长江南京以下12.5m深水航道二期工程水文测验分析

方华山+胡小雷

摘 要：本文以长江南京以下12.5m深水航道工程为例，对二期工程全河段枯水季节和洪水季节的水文情况进行了测验，掌握工程区河段的流场情况、水位情况、河床质分布特性、泥沙特性，并对测验成果进行了分析，为工程施工提供数据参考。

关键词：深水航道 二期工程 水文测验

1.工程概况

长江南京以下12.5m深水航道工程是“十二五”期全国内河水运投资规模最大、技术最复杂的重大工程。二期工程主要对长江南通至南京碍航河段实施关键控制工程和航道治理工程，结合疏浚维护措施，初步实现南京以下12.5m深水航道的建设目标。通过在工程区开展水文测验工作，充分了解和掌握全河段及锚地、护岸等重点工程区的水位、流场、泥沙特征及河床质分布特性等，以满足施工图阶段的研究要求。

2.测验工作的实施

2.1测验布置

为了了解工程区河段的河势情况和水文特性，本次测验根据技术要求，在测验河段内布置典型潮位站，运用固定垂线、ADCP断面测流、动船取沙和底质取样等多种测验手段，在新生圩～五峰山河段进行稳定期水文测验，在五峰山～天生港河段施测大中小潮三个代表潮，收集区域水文要素资料。

2.2测验时间

全潮测验分区段同步进行，上段为五峰山～江阴段，下段为江阴～天生港段。区段内断面测流、动船取沙与固定垂线同步观测，保证两涨两落，满足潮流闭合要求。全潮测验从代表潮低潮位开始，以最上游断面潮流封闭结束为准，施测时间28h左右。

全潮测验时间以上下游潮位站确定，以洪季测验为例，从区域水情判断，测验时间内大通站报汛流量为28100～37400m3/s。从测验期间测验区域上下游江阴站及徐六泾站的实测潮位过程线（图1）可以看出，本次测验大潮、中潮期间平均潮位较高、潮差较大，同时小潮期间潮差相对较小，故潮型的代表性较好，测验时间选取合理。

2.3测验方法

2.3.1潮位观测

水尺零点高程测量。临时潮位站水尺零点高程用四等几何水准接测，采用的起算点均为三等或三等以上高程校核点。

潮位观测。临时潮位站采用远传式水文自记仪及自容式验潮仪观测，记录间隔5min。稳定时段测验各临时水位站连续观测5d，全潮测验各临时水位站连续观测15d，抄录一个月长期潮位站数据。

2.3.2固定垂线流速流向观测

测船使用信标GPS定位。测船在开始测验前1h定位抛锚，误差控制在一个船长以内。在测验过程中随时检查测船位置，如发生移位等情况及时重新定位抛锚。

流速流向测验采用ZSX-3型流速流向仪，每小时整点施测流速、流向。水深>5.0m时用六点法往返施测，测验时使测至水底时间为整点，水深≤5.0m时采用三点法往返施测，测验时使测至0.8h时间为整点。

仪器悬挂离船舷不少于1.0m。测速时如钢丝绳偏角过大，采用较重的铅鱼。使用直读式流速流向仪时，每个测点均在测速前和测速后各测读一次流向，取二次读数平均值，若两次观测值较差>30°，则观测第三次，取较差小的两次平均值作为该点流向。

2.3.3ADCP断面测流

采用声学多普勒流速剖面仪进行流量测验，采用DGPS定位和外置GPS罗经进行航迹校正和船艏校正。采用的仪器为Teledyne RD Instruments 测流仪WorkHorse Broadband 300/600/1200 kHz，导航及定位采用的仪器为信标GPS。

稳定期ADCP断面测流一般在控制可代表长江径流的稳定期施测，保证各断面往返施测的平均时间基本处于高潮后2.5h左右，對于分汊断面以2～3测船同步施测，一般以分流前或汇流后的主断面进行时间控制。

2.3.4悬移质取样

每整点采取悬移质水样，加测测点不取悬移质沙样，取样时间与测流同步，取样采用6点分层法（水深<5m时采用3点法），取样容积为1000ml；各取样垂线及固定垂线在代表潮的前半个潮周期的涨急、涨憩、落急、落憩四次采取悬移质颗分样，取样时间与测流同步，取样采用6点分层法（水深<5m时采用3点法）；稳定时段测验的断面各取样垂线在流速流向测验的同时进行悬移质水样采集，取样采用6点分层法（水深<5m时采用3点法），每层均取双样，分别用于悬移质含沙量分析及悬移质颗粒级配分析，含沙量取样容积为1000ml，颗分取样容积为1000ml。

3.成果分析

3.1潮汐

（1）测区内的潮振动主要为太平洋潮波引起的协振动，潮波到达测验河段下游时，潮波的前后坡基本对称，波形尚未有多大变化，随着潮波不断向上游推进，波形发生变化，前后坡发生变化且愈发不对称。

（2）在整个测区范围内，M2分潮波起到主导作用，浅水分潮整体趋势自下游向上游逐渐影响变大。

（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趋势；平均高潮位、平均低潮位也有类似规律。河段左、右岸潮位和潮时相差均很小。

（4）涨潮潮差与落潮潮差基本相同。从上游向下游潮差基本是沿程递增的，越靠近河口段潮差越大。平均落潮历时均长于涨潮历时。

（5）纵比降随潮位涨落而发生波动，主要区间在0.1×10-4～0.2×10-4之间。

3.2 潮流

（1）稳定时段固定垂线流速随着落潮逐渐增加，垂线流速自上向下逐层减小。

（2）在全潮固定垂线潮流分布上，测区呈现典型的往复流特征。统计流速固定垂线流速极大值的数据分布，落潮期固定垂线最大流速极值多数出现在垂线的上部，一定程度上体现出区域上部水流流速较快，向水底渐减缓的水流特征；落潮期固定垂线平均流速要大于涨潮期，在流向分布上看，与区域地形相关，潮流的特征流向受地形的影响较为显著。

（3）在全潮ADCP测验流速极值分布上，大潮的涨潮、落潮流速极值大于中小潮；落潮极值流速大于涨潮；落潮流流速极值主要出现在水层的中上部，涨潮流极值流速断面各层均有分布。

（4）在全潮断面平均流速分布上，涨潮期断面平均流速大潮明显大于中、小潮，落潮大于涨潮；断面平均流向：除FY1断面外，断面平均流向各断面大、中、小潮差异不大。

（5）在全潮断面涨落潮历时分布上，全潮历时小潮最长、大潮最短，各断面相差不大。

3.3泥沙

（1）稳定时段测验各垂线含沙量的垂向分布整体都是从上层向底层逐渐增大，含沙量最大值大多出现在底层或0.8层。垂线平均含沙量在断面上各点变化不大，从上游往下游无明显变化规律。

（2）稳定时段各断面测点悬移质中值粒径值大多在0.009～0.012mm之间，相差不大，且颗粒粒径较细，但垂向分布无明显规律。

（3）稳定时段底质中值粒径范围在0.009～0.314mm。测区范围内岩土类型主要为细砂，其次是粘性土、粘质粉土，少量中砂和粗砂，其中仅CS16-C为角砾。

（4）全潮测验中实测最大含沙量大多出现在底层或相对水深的0.8层。各测点各层涨、落潮最大含沙量的垂向分布整体都是从上层向底层逐渐增大。

（5）测点各层涨、落潮最大含沙量的垂向分布变化比较明显，整体含沙量都是从上层向底层逐渐增大的特征，各测点底层含沙量基本均大于表层，这与含沙量分布规律较为一致。

4.结论

综上所述，测验区域边界条件变化比较大，包括护岸工程、整治建筑物、挖沙、码头等受环境的影响比较大，需要做好施工期和运营期间的监测工作，另外还要加强该河段枯水季水文环境的监测力度。

参考文献：

[1]郑道贤.大江截流水文测验及水文要素变化分析[M].北京：中国水利水电出版社，2000：29.

[2]叶德旭，胡焰鹏，张景森，等.截流水文泥沙监测中几个关键技术的研究与实践[J].水文，1999， （01）：43-46.

[3]曾陈平.在深厚软基上截流的关键因素和技术措施浅析[J].广东水利水电，2003， （04）：76-78.