臺州市海門潮位站遷建選址方案比選

趙建鋒，張新周，丁 聰

(1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122;2.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029)

水文測驗是水利的一項重要基礎工作，為流域水安全保障、水資源的開發(fā)利用與保護提供科學依據(jù)，同時在水事糾紛仲裁與重大工程建設決策工作中也發(fā)揮了極其重要的作用。根據(jù)水利部水文站網(wǎng)規(guī)劃技術導則規(guī)定，河道水文測驗站選址應考慮防汛抗旱、水資源管理、河道航運、河勢演變、水工程或交通運輸過程的管理運用等方面的需求[1]。而河道河勢穩(wěn)定與否對水文站的選址起決定性作用，測驗斷面河勢不穩(wěn)，河床演變劇烈，將直接影響水文測驗數(shù)據(jù)的準確性。曹煒[2]對水文站選址要求進行了總結，指出測驗斷面應為河道順直、穩(wěn)定的河道斷面，以保證水位流量關系的高靈敏度。鄧懿等[3]指出水文測驗斷面應盡量規(guī)避河道中有淺灘的地方，斷面選址時應盡量選擇河道較窄的地方，選址斷面最好位于河道順直處。黃春輝[4]、陳國安[5]結合雙捷和雙橋水文站分析了河床下切對水文測量的影響。蔣治華[6]、孫鴻[7]研究了河道采砂對西河鎮(zhèn)水文站、東風水文站測量的影響，均說明水文測驗斷面河床穩(wěn)定性對水文測量有直接影響。

根據(jù)水利部水文局《全國水文現(xiàn)代化建設指導意見》，臺州市海門潮位站計劃開展遷建工程，本文從河勢穩(wěn)定、河床演變角度對海門潮位站新站測驗斷面選址方案進行比選研究，為新站選址提供技術支撐。

1 海門潮位站概況

海門潮位站現(xiàn)位于臺州市椒江區(qū)椒江南岸油庫碼頭，屬于國家基本水文測站，是椒江下游重要控制站，為椒江流域的江河治理、防汛防旱、水資源管理、水利工程的興建及國民經(jīng)濟社會發(fā)展提供水文支撐服務。現(xiàn)觀測項目有潮位、水質、降水、蒸發(fā)、氣壓等。1931年11月20日相關部門在振市碼頭設立海門潮位觀測站，后幾經(jīng)變化于1981年1月在油庫碼頭設立觀測潮位至今。蒸發(fā)項目幾度停復測，現(xiàn)因場地不滿足測驗條件處于停測狀態(tài)，已影響到水文資料觀測的連續(xù)性。

2 海門潮位站現(xiàn)狀分析

椒江流域及臺州灣是浙江省經(jīng)濟較發(fā)達的地區(qū)之一，豐沛的水量和密集的河流是其優(yōu)越的自然條件，但洪、澇、旱、咸、臺風、風暴潮等災害的不斷發(fā)生又對該地區(qū)的發(fā)展構成了巨大的威脅。建立完善的水文監(jiān)測系統(tǒng)對椒江流域及臺州灣地區(qū)國民經(jīng)濟建設、水資源開發(fā)利用、防汛抗旱、水環(huán)境保護、水利工程設計和運行、城市水文變化規(guī)律研究、加快實現(xiàn)水利現(xiàn)代化等方面具有極其重要的意義。但海門站現(xiàn)在不適應經(jīng)濟社會快速發(fā)展的要求，主要表現(xiàn)在：

(1)觀測項目分設多地，管理難度大

海門潮位站由于受場地制約，觀測項目分設多處，潮位在海軍油庫碼頭觀測；水質通過人工采樣運送到臺州市潮位站化驗；氣壓在江堤海門潮位站管理房內(nèi)觀測；降水和蒸發(fā)項目于2009年1月遷至椒江一中校園內(nèi)，現(xiàn)因一中自身建設需要，已停用。觀測工作缺乏整體性，無拓展性，不利于水文業(yè)務管理，影響功能發(fā)揮。

(2)運行維護困難

海門潮位觀測場所自設站后一直在不同碼頭流動觀測，現(xiàn)狀觀測場所依附于海軍油庫碼頭。水位臺所處位置岸邊灘地逐年淤積升高，測井四周已被淤泥包圍，已嚴重影響潮位測驗?，F(xiàn)狀靠對測井內(nèi)部清淤進行維持，隨著岸邊灘泥繼續(xù)抬高，大面積清淤工程量大、費用高、施工難度大，已面臨報廢的危險。

(3)不適應水文現(xiàn)代化和標準化要求

現(xiàn)代化水文和標準化水文測站要求測站環(huán)境優(yōu)美、技術先進、運轉高效、管理規(guī)范、設備自動化、綜合服務能力強，為地方經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供水文支撐?，F(xiàn)狀海門潮位站場地狹小，無升級改造條件，且交通極為不便。

3 遷建工程測量斷面比選

3.1 選址方案

考慮潮位站現(xiàn)狀站址、潮位觀測連續(xù)性及一致性，本項目選址范圍確定為椒江兩岸(椒江大橋上游2 km至椒江二橋)，確定五個方案作為比選方案(見圖1)。方案1遷建站址位于椒江區(qū)椒江北岸柏加閘東側；方案2遷建站址位于椒江區(qū)椒江南岸椒江大橋下游100 m處；方案3遷建站址位于椒江區(qū)椒江南岸江濱公園輪渡路西側；方案4遷建站址位于椒江區(qū)椒江南岸現(xiàn)狀站址西側400 m處；方案5遷建站址位于椒江南岸現(xiàn)場址東側230 m處。

圖1 海門潮位站站址比選方案

3.2 選址河段特性

3.2.1 河道特征

站址位于椒靈江流域椒江河段(見圖1)，全長19 km，河道順直，江面開闊，江面平均寬1 800 m。椒江河段牛頭頸與小園山形成南北兩山夾峙之窄口，河寬僅913 m，入?？谒善珠l斷面江面寬4 000 m。水深一般為5～7 m，局部水深7～12 m。造船企業(yè)星羅遍布兩岸，入?？谟姓憬母劭凇ｉT港、三山港。1987年起在柵浦附近拋石構筑4 300 m長的江心長順壩，寬3 m，高程2.5 m，以增大水流速度，減少港區(qū)淤積。

3.2.2 水動力條件

椒江河口屬于典型的山溪性強潮河口，徑流主要由降水形成，其年內(nèi)分配與降水量基本相應。流域洪水暴漲暴落，徑流量變幅極大，受梅雨和臺風雨影響，汛期( 4—9月)流量占全年總量的75%，實測最大洪峰流量16 300 m3/s，實測最小流量0.39 m3/s。

椒江口海門潮位站實測資料表明，椒江河段多年平均年潮差4.0 m，年最大潮差6.3 m。根據(jù)1959—2016年潮位系列資料，海門站最高潮位為5.64 m(1997年8月18日)，最低低潮位為-2.88 m(2008年9月28日)，多年平均高潮位為2.42 m，多年平均低潮位為-1.61 m。2005—2016年實測最大漲潮流速為2.3 m/s，最大落潮流速為2.0 m/s。漲落潮平均流速為1.0 m/s左右，漲潮流速略大于落潮流速。徑流對漲落潮流速影響較大，上游流量越大，落潮流速越大，漲潮流速越小。

3.2.3 泥沙條件

2013—2016年實測資料表明，椒江河道垂線平均最大含沙量為24.5 kg/m3，垂線平均最小含沙量為1.02 kg/m3，大、中潮汛潮流動力強，含沙量相對較大，小潮汛的潮流動力減弱，含沙量相對較小。根據(jù)2013—2016年椒江和靈江含沙量觀測資料，椒江口自十一塘向內(nèi)椒江和靈江的含沙量顯著增加，最大垂線平均含沙量達到20 kg/m3以上，底部含沙量最大可達60 kg/m3左右，發(fā)生在大潮落潮憩流時段；大潮含沙量高、小潮含沙量較低。早期觀測資料主要集中于椒江河段，1983年、1999年、2005年椒江觀測的底層含沙量都有超過30 kg/m3的記錄，在徑流很小的枯水期，椒江和靈江的水體含沙量普遍較高，而椒江口外含沙量較小，漲落潮作用下形成渾濁帶。最大含沙量的渾濁帶核心部位在潮流作用下往復運動，落潮下移漲潮上溯，大潮運移從牛頭頸至西岙區(qū)間長達30 km，小潮運移長度較小，約10 km，在海門至三江口范圍。

3.3 選址河段河床演變特征

椒江江道歷史上存在游動性江心沙洲，半個多世紀來，椒江上游的仙居、天臺、臨海等地先后建起了大大小小的水庫。尤其是1962年，黃巖長潭水庫的建造攔截了大量的徑流。徑流量劇減給椒江河口河床地形帶來了極大的影響，河床逐漸改型，心灘逐漸消失，河床橫斷面由原來的“W”形，逐漸變?yōu)椤癠”形；此后，椒江口采砂活動和河道整治工程(長順堤工程)的實施均對椒江段河床演變產(chǎn)生了巨大影響，直至2010年后，椒江段河床演變逐漸趨于動態(tài)平衡階段。

從近年來椒江河段灘槽分布看(見圖2)，人工采砂和長順堤工程對河段河床沖淤的影響已充分體現(xiàn)，從三江口至牛頭頸，南岸形成了一條深槽。其中椒江大橋上游南岸-5 m深槽貫通，至椒江大橋下游長順堤南槽-6 m深槽貫通，并和牛頭頸深槽銜接貫通。椒江段灘槽格局基本形成，局部地形隨上游徑流大小略有調整，但幅度不大，河床沖淤保持動態(tài)平衡。歷史上椒江段深泓線橫向擺動大，自長順堤系列工程實施后，深泓維持在南槽海門港附近。

椒江河道河床演變和人類活動及上游來水有密切關系。60年代之前，椒江河床比較穩(wěn)定，河床地貌和動力條件之間基本平衡。此后受上游水庫建設、采砂活動影響嚴重，河床下切刷深。90年代以來主要受永寧江口治理長順壩工程建設影響，椒江大橋上游南側沖刷，北側淤積。椒江大橋下游南槽沖刷，北槽長順壩入口淤積。椒江河段南側-5 m等深線連貫通暢，尤其是椒江大橋下游南槽，水深維持在-6 m以上。2013年以來，人類活動影響基本結束，河床處于動態(tài)平衡階段，主要隨上游來水變化而局部區(qū)域發(fā)生沖淤演變，變化幅度在0.5 m以內(nèi)。

圖2 2017年椒江等深線分布圖

3.4 選址斷面河床演變分析

圖3為方案1—方案5站址所在河道斷面歷史沖淤圖，可以看出，2013年以來椒江段人工采砂和長順堤的影響趨于結束，近期則處于動態(tài)平衡階段，隨徑流大小略有調整。從橫斷面歷年變化來看，長順堤上游河床橫斷面呈“U型”，長順堤所在河段分南北槽而呈“W型”。2013—2016年發(fā)生的幾次大洪水導致椒江大橋上游河床底高程略有降低，椒江大橋下游南槽底高程一直維持在-6 m以下，水深條件良好。從歷史演變和河床演變規(guī)律看，由于方案1—方案3處于長順堤工程入口或南槽位置，水深位置在-6 m左右。當上游來水來沙條件發(fā)生較大變化時，容易形成局部較大的河床沖淤變化。方案四和方案五距離現(xiàn)狀站址較近，水深維持在-10 m左右，水深條件較好、交通便利、河岸穩(wěn)定、河床平坦、不易沖淤，對生態(tài)環(huán)境影響小，潮位、蒸發(fā)及降雨的連續(xù)性較好，可以作為新站址的推薦方案。

圖3 站址所在河道斷面歷史沖淤圖

4 結 論

(1)海門潮位站觀測項目分設多地，管理難度大，運行維護困難，不適應水文現(xiàn)代化和標準化要求。潮位站的遷建可以適應水文現(xiàn)代化和水資源強監(jiān)管的需要。

(2)從海門潮位站遷建選址所在河段的河床演變分析角度進行遷建選址方案比選研究。方案4和5站址位置交通便利、河岸穩(wěn)定、水深條件好、河床平坦、不易沖淤，對生態(tài)環(huán)境影響小，且位于椒江南岸，離現(xiàn)狀站址較近，潮位、蒸發(fā)及降雨的連續(xù)性較好。

(3)建議進一步結合城市發(fā)展和各行業(yè)規(guī)劃，結合椒江兩岸海塘提標工程，確定最終遷建站址，并進一步研究工程建設對城鄉(xiāng)建設規(guī)劃、港口航道及生態(tài)環(huán)境的影響。