長江南京以下12.5m深水航道二期工程水文測驗(yàn)分析

方華山+胡小雷

摘 要：本文以長江南京以下12.5m深水航道工程為例，對二期工程全河段枯水季節(jié)和洪水季節(jié)的水文情況進(jìn)行了測驗(yàn)，掌握工程區(qū)河段的流場情況、水位情況、河床質(zhì)分布特性、泥沙特性，并對測驗(yàn)成果進(jìn)行了分析，為工程施工提供數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：深水航道 二期工程 水文測驗(yàn)

1.工程概況

長江南京以下12.5m深水航道工程是“十二五”期全國內(nèi)河水運(yùn)投資規(guī)模最大、技術(shù)最復(fù)雜的重大工程。二期工程主要對長江南通至南京礙航河段實(shí)施關(guān)鍵控制工程和航道治理工程，結(jié)合疏浚維護(hù)措施，初步實(shí)現(xiàn)南京以下12.5m深水航道的建設(shè)目標(biāo)。通過在工程區(qū)開展水文測驗(yàn)工作，充分了解和掌握全河段及錨地、護(hù)岸等重點(diǎn)工程區(qū)的水位、流場、泥沙特征及河床質(zhì)分布特性等，以滿足施工圖階段的研究要求。

2.測驗(yàn)工作的實(shí)施

2.1測驗(yàn)布置

為了了解工程區(qū)河段的河勢情況和水文特性，本次測驗(yàn)根據(jù)技術(shù)要求，在測驗(yàn)河段內(nèi)布置典型潮位站，運(yùn)用固定垂線、ADCP斷面測流、動船取沙和底質(zhì)取樣等多種測驗(yàn)手段，在新生圩～五峰山河段進(jìn)行穩(wěn)定期水文測驗(yàn)，在五峰山～天生港河段施測大中小潮三個代表潮，收集區(qū)域水文要素資料。

2.2測驗(yàn)時間

全潮測驗(yàn)分區(qū)段同步進(jìn)行，上段為五峰山～江陰段，下段為江陰～天生港段。區(qū)段內(nèi)斷面測流、動船取沙與固定垂線同步觀測，保證兩漲兩落，滿足潮流閉合要求。全潮測驗(yàn)從代表潮低潮位開始，以最上游斷面潮流封閉結(jié)束為準(zhǔn)，施測時間28h左右。

全潮測驗(yàn)時間以上下游潮位站確定，以洪季測驗(yàn)為例，從區(qū)域水情判斷，測驗(yàn)時間內(nèi)大通站報汛流量為28100～37400m3/s。從測驗(yàn)期間測驗(yàn)區(qū)域上下游江陰站及徐六涇站的實(shí)測潮位過程線（圖1）可以看出，本次測驗(yàn)大潮、中潮期間平均潮位較高、潮差較大，同時小潮期間潮差相對較小，故潮型的代表性較好，測驗(yàn)時間選取合理。

2.3測驗(yàn)方法

2.3.1潮位觀測

水尺零點(diǎn)高程測量。臨時潮位站水尺零點(diǎn)高程用四等幾何水準(zhǔn)接測，采用的起算點(diǎn)均為三等或三等以上高程校核點(diǎn)。

潮位觀測。臨時潮位站采用遠(yuǎn)傳式水文自記儀及自容式驗(yàn)潮儀觀測，記錄間隔5min。穩(wěn)定時段測驗(yàn)各臨時水位站連續(xù)觀測5d，全潮測驗(yàn)各臨時水位站連續(xù)觀測15d，抄錄一個月長期潮位站數(shù)據(jù)。

2.3.2固定垂線流速流向觀測

測船使用信標(biāo)GPS定位。測船在開始測驗(yàn)前1h定位拋錨，誤差控制在一個船長以內(nèi)。在測驗(yàn)過程中隨時檢查測船位置，如發(fā)生移位等情況及時重新定位拋錨。

流速流向測驗(yàn)采用ZSX-3型流速流向儀，每小時整點(diǎn)施測流速、流向。水深>5.0m時用六點(diǎn)法往返施測，測驗(yàn)時使測至水底時間為整點(diǎn)，水深≤5.0m時采用三點(diǎn)法往返施測，測驗(yàn)時使測至0.8h時間為整點(diǎn)。

儀器懸掛離船舷不少于1.0m。測速時如鋼絲繩偏角過大，采用較重的鉛魚。使用直讀式流速流向儀時，每個測點(diǎn)均在測速前和測速后各測讀一次流向，取二次讀數(shù)平均值，若兩次觀測值較差>30°，則觀測第三次，取較差小的兩次平均值作為該點(diǎn)流向。

2.3.3ADCP斷面測流

采用聲學(xué)多普勒流速剖面儀進(jìn)行流量測驗(yàn)，采用DGPS定位和外置GPS羅經(jīng)進(jìn)行航跡校正和船艏校正。采用的儀器為Teledyne RD Instruments 測流儀WorkHorse Broadband 300/600/1200 kHz，導(dǎo)航及定位采用的儀器為信標(biāo)GPS。

穩(wěn)定期ADCP斷面測流一般在控制可代表長江徑流的穩(wěn)定期施測，保證各斷面往返施測的平均時間基本處于高潮后2.5h左右，對于分汊斷面以2～3測船同步施測，一般以分流前或匯流后的主斷面進(jìn)行時間控制。

2.3.4懸移質(zhì)取樣

每整點(diǎn)采取懸移質(zhì)水樣，加測測點(diǎn)不取懸移質(zhì)沙樣，取樣時間與測流同步，取樣采用6點(diǎn)分層法（水深<5m時采用3點(diǎn)法），取樣容積為1000ml；各取樣垂線及固定垂線在代表潮的前半個潮周期的漲急、漲憩、落急、落憩四次采取懸移質(zhì)顆分樣，取樣時間與測流同步，取樣采用6點(diǎn)分層法（水深<5m時采用3點(diǎn)法）；穩(wěn)定時段測驗(yàn)的斷面各取樣垂線在流速流向測驗(yàn)的同時進(jìn)行懸移質(zhì)水樣采集，取樣采用6點(diǎn)分層法（水深<5m時采用3點(diǎn)法），每層均取雙樣，分別用于懸移質(zhì)含沙量分析及懸移質(zhì)顆粒級配分析，含沙量取樣容積為1000ml，顆分取樣容積為1000ml。

3.成果分析

3.1潮汐

（1）測區(qū)內(nèi)的潮振動主要為太平洋潮波引起的協(xié)振動，潮波到達(dá)測驗(yàn)河段下游時，潮波的前后坡基本對稱，波形尚未有多大變化，隨著潮波不斷向上游推進(jìn)，波形發(fā)生變化，前后坡發(fā)生變化且愈發(fā)不對稱。

（2）在整個測區(qū)范圍內(nèi)，M2分潮波起到主導(dǎo)作用，淺水分潮整體趨勢自下游向上游逐漸影響變大。

（3）自上游往下游各站最高高潮位、最低低潮位及平均潮位呈下降趨勢；平均高潮位、平均低潮位也有類似規(guī)律。河段左、右岸潮位和潮時相差均很小。

（4）漲潮潮差與落潮潮差基本相同。從上游向下游潮差基本是沿程遞增的，越靠近河口段潮差越大。平均落潮歷時均長于漲潮歷時。

（5）縱比降隨潮位漲落而發(fā)生波動，主要區(qū)間在0.1×10-4～0.2×10-4之間。

3.2 潮流

（1）穩(wěn)定時段固定垂線流速隨著落潮逐漸增加，垂線流速自上向下逐層減小。

（2）在全潮固定垂線潮流分布上，測區(qū)呈現(xiàn)典型的往復(fù)流特征。統(tǒng)計(jì)流速固定垂線流速極大值的數(shù)據(jù)分布，落潮期固定垂線最大流速極值多數(shù)出現(xiàn)在垂線的上部，一定程度上體現(xiàn)出區(qū)域上部水流流速較快，向水底漸減緩的水流特征；落潮期固定垂線平均流速要大于漲潮期，在流向分布上看，與區(qū)域地形相關(guān)，潮流的特征流向受地形的影響較為顯著。

（3）在全潮ADCP測驗(yàn)流速極值分布上，大潮的漲潮、落潮流速極值大于中小潮；落潮極值流速大于漲潮；落潮流流速極值主要出現(xiàn)在水層的中上部，漲潮流極值流速斷面各層均有分布。

（4）在全潮斷面平均流速分布上，漲潮期斷面平均流速大潮明顯大于中、小潮，落潮大于漲潮；斷面平均流向：除FY1斷面外，斷面平均流向各斷面大、中、小潮差異不大。

（5）在全潮斷面漲落潮歷時分布上，全潮歷時小潮最長、大潮最短，各斷面相差不大。

3.3泥沙

（1）穩(wěn)定時段測驗(yàn)各垂線含沙量的垂向分布整體都是從上層向底層逐漸增大，含沙量最大值大多出現(xiàn)在底層或0.8層。垂線平均含沙量在斷面上各點(diǎn)變化不大，從上游往下游無明顯變化規(guī)律。

（2）穩(wěn)定時段各斷面測點(diǎn)懸移質(zhì)中值粒徑值大多在0.009～0.012mm之間，相差不大，且顆粒粒徑較細(xì)，但垂向分布無明顯規(guī)律。

（3）穩(wěn)定時段底質(zhì)中值粒徑范圍在0.009～0.314mm。測區(qū)范圍內(nèi)巖土類型主要為細(xì)砂，其次是粘性土、粘質(zhì)粉土，少量中砂和粗砂，其中僅CS16-C為角礫。

（4）全潮測驗(yàn)中實(shí)測最大含沙量大多出現(xiàn)在底層或相對水深的0.8層。各測點(diǎn)各層漲、落潮最大含沙量的垂向分布整體都是從上層向底層逐漸增大。

（5）測點(diǎn)各層漲、落潮最大含沙量的垂向分布變化比較明顯，整體含沙量都是從上層向底層逐漸增大的特征，各測點(diǎn)底層含沙量基本均大于表層，這與含沙量分布規(guī)律較為一致。

4.結(jié)論

綜上所述，測驗(yàn)區(qū)域邊界條件變化比較大，包括護(hù)岸工程、整治建筑物、挖沙、碼頭等受環(huán)境的影響比較大，需要做好施工期和運(yùn)營期間的監(jiān)測工作，另外還要加強(qiáng)該河段枯水季水文環(huán)境的監(jiān)測力度。

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