明顯的繩套曲線形態(tài)，且ΔJ附加比降洪枯季，大小潮期間變化明顯，難以進(jìn)行單值化，獲得較好的水位流量關(guān)系。通過(guò)對(duì)潮位流量進(jìn)行日、月時(shí)間平均，并構(gòu)建相應(yīng)的水位流量關(guān)系（見(jiàn)圖2），表明日平均水位和上游大通流量相關(guān)性R2=0.67，月平均條件下，月平均潮位和上游來(lái)流流量相關(guān)性最好，R2=0.86，反應(yīng)了時(shí)間平均的平滑作用[1-2]。

圖2 徐六涇站潮位與大通流量相關(guān)關(guān)系（85基面）

4 單值流量潮位頻率分布特征分析

通過(guò)分析2005～2012年徐六徑斷面逐時(shí)潮位流量資料，選擇對(duì)應(yīng)徐六徑測(cè)量斷面漲落潮過(guò)程中每一時(shí)刻流量分別為小流量Q=20000 m3/s和大流量Q=75000 m3/s單值流量，考慮到實(shí)測(cè)潮位流量資料的過(guò)程數(shù)值離散偏離，在進(jìn)行潮位值統(tǒng)計(jì)時(shí)，對(duì)應(yīng)的單值流量允許偏差為2%，統(tǒng)計(jì)單值流量出現(xiàn)時(shí)刻的潮位資料，并對(duì)潮位資料進(jìn)行分級(jí)（每級(jí)0.1 m），對(duì)其潮位值出現(xiàn)次數(shù)的頻率進(jìn)行計(jì)算，分析每級(jí)潮位出現(xiàn)的頻率，這樣就給出了徐六徑斷面對(duì)應(yīng)單值流量出現(xiàn)時(shí)潮位的頻次分布規(guī)律，反映了單值流量對(duì)應(yīng)潮位頻率分布特征，圖3為徐六徑斷面大、小不同單值流量所對(duì)應(yīng)的漲潮期、落潮期以及全潮期潮位值頻率分布?？梢?jiàn)：（1）大流量條件下，相應(yīng)漲、落潮期水位偏移明顯，同一大流量漲潮期水位明顯大于落潮期水位，且全超期統(tǒng)計(jì)的頻率分布傾向于和落潮期一致，說(shuō)明大流量條件下，漲潮時(shí)間短，漲潮期頻次少。單值流量對(duì)應(yīng)的潮位分布呈單窄峰偏態(tài)分布，單值流量對(duì)應(yīng)瞬時(shí)潮位的穩(wěn)定性好于枯季，表明洪季徑流的影響大。（2）小流量條件下，漲、落潮及全潮期潮位分布偏移不明顯，整體頻率分布潮位帶寬大于洪季，且頻率分布出現(xiàn)多峰型態(tài)，水位流量關(guān)系單值穩(wěn)定性更差。（3）從河道治理及工程設(shè)計(jì)的角度，如果需要選取單值流量對(duì)應(yīng)的潮位，大流量條件下，取用單值流量對(duì)應(yīng)的最大頻率的水位值為宜[3-4]。

圖3 徐六涇斷面流量對(duì)應(yīng)漲、落潮期和全潮過(guò)程水位頻率分布圖（85基面）

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)長(zhǎng)江潮汐河段水文站徐六徑站潮位和大通流量，以及徐六徑斷面流量過(guò)程資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析水位流量關(guān)系，結(jié)論如下：

（1）長(zhǎng)江潮汐河段受上游徑流和下游潮汐共同影響，全潮期潮位流量關(guān)系呈復(fù)雜雙循環(huán)周期往復(fù)的繩套曲線，受徑流影響洪枯季相同流量對(duì)應(yīng)潮位偏離明顯，洪季大于枯季。

（2）高、低潮位及日、月平均潮位和上游大通站來(lái)流量相關(guān)性分析表明，低潮位與大通流量相關(guān)性好于高潮位，月平均潮位與大通站月平均流量相關(guān)性最好。

（3）通過(guò)對(duì)單值流量對(duì)應(yīng)瞬時(shí)潮位頻率分布表明，洪季漲潮潮位大于落潮潮位，頻率分布呈偏態(tài)單峰型；枯季漲落潮潮位分布一致，帶寬大，出現(xiàn)多峰型態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

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