資料貧乏海外港航工程水文調(diào)研方法探析

鄧年生

摘 要：工程水文資料是大型港口建設(shè)前期必須掌握的基礎(chǔ)材料。本文以莫桑比克馬庫澤港口工程水文現(xiàn)場調(diào)研中流域界定和現(xiàn)場示蹤沙試驗(yàn)為例，提出了在資料匱乏的不發(fā)達(dá)地區(qū)進(jìn)行水文調(diào)研的一些方法和要點(diǎn)，供類似水運(yùn)工程建設(shè)參考。

關(guān)鍵詞：港航工程 水文 調(diào)研方法 流域界定 示蹤沙試驗(yàn)

1.前言

水文資料是涉水工程建設(shè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)資料，尤其是大型港口建設(shè)，全面掌握準(zhǔn)確的水文信息是必不可少的工作環(huán)節(jié)，否則將引起工程設(shè)計(jì)的嚴(yán)重缺陷甚至導(dǎo)致整個(gè)工程失敗。隨著世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展融合，一些欠發(fā)達(dá)地區(qū)如非洲和南美先期以資源開發(fā)出口為主，相應(yīng)地需要建設(shè)大型港口并配備深水航道確保其正常營運(yùn)。對于欠發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，由于受到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會條件制約，水文資料往往匱乏且精度不高，給港口建設(shè)造成較大難度。我院承擔(dān)莫桑比克馬庫澤（Macuze）15萬噸級港口工程開發(fā)的可行性研究任務(wù)，作為水文專業(yè)負(fù)責(zé)人，作者前往莫桑比克馬庫澤港口工程現(xiàn)場進(jìn)行水文察看調(diào)研，為本工程收集第一手可靠水文資料。

2.工程概況

馬庫澤港位于莫桑比克贊比西亞省的東部沿海地區(qū)，東臨印度洋，位于西印度洋莫桑比克海峽中部的西海岸，與贊比西亞省省府克利馬內(nèi)距離約35km，與馬達(dá)加斯加島隔海相望，具體位置見圖1。擬建港口工程分三期建設(shè)，一期建設(shè)1個(gè)15萬T煤裝船泊位及配套港作泊位，年設(shè)計(jì)通過能力2500萬噸；三期共建設(shè)4個(gè)15萬噸煤裝船泊位、1個(gè)集裝箱泊位和1個(gè)件雜貨泊位，年設(shè)計(jì)通過能力10000萬噸煤、2 5萬TEU的要求。

3.當(dāng)?shù)厮馁Y料情況

由于戰(zhàn)亂和貧窮，莫桑比克很多潮位站目前無法工作，馬庫澤河口及所在Namacurra流域沒有水文和氣象站，亦即沒有現(xiàn)存的水文氣象資料可供直接用于本工程。距本工程35km克利馬內(nèi)港設(shè)置有固定潮位水尺，雖為基本潮位站，僅1986年和1995年有實(shí)測資料，2000年之后水尺損壞，因經(jīng)費(fèi)原因處于多年停測狀態(tài)，沒有測量資料。距離工程所在地以南300km的貝拉（Beira）港具有較長序列的潮位資料，但是距離太遠(yuǎn)，參考意義不大。工程區(qū)域以北的彭巴（Pemba）和納卡拉（Nacala）潮位資料豐富，但是距離現(xiàn)場過遠(yuǎn)，直線距離超過500公里，同樣難以參用?？死R內(nèi)機(jī)場內(nèi)設(shè)有氣象觀測站，可參照采用。

4.水文調(diào)研工作內(nèi)容

根據(jù)工程建設(shè)需要及當(dāng)?shù)厮臍庀筚Y料情況，確定本次主要工作內(nèi)容為在當(dāng)?shù)卣{(diào)查收集本工程有關(guān)氣象（氣溫、降水、風(fēng)、霧、濕度、雷暴）、水文（流域、徑流、潮汐、波浪、泥沙）等資料，通過現(xiàn)場踏看流域中上游地區(qū)地貌及河流動(dòng)力特征，以及港址河口段及出?？趦蓚?cè)附近共約18km河岸和海岸，在河口兩岸口門內(nèi)外共設(shè)置8處臨時(shí)水文觀察站，進(jìn)行6天高、低潮位和漲、落潮有關(guān)徑流、潮汐、波浪、潮流、懸移質(zhì)含沙量、推移質(zhì)輸沙、河床和海床底質(zhì)觀測和底質(zhì)取樣，察看本流域及海岸動(dòng)力地貌。并在現(xiàn)場各站開展了簡單示蹤沙試驗(yàn)，踏看克利馬內(nèi)（Quelimane）港進(jìn)出港航道和Zalala以南約22km沙灘海岸。另進(jìn)行馬庫澤河口段大潮和小潮流跡線觀測。本次現(xiàn)場調(diào)研觀測范圍及位置見圖2。

5.水文調(diào)研方法

該次水文調(diào)研工作內(nèi)容較多，大部分工作與國內(nèi)常規(guī)項(xiàng)目基本相同，不在此贅述，本文僅介紹其中較有特色的流域界定及現(xiàn)場示蹤沙試驗(yàn)。

5.1流域界定

根據(jù)莫桑比克國家水文局（MOPH---Dirrccao Nacional D e A g ua s）提供的數(shù)據(jù)情況：馬庫澤港口所在河流名稱為Namacurra，在MOPH內(nèi)部資料中流域編號為40，流域呈東南---西北走向，流域面積1965平方公里，河長130公里，屬沿海小流域河流，見圖3。

利用電子地圖通過連線分水嶺或分水線得出Na macur ra流域的邊界線，結(jié)合現(xiàn)場踏勘，發(fā)現(xiàn)擬建Macuze港所在河口控制的流域范圍與當(dāng)?shù)貦?quán)威資料有明顯的差別，特別是西南片區(qū)當(dāng)?shù)刭Y料標(biāo)示Licuare河存在較大分汊流入Macuze河口，而電子地圖和現(xiàn)場踏勘均反映2流域間只有細(xì)溝相連且分水線明顯。利用電子地圖自帶長度和面積功能在國內(nèi)類似流域驗(yàn)證后證實(shí)精度較高，借此測定Na macur ra流域面積約為3770km2，河流長度 170km，見圖4，屬沿海小流域河流。

上述2種途徑得出的流域面積和河長結(jié)果見表1。從表中可知，2種途徑得出的結(jié)果差距甚大，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工程應(yīng)用的允許誤差。其中河長參數(shù)可能因起屹點(diǎn)不同引起差別，但流域范圍及其集水面積是客觀存在的，說明當(dāng)?shù)夭糠止俜劫Y料不能滿足工程要求，個(gè)別材料甚至存在明顯錯(cuò)誤。工程設(shè)計(jì)師在收集到當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)資料后，需嚴(yán)格復(fù)核后方可選用。

5.2現(xiàn)場示蹤沙試驗(yàn)

鑒于擬建港口所在河口位于潮汐動(dòng)力強(qiáng)、波浪影響較大、泥沙極其活躍的廣闊粉細(xì)沙海岸帶，泥沙問題是本港口工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，在國內(nèi)充分準(zhǔn)備工作基礎(chǔ)上，現(xiàn)場各站開展了簡易示蹤沙試驗(yàn)，以掌握工程相關(guān)區(qū)域的泥沙運(yùn)動(dòng)情況。

采用與沙比重相近的8種不同顏色鮮艷的小石米作為目標(biāo)沙，在8處臨時(shí)觀測水文站進(jìn)行示蹤沙試驗(yàn)，1#～8#站的示蹤沙顏色分別為桔紅、黃、紫、淺黃、深紅、草綠、粉紅和藍(lán)色（見圖5、圖6），照片中8種彩沙分布位置與臨時(shí)水文站位置相對應(yīng)。正式試驗(yàn)前先進(jìn)行現(xiàn)場試探性預(yù)試驗(yàn)。具體方法是在漲潮過程時(shí)各觀測站分1～2次將彩沙投放水邊（隨漲潮水位上升后次投放點(diǎn)更近岸邊），現(xiàn)場觀測和記錄彩沙運(yùn)動(dòng)情況，輔以拍照錄像，并標(biāo)記投放位置。經(jīng)過1～5天后（即2～10次漲落潮）在原投放位置周圍查找彩沙，并記錄查找情況，對找到的彩沙進(jìn)行位移測量，并輔以拍照錄像。

本次在8處臨時(shí)觀測水文站均進(jìn)行了示蹤沙試驗(yàn)，投放時(shí)各站示蹤沙基本沿漲潮流方向移動(dòng)，且移動(dòng)相當(dāng)活躍，其中口門外各站示蹤沙運(yùn)動(dòng)主要受波生流影響。位于河口內(nèi)示蹤沙在投放時(shí)均隨漲潮流輸向上游，在最高潮位時(shí)因水流速度減緩，泥沙活動(dòng)性也相應(yīng)降低，但因受波浪一定影響，底質(zhì)泥沙活動(dòng)仍明顯?？陂T內(nèi)西南岸4#、5#站在投放第2天分別于上游 1m、4.5m發(fā)現(xiàn)了示蹤沙，東北岸6#在投放后第6天于上游 8m范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了多顆示蹤沙（見圖7），即口門段示蹤沙試驗(yàn)結(jié)果均表明河床底沙在漲落潮流周期性作用下，總體以推移質(zhì)形式輸向上游。

6.結(jié)語

該次現(xiàn)場水文調(diào)研取得了預(yù)期成果，現(xiàn)就資料貧乏地區(qū)港航工程水文現(xiàn)場調(diào)研工作中的主要經(jīng)驗(yàn)及注意事項(xiàng)總結(jié)如下：

（1）精心策劃并提前準(zhǔn)備對現(xiàn)場調(diào)研極為重要。如該次在出國前利用業(yè)主和先頭技術(shù)人員提供的相關(guān)資料，并結(jié)合多渠道收集到的有關(guān)信息對水文調(diào)研進(jìn)行盡可能詳細(xì)策劃，依據(jù)工作要求在國內(nèi)備好了相關(guān)工具材料（示蹤彩石）等，為現(xiàn)場調(diào)研工作順利推進(jìn)提供了物質(zhì)保障。

（2）當(dāng)?shù)靥峁┑幕A(chǔ)資料不論來源是否權(quán)威，均宜進(jìn)行必要的復(fù)核，并盡量利用現(xiàn)代先進(jìn)科技工具或途徑，以提高效率并有效控制成本，例如本例中的流域界定。

（3）現(xiàn)場水文調(diào)研應(yīng)以關(guān)鍵要素為著力點(diǎn)，如該次現(xiàn)場調(diào)研安排在大潮期觀測各臨時(shí)測站相關(guān)水文要素，有效把握了潮汐動(dòng)力為主因的水文特征。

（4）鑒于工程項(xiàng)目進(jìn)度和資金等限制，某些觀測內(nèi)容需要根據(jù)工程具體情況進(jìn)行優(yōu)化或簡化。如馬庫澤港口工程附近區(qū)域推移質(zhì)泥沙如果按傳統(tǒng)方法測驗(yàn)，則工作量、時(shí)間和費(fèi)用等均不允許。該調(diào)研選取觀賞用彩石作為示蹤沙進(jìn)行簡單示蹤沙試驗(yàn)，既經(jīng)濟(jì)實(shí)用，又達(dá)到了預(yù)期目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]中鐵建港航局集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)院有限公司.莫阿蒂澤-馬庫澤鐵路港口項(xiàng)目可行性研究報(bào)告[M]，2015. 06.

[2]GB12763.2-2007，海洋調(diào)查規(guī)范-海洋水文觀測.

[3]JTS？132-2015，水運(yùn)工程水文觀測規(guī)范.

[4]SL247-2012，水文資料整編規(guī)范.