陽江港豐頭作業(yè)區(qū)多用途碼頭驗潮站布設(shè)方案研究

高瑞超，張翠英，張存柱

（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222；2.天津外國語大學(xué)，天津 300204）

引 言

陽江港位于廣東省陽江市西南25 km 處，在廣州港和湛江港兩大主樞紐港之間。陽江港現(xiàn)階段有吉樹作業(yè)區(qū)和豐頭作業(yè)區(qū)，兩個作業(yè)區(qū)隔海灣相望。吉樹作業(yè)區(qū)已初具規(guī)模，而豐頭作業(yè)區(qū)還處于初步規(guī)劃設(shè)計階段。為了給工程設(shè)計和建設(shè)提供依據(jù)，需要進(jìn)行水深測量，成果應(yīng)滿足施工圖階段工程設(shè)計需要。

測深儀測量得到的數(shù)據(jù)是海水的瞬時水深，海水在天體（主要是月球和太陽）引潮力作用下產(chǎn)生周期性漲落潮，使得海水表面高程不斷變化，因此潮位數(shù)據(jù)是獲取海底泥面高程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)[1]，為此需制定一套合理的潮位控制方案。

1 研究思路

陽江港吉樹作業(yè)區(qū)為較成熟港區(qū)，豐頭作業(yè)區(qū)為新建港區(qū)，兩個作業(yè)區(qū)隔海灣相望，豐頭作業(yè)區(qū)的深度基準(zhǔn)須與吉樹作業(yè)區(qū)的深度基準(zhǔn)保持統(tǒng)一。豐頭作業(yè)區(qū)擬建的多用途碼頭南北向長度約4 km，與對岸的吉樹作業(yè)區(qū)跨水域距離1～3 km 不等，且所跨水域為入?？诟浇?，此區(qū)域可能存在上游和下游之間、水域兩岸之間潮位差異的現(xiàn)象，所以擬建碼頭區(qū)域有可能會超出吉樹作業(yè)區(qū)驗潮站的潮位控制范圍。

為了驗證水域?qū)Π?、上游和下游三地潮位是否一致，并為后續(xù)水深測量潮位改正提供潮位數(shù)據(jù)，本項目進(jìn)行了7 天7 夜同步驗潮。使用3 臺自容式驗潮儀放置在三地水域的海底設(shè)立臨時驗潮站，驗潮儀分別記錄三地連續(xù)水壓值，計算出三地的水深，計算公式[2]如下：

式中：H 為水深，單位m；P 為儀器測得的壓力（絕對壓力），單位kPa；A 為大氣壓，單位kPa；ρ 為計算時采用的海水密度，單位kg/m3；g 為重力加速度，單位m/s2。

由水深數(shù)據(jù)計算出三地的潮位數(shù)據(jù)，通過比對同時刻的潮位值，分析三地的潮汐情況。

2 儀器相關(guān)參數(shù)求取與精度檢驗

使用自容式驗潮儀4 臺進(jìn)行潮位觀測[3]，其中一臺作為氣壓計使用。其精度為滿量程的0.05 %，驗潮范圍為0～50 m 水深。

在公式（1）中，水深H 為未知數(shù)，壓強P 為純水壓即為驗潮儀的壓力值減去氣壓計的壓力值，則海水密度ρ 和重力加速度g 的取值成為關(guān)鍵。直接測定海水密度過程較為復(fù)雜，本項目采用將驗潮儀分別固定于水下已知相互高差的若干位置采集多組數(shù)據(jù)的方法[2]計算出ρ=1.016 kg/m3。重力加速度[2]取值：

g=9.7803×(1+0.0053024sin2φ-0.000005sin2φ)≈9.787 m/s2

其中φ 為驗潮儀的地理緯度21.7°。

表1 驗潮儀校核

本次驗潮采用的驗潮儀在正式工作之前進(jìn)行了校核試驗。將驗潮儀設(shè)置好后固定在專用驗潮儀支架上安置于海底并進(jìn)行觀測值自動記錄，岸上由人工同步觀測潮位，觀測時長涵蓋一個最低潮和與之相鄰的最高潮。對比驗潮儀觀測數(shù)據(jù)和人工觀測潮位數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示：潮位數(shù)據(jù)平滑連續(xù)，儀器觀測的潮差與人工觀測潮差之差不大于2 cm，最高潮與最低潮出現(xiàn)時刻相同，同時刻驗潮儀觀測潮位與人工觀測潮位基本相同。試驗結(jié)果表明驗潮儀穩(wěn)定可靠[4]，驗潮儀各項常數(shù)設(shè)置符合當(dāng)?shù)厮臈l件，潮位觀測精度符合測量規(guī)范要求。驗潮儀校核數(shù)據(jù)見表1。

3 臨時驗潮站布設(shè)

分別在測區(qū)北部水域兩岸放置兩臺驗潮儀、擬建碼頭最南端放置一臺驗潮儀，設(shè)立三個臨時驗潮站JSSC、FTSC、WHSC，由海底的驗潮儀自動記錄該點的水壓數(shù)據(jù)。此布設(shè)方式可同時觀測水域兩岸和水域上下游潮位情況。潮位站位置無沙洲、淺灘阻隔，無壅水、回流現(xiàn)象。

水深測量的深度基準(zhǔn)引自吉樹作業(yè)區(qū)，所以本次潮位控制的主站布設(shè)在吉樹作業(yè)區(qū)，以JSSC 潮位站為主站。為了得到JSSC 潮位站驗潮儀零點高程，于潮位站附近設(shè)立人工潮位觀測點RGSC，同步驗潮。潮位數(shù)據(jù)正常、無跳點、潮位曲線圓滑且成正弦曲線。各潮位站具體信息見表2，潮位站分布示意見圖1。

表2 潮位站信息

圖1 臨時驗潮站位置示意

4 潮位觀測與傳算

4.1 潮位觀測

本次水深測量的3 個潮位站潮位觀測均采用壓力自容式潮位儀進(jìn)行自動水壓數(shù)據(jù)（水壓和氣壓之和）采集與記錄，并在同步驗潮期間使用氣壓計進(jìn)行同步大氣壓的數(shù)據(jù)采集，然后利用采集的水壓觀測值和大氣壓觀測值計算與之對應(yīng)時刻的水深值。

自容式潮位儀安裝在專用驗潮儀架中并置于水底，以防止觀測過程中出現(xiàn)位移。數(shù)據(jù)采集時間間隔為10 分鐘，整10 分鐘時刻進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測。

驗潮期間在RGSC 人工潮位觀測點采用人工潮位觀測方式觀測潮位。

4.2 潮位站驗潮儀零點及瞬時潮位計算

潮位站驗潮儀零點求取及瞬時潮位計算分三步進(jìn)行。

1）根據(jù)潮位儀的觀測值（水壓和氣壓之和）、大氣壓觀測值通過公式（1）計算各時刻水深值。

2）通過人工潮位觀測點RGSC 的人工潮位觀測值和對應(yīng)JSSC 潮位站潮位儀的水深值，計算出該潮位站驗潮儀的零點高程，進(jìn)而計算得到該站各時刻潮位。

3）以JSSC 潮位站為主站，采用同步期平均海平面法[5]傳算潮位站FTSC、WHSC2 驗潮儀零點高程，進(jìn)而計算各潮位站各時刻潮位。

5 計算結(jié)果與分析

5.1 瞬時潮位比對

表3 三地同步驗潮數(shù)據(jù)統(tǒng)計

三地同步驗潮部分?jǐn)?shù)據(jù)見表3。根據(jù)采集的潮位數(shù)據(jù)可以看出，三地的潮汐性質(zhì)相同，且不存在潮時不等的現(xiàn)象。FTSC 站與JSSC 站最大潮差為 4 cm，JSSC 站與WHSC 站最大潮差為6 cm，由此可知最大潮差均小于10 cm，在進(jìn)行水深測量時可以認(rèn)為三地潮位相同，布設(shè)一個驗潮站即可滿足潮位控制精度要求。

5.2 測深精度檢測

本工程水深測量的比例尺為1:5 000，使用的測量儀器為單波束測深儀。水深數(shù)據(jù)潮位改正時，以JSSC 潮位站單潮位進(jìn)行改正[1]。

測量期間進(jìn)行了測深檢查線測量，檢查線貫穿整個測區(qū)，以同精度檢查的方式檢查不同時間所測成果的正確性，從而保證水深測量成果質(zhì)量，也可反映出潮位控制情況。測深檢查線垂直于主測深線方向布設(shè)，總長度（6 km）為主測深線長度（62 km）的9.7 %。對檢查線與主測線的水深重合點進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，對比結(jié)果見表4。

表4 同精度測深比對情況

根據(jù)表4 數(shù)據(jù)計算測深中誤差為±0.06 m，表明測深精度滿足規(guī)范要求，此潮位改正方案可行。

6 總 結(jié)

豐頭作業(yè)區(qū)擬建碼頭最南端、最北端以及對面的吉樹作業(yè)區(qū)三地的潮汐性質(zhì)一致，瞬時潮位基本相同，在以后的水深測量中只需在附近建立一個驗潮站即可滿足水深測量精度要求?？紤]到豐頭作業(yè)以后施工比較頻繁，建立固定驗潮站容易遭到破壞，所以驗潮站布設(shè)在吉樹作業(yè)區(qū)，既可節(jié)省工作量又可提高工作效率。