長江南京以下12.5m深水航道二期工程水文測驗分析

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，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

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)開展水文測驗工作，充分了解和掌握全河段及錨地、護(hù)岸等重點工程區(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.測驗工作的實施

2.1測驗布置

為了了解工程區(qū)河段的河勢情況和水文特性，本次測驗根據(jù)技術(shù)要求，在測驗河段內(nèi)布置典型潮位站，運用固定垂線、ADCP斷面測流、動船取沙和底質(zhì)取樣等多種測驗手段，在新生圩～五峰山河段進(jìn)行穩(wěn)定期水文測驗，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測驗時間

全潮測驗分區(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。

全潮測驗時間以上下游潮位站確定，以洪季測驗為例，從區(qū)域水情判斷，測驗時間內(nèi)大通站報汛流量為28100～37400m3/s。從測驗期間測驗區(qū)域上下游江陰站及徐六涇站的實測潮位過程線（圖1）可以看出，本次測驗大潮、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，測驗時間選取合理。

2.3測驗方法

2.3.1潮位觀測

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

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潮儀觀測，記錄間隔5min。穩(wěn)定時段測驗各臨時水位站連續(xù)觀測5d，全潮測驗各臨時水位站連續(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。測船在開始測驗前1h定位拋錨，誤差控制在一個船長以內(nèi)。在測驗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。

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

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，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

每整點采取懸移質(zhì)水樣，加測測點不取懸移質(zhì)沙樣，取樣時間與測流同步，取樣采用6點分層法（水深<5m時采用3點法），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點分層法（水深<5m時采用3點法）；穩(wěn)定時段測驗的斷面各取樣垂線在流速流向測驗的同時進(jìn)行懸移質(zhì)水樣采集，取樣采用6點分層法（水深<5m時采用3點法），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）全潮測驗中實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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