海寧市百里錢塘（鹽倉(cāng)段）涌潮多樣性研究

錢盛杰，楊火其，羅紅林，陳 剛，何 昆

（1.海寧市鹽倉(cāng)江堤管理所， 浙江 海寧 314400；2.浙江省水利河口研究院(浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院)，浙江 杭州 310020）

1 問(wèn)題的提出

錢塘江著名的涌潮形態(tài)主要包括丁橋交叉潮（十字潮、人字潮）、鹽官一線潮、老鹽倉(cāng)及美女壩回頭潮、沖天潮等[1]，此外九溪珊瑚沙沖天回頭潮翻越之江路、七格豬頭角沖擊海塘上塘的現(xiàn)象也受到關(guān)注，人們對(duì)這些涌潮形態(tài)的成因特點(diǎn)有了初步認(rèn)識(shí)。百里錢塘鹽倉(cāng)段安瀾工程擬提標(biāo)至300 a一遇設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，海塘平面形態(tài)、斷面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，尤其是丁壩形態(tài)改造[2]，可能會(huì)對(duì)該岸段的涌潮景觀產(chǎn)生影響，為保留鹽倉(cāng)段涌潮景觀多樣性，提升涌潮觀賞性，需充分認(rèn)識(shí)工程岸段的涌潮景觀多樣性成因及變化特性?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、室內(nèi)物理模型試驗(yàn)是認(rèn)識(shí)涌潮多樣性特征較好的手段。

2 鹽倉(cāng)岸段涌潮變化特征

錢塘江海寧鹽倉(cāng)岸段長(zhǎng)約7.09 km（包括19座丁壩、1座盤頭），在空間分布上岸線較為順直，位于上游赭山彎道和下游老鹽倉(cāng)彎道的過(guò)渡段（見(jiàn)圖1）。受彎道影響，工程上段主槽走南，年際和年內(nèi)變化較小，較穩(wěn)定，工程岸段平均低潮位1.60~2.29 m、平均高潮位4.10~4.20 m。工程下段主槽從南逐漸過(guò)渡至老鹽倉(cāng)彎道，下游段主槽以傍北為主，彎道處由于漲潮、落潮流路經(jīng)常不一致，主槽深泓線所處位置隨徑流、潮流的強(qiáng)弱而發(fā)生擺動(dòng)，大洪水短時(shí)期會(huì)出現(xiàn)偏南岸。

圖1 工程地理位置圖

2.1 涌潮傳播室內(nèi)試驗(yàn)

涌潮整體模型可復(fù)演工程區(qū)域的涌潮特點(diǎn)，尤其是涌潮傳播演變機(jī)理，可以看出工程岸段的涌潮傳播與變化特點(diǎn)。

2.1.1 模型比尺及范圍

工程岸段處于鹽倉(cāng)彎道段，受彎道水流效應(yīng)及上下游丁壩影響，為復(fù)演不同涌潮水動(dòng)力條件下江道涌潮傳播變化特征，室內(nèi)試驗(yàn)采用包括彎道的小變態(tài)整體模型。模型上邊界設(shè)在江東大橋下游約0.8 km處，下邊界設(shè)在老鹽倉(cāng)大壩下游約5.0 km處（見(jiàn)圖2），總長(zhǎng)約10.4 km，模型平面比尺1:200，垂直比尺1:100，海塘、丁壩、盤頭等按實(shí)際尺寸縮放制作模擬。模型地形大范圍采用2019年11月1:50 000江道地形圖，塘前200 m范圍采用2019年實(shí)測(cè)小比尺地形圖。物理模型平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 物理模型平面布置圖

2.1.2 模型驗(yàn)證

主要驗(yàn)證涌潮高度、傳播速度以及涌潮形態(tài)。

根據(jù)2019年9月錢塘江河口水文測(cè)驗(yàn)[3]，其中9月2日（農(nóng)歷八月初四）和9月5日（八月初七）分別代表大、中潮期工程岸段下游老鹽倉(cāng)測(cè)點(diǎn)涌潮高度以及工程河段涌潮傳播速度與模型驗(yàn)證情況（見(jiàn)表1），涌潮高度與傳播速度相似度較好。

表1 涌潮高度與傳播速度驗(yàn)證成果表

涌潮形態(tài)主要比較現(xiàn)場(chǎng)影像資料和模型涌潮形態(tài)照片，比較結(jié)果顯示涌潮整體模型較好地復(fù)演涌潮形態(tài)及傳播變化過(guò)程。

2.1.3 涌潮傳播變化特征

根據(jù)涌潮整體模型中顯示的工程區(qū)域涌潮潮型、傳播方向、強(qiáng)度及其與岸線的夾角等特征，涌潮傳播以鹽倉(cāng)排澇東閘、8號(hào)低壩為界，工程區(qū)江道中涌潮傳播分為3個(gè)典型區(qū)域（見(jiàn)圖3）：

圖3 工程區(qū)江道中涌潮傳播過(guò)程圖（模型）

（1）老鹽倉(cāng)大壩—東閘區(qū)域（工程下游段）：為涌潮斜向傳播區(qū)域，涌潮強(qiáng)度受彎道相對(duì)位置、兩岸地形的影響，涌潮斜向沖擊海塘，潮頭線至1號(hào)盤頭時(shí)與海塘約呈45°夾角，上溯至3號(hào)低壩后，夾角逐漸增大，而后潮頭行進(jìn)至東閘附近時(shí)逐漸恢復(fù)，與海塘呈正交狀態(tài)。

（2）東閘—8號(hào)低壩區(qū)域（工程中段）：為涌潮局部反射加強(qiáng)區(qū)域，即潮頭與海塘、盤頭丁壩撞擊后，形成折返潮、交叉潮景觀。在此區(qū)域，普遍存在2股潮，前潮為正常推進(jìn)傳播至工程岸段江道中的涌潮，后潮為涌潮撞擊北岸海塘等形成的折返潮。受地形水深等因素影響，后潮傳播速度大于前潮，后潮逐漸趕上前潮合并為一股涌潮，折反射疊加進(jìn)而使涌潮強(qiáng)度有所加強(qiáng)。

（3）8號(hào)低壩—7號(hào)高壩區(qū)域（工程上游段）：涌潮傳播至4號(hào)高壩位置時(shí)，江道中前后2股潮已基本恢復(fù)成1股潮（一線潮），潮頭線與海塘呈正交狀態(tài)向上游傳播。

2.2 江道涌潮傳播現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)情況

工程岸段有19座護(hù)塘丁壩，其中高壩7座、低壩12座，老鹽倉(cāng)大壩為工程的下游開始端。2020年10月19日（農(nóng)歷九月初三）現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到涌潮潮頭線經(jīng)過(guò)老鹽倉(cāng)大壩壩頭時(shí)，潮頭線與鹽倉(cāng)下游段海塘斜交，老鹽倉(cāng)大壩壩頭以北區(qū)域的涌潮受老鹽倉(cāng)大壩的阻擋反射形成著名的老鹽倉(cāng)回頭潮，老鹽倉(cāng)壩頭南側(cè)的涌潮繼續(xù)向上游推進(jìn)的潮頭線與海塘的夾角進(jìn)一步減小，涌潮向上游推進(jìn)至東閘的過(guò)程中，潮頭線與海塘堤軸線漸趨垂直；東閘至8號(hào)低壩之間反射涌潮疊加前潮增強(qiáng)； 8號(hào)低壩上游涌潮潮頭恢復(fù)一線潮形狀（見(jiàn)圖4）。

圖4 江道涌潮傳播過(guò)程圖（現(xiàn)場(chǎng)）

3 近塘涌潮多樣性特征

江道中涌潮強(qiáng)度、傳播方向與近岸海塘、丁壩及盤頭等相互作用影響，造就工程岸段多樣性的涌潮形態(tài)，尤其是丁壩型式造就涌潮的多樣性。鹽倉(cāng)段丁壩長(zhǎng)90 m左右，丁壩型式主要有高壩（壩頂高程約6.76 m）、低壩（壩頂高程約3.76 m）以及半高壩（壩身根部段頂高程約6.76 m，其余壩身段壩頂高程約3.76 m）。

（1）工程下段海塘碰撞反射潮：由于該岸段涌潮與海塘斜交以及老鹽倉(cāng)高丁壩的阻擋，使得老鹽倉(cāng)丁壩上游部分塘段涌潮潮頭幾乎頂沖海塘，形成越塘及反射潮（見(jiàn)圖5），該反射潮進(jìn)一步碰撞南岸再反射向上游推進(jìn)。

圖5 涌潮沖擊海塘形成反射潮圖

（2）東閘以下低壩沖天翻壩越塘潮：東閘以下低壩（2~4號(hào)壩），壩頂高程為3.60 m左右，后為防止丁壩壩根上游沖刷，壩根部分加高3.00 m左右，形成斜坡半高壩（壩頂高程6.60 m左右）。由于潮頭線與海塘、丁壩斜交，疊加壩根加高的因素，半高壩前壩面較低壩段涌潮越壩外，壩根區(qū)域常常引起較大的壅高、沖天翻壩乃至越過(guò)擋浪墻至塘頂及內(nèi)坡（見(jiàn)圖6）。

圖6 斜向涌潮撞擊低壩（壩根段加高）形成沖天翻壩越塘潮景圖

（3）低壩翻壩潮：壩頂高程3.60 m左右的低壩位于工程上段（7，9~13號(hào)低壩），這些區(qū)域潮頭行進(jìn)方向與丁壩軸線大致垂直，丁壩為上挑丁壩，涌潮往往先到達(dá)壩根，不易兜潮，壩根壅高相對(duì)較低，不易翻越海塘，一般形成典型的低壩翻壩潮（見(jiàn)圖7）。

圖7 涌潮翻越低壩圖

（4）高壩回頭潮：工程岸段高壩（壩頂高程6.50~7.00 m，包括2~8號(hào)高壩）位于東閘上游，涌潮潮頭線行進(jìn)方向大致與高壩軸線垂直，形成繞壩頭潮頭與反射回頭潮，當(dāng)涌潮高度較大時(shí)，涌潮還會(huì)翻越壩頂、涌上海塘（見(jiàn)圖8）。

圖8 涌潮遇高壩形成回頭潮圖

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）海寧市百里錢塘（鹽倉(cāng)段）處于錢塘江河口強(qiáng)涌潮河段，為在海塘安瀾工程建設(shè)過(guò)程中融合涌潮景觀的多樣性，需要充分揭示工程岸段的涌潮特性。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)涌潮觀測(cè)和室內(nèi)整體物理模型試驗(yàn)，鹽倉(cāng)河段江道涌潮自下而上分別為涌潮斜向傳播、局部反射以及恢復(fù)一線潮頭的過(guò)程。

（3）工程岸段近塘涌潮受涌潮傳播方向、丁壩結(jié)構(gòu)型式的影響而形成壅高沖天、翻壩、越塘、回頭及沖天等不同涌潮景觀形態(tài)特征。