长江口潮流量影响因子分析及设计潮流研究

【摘要】本论文以苏通大桥桥位为典型，研究长江口潮流量影响因子及设计潮流。论文针对桥位河段实测潮流资料短缺和零碎，潮位系列相对完整的实际情况，对潮流与潮位间的物理关系加以概化，探索基于潮流～潮位相关分析的设计潮流量推算方法，创造性地解决生产实际难题。

Abstract：It takes the Suzhou-Nantong ChangJiang highway bridge for example in this paper to research the impact Factor and design tide of the ChangJiang estuary. Because the measured data is shortage and fragmented and the tidal level series is relatively complete of the bridge river， we overview of the physical relations between the tidal flow and tidal level， explorate the projection method of the tidal flow by correlation analysis between tidal flow and tidal level， solute the practical problems creativity

1.设计潮流研究现状

感潮河段的水流随潮汐而呈来回往复运动，因此其设计潮流量或潮流速应按涨潮和落潮分别计算。若研究河段具备长系列潮流观测资料，还是可以采用频率分析方法计算其设计值。但由于感潮河段水流的复杂性增加了观测的难度，我国大部分感潮河段的潮流观测资料非常少，有的是迫于工程实践的需要临时组织观测，次数非常有限，有的是近十几年才开始断断续续的观测，而且在风大、浪高、流急的风暴潮期间，未能进行潮流观测。

目前，对于缺乏长系列流量资料的感潮河段，通常采用设计潮型潮流数学模型模拟法或设计潮型定床河工模型试验法推求设计潮流量，即首先确定各种上、下边界设计潮型遭遇组合的概率，然后采用潮流数模计算或定床河工模型试验得出不同边界组合相应的最大涨（落）潮流量，认为该最大涨（落）潮流量具有与产生它的边界组合相同的出现概率，因每一种组合均对应一个最大涨（落）潮流量与一个概率，从而建立最大涨（落）潮流量的概率分布，推求不同频率的设计潮流量。在确定上、下边界的组合概率时，有的按两者相互独立处理，即组合概率等于上、下边界各自概率的乘积；有的按两者同频率处理，即组合概率等于上边界概率等于下边界概率；有的建立上、下边界的联合分布模型确定联合概率。该类方法存在以下几个方面的问题：（a）设计潮位过程的推求目前尚不成熟，真正需要的是指定频率的设计潮位过程，实际推求中只能以指定频率的个别潮汐特征（如高潮位）为控制进行典型潮位过程的放大，其中存在较大的任意性，致使以设计潮位过程为边界数模计算所得或物模试验所得潮流量及潮流速带有任意性；（b）上下边界的设计潮位过程往往既不完全相关，也不完全独立，建立联合概率分布分析不同边界遭遇的概率比较困难；（c）上下边界遭遇的概率能否等同于该组合下桥轴断面潮流量数值的发生概率还值得商榷。

2.桥位河段河道概况

苏州至南通长江公路大桥位于江苏省东部长江下游的澄通河段下段――南通河。江南为苏州，江北为南通市。苏通长江公路大桥工程可行性研究阶段选定的东线桥址位于南通市下游约38km处徐六泾节点段。

随着长江河口区向海洋延伸和自然缩窄，及长期河道整治，近百年来，桥位河段已从历史上宽浅、摆动较剧烈的大河弯型演变为目前两个平顺衔接、连续反向、宏观河势较为稳定的“S”型河道。狼山沙东水道河道顺直，主深槽紧靠狼山沙东侧，沙头略有后退。近年来，狼山沙尾部已逼近徐六泾节点段深槽，并渐趋势定。在狼山沙东侧受冲的同时，新开沙西侧向外扩展，并向下延伸。狼山沙东、西水道和通州沙西水道三汊水流汇合后，顶冲徐六泾节点段后进入河口段南、北支。徐六泾以下的崇明岛将长江主流分入南、北两支。北支分泄长江径流不足5%，以涨潮动力为主，河床宽浅、沙洲众多。南支从白茆河口至七丫口为白茆沙水道，并被白茆沙分为南、北水道。

3.设计潮流量及潮流速的推求

3.1潮流量与潮位要素的相关分析

由于感潮河段的水流呈往复式运动，一个潮流期包括涨潮、落潮两个阶段，径流对涨潮和落潮的作用不同，因此分涨潮、落潮两个阶段

3.1.1涨潮流量与潮位要素的关系分析

3.1.2落潮流量与潮位要素的关系分析

3.2相关法推求设计潮流量

3.2.1设计年最大涨潮流量的推求

将逐年徐六泾站的最大涨潮潮差代入式（3-1）得到年最大涨潮流量系列，对该系列进行频率计算即可求得不同设计频率相应的设计年最大涨潮流量，计算结果见表3-1，频率曲线见图1。

3.2.2设计年最大落潮流量的推求

将逐年天生港发生最高潮位时徐六泾站的落潮潮差和天生港低潮位代入式（3-2）求得年最大落潮流量。对该系列进行频率计算即可求得不同设计频率相应的设计年最大落潮流量，计算结果见表3-2，频率曲线见图2。

3.3设计年最大潮流速的推求

3.3.1设计年最大垂线平均流速的推求

2。设计年最大垂线平均落潮流速的推求

由各代表垂线最大点流速与平均流速的换算系数，可以推求由设计垂线平均流速得到相应的垂线最大点流速，计算结果见表3-5：

3.3.3设计断面平均流速的推求

根据资料按涨潮、落潮分别建立最大流量与最大断面平均流速的相关关系。与相应样本值作比较，统计误差及保证率，发现相关性较高，将各次的自变量（潮流量）代入各自的相关方程计算出回归最大断面平均潮流速，结果见表3-6：

4.总结

感潮河段潮位和潮流量关系极其复杂，为寻求潮位要素与潮流量的关系，本文经过分析研究，通过98个实测涨、落潮流量资料和97个实测上、下边界资料经模拟计算得到的潮流量资料。首先分析了高潮位、潮差、上游来水（以相应低潮位表示）与涨、落潮流量的关系。经分析研究表明：涨潮流量仅与涨潮潮差有关，与相应低潮位无关；落潮流量与落潮潮差、相应低潮位均有关，建立落潮流量与徐六泾落潮潮差、相应天生港低潮位的关系，具有较好关系。同时直接建立落潮流量与徐六泾最高潮位的关系，同样获得了较好的关系。但精度没有前者高。本次计算采用精度高的落潮流量与徐六泾落潮潮差、相应天生港低潮位的关系，推求历年最大落潮流量系列。目前，我们采用了1996、1997、1998和1999年实测和由非恒定流计算的涨、落潮资料，分别建立了涨潮潮差与最大涨潮流量的关系，相关系数达0.93；最高潮位与最大落潮流量的关系，相关系数达0.94。由实测资料分析年最高潮位发生时间与年最大落潮流量发生时间基本一致。由此关系用1000多个潮汐要素推算47年最大涨潮流量序列和年最大落潮流量序列进行频率计算，求出设计年最大涨潮流量和年最大落潮流量，成果可靠。

参考文献

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