趙建鋒，張新周，丁 聰

(1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122;2.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029)

水文測(cè)驗(yàn)是水利的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作，為流域水安全保障、水資源的開發(fā)利用與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)在水事糾紛仲裁與重大工程建設(shè)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(shù)導(dǎo)則規(guī)定，河道水文測(cè)驗(yàn)站選址應(yīng)考慮防汛抗旱、水資源管理、河道航運(yùn)、河勢(shì)演變、水工程或交通運(yùn)輸過程的管理運(yùn)用等方面的需求[1]。而河道河勢(shì)穩(wěn)定與否對(duì)水文站的選址起決定性作用，測(cè)驗(yàn)斷面河勢(shì)不穩(wěn)，河床演變劇烈，將直接影響水文測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。曹煒[2]對(duì)水文站選址要求進(jìn)行了總結(jié)，指出測(cè)驗(yàn)斷面應(yīng)為河道順直、穩(wěn)定的河道斷面，以保證水位流量關(guān)系的高靈敏度。鄧懿等[3]指出水文測(cè)驗(yàn)斷面應(yīng)盡量規(guī)避河道中有淺灘的地方，斷面選址時(shí)應(yīng)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(guó)安[5]結(jié)合雙捷和雙橋水文站分析了河床下切對(duì)水文測(cè)量的影響。蔣治華[6]、孫鴻[7]研究了河道采砂對(duì)西河鎮(zhèn)水文站、東風(fēng)水文站測(cè)量的影響，均說明水文測(cè)驗(yàn)斷面河床穩(wěn)定性對(duì)水文測(cè)量有直接影響。

根據(jù)水利部水文局《全國(guó)水文現(xiàn)代化建設(shè)指導(dǎo)意見》，臺(tái)州市海門潮位站計(jì)劃開展遷建工程，本文從河勢(shì)穩(wěn)定、河床演變角度對(duì)海門潮位站新站測(cè)驗(yàn)斷面選址方案進(jìn)行比選研究，為新站選址提供技術(shù)支撐。

1 海門潮位站概況

海門潮位站現(xiàn)位于臺(tái)州市椒江區(qū)椒江南岸油庫(kù)碼頭，屬于國(guó)家基本水文測(cè)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(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供水文支撐服務(wù)?，F(xiàn)觀測(cè)項(xiàng)目有潮位、水質(zhì)、降水、蒸發(fā)、氣壓等。1931年11月20日相關(guān)部門在振市碼頭設(shè)立海門潮位觀測(cè)站，后幾經(jīng)變化于1981年1月在油庫(kù)碼頭設(shè)立觀測(cè)潮位至今。蒸發(fā)項(xiàng)目幾度停復(fù)測(cè)，現(xiàn)因場(chǎng)地不滿足測(cè)驗(yàn)條件處于停測(cè)狀態(tài)，已影響到水文資料觀測(cè)的連續(xù)性。

2 海門潮位站現(xiàn)狀分析

椒江流域及臺(tái)州灣是浙江省經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)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(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮等災(zāi)害的不斷發(fā)生又對(duì)該地區(qū)的發(fā)展構(gòu)成了巨大的威脅。建立完善的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)椒江流域及臺(tái)州灣地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、水資源開發(fā)利用、防汛抗旱、水環(huán)境保護(hù)、水利工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行、城市水文變化規(guī)律研究、加快實(shí)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(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的要求，主要表現(xiàn)在：

(1)觀測(cè)項(xiàng)目分設(shè)多地，管理難度大

海門潮位站由于受場(chǎng)地制約，觀測(cè)項(xiàng)目分設(shè)多處，潮位在海軍油庫(kù)碼頭觀測(cè)；水質(zhì)通過人工采樣運(yùn)送到臺(tái)州市潮位站化驗(yàn)；氣壓在江堤海門潮位站管理房?jī)?nèi)觀測(cè)；降水和蒸發(fā)項(xiàng)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(shè)需要，已停用。觀測(cè)工作缺乏整體性，無拓展性，不利于水文業(yè)務(wù)管理，影響功能發(fā)揮。

(2)運(yùn)行維護(hù)困難

海門潮位觀測(cè)場(chǎng)所自設(shè)站后一直在不同碼頭流動(dòng)觀測(cè)，現(xiàn)狀觀測(cè)場(chǎng)所依附于海軍油庫(kù)碼頭。水位臺(tái)所處位置岸邊灘地逐年淤積升高，測(cè)井四周已被淤泥包圍，已嚴(yán)重影響潮位測(cè)驗(yàn)。現(xiàn)狀靠對(duì)測(cè)井內(nèi)部清淤進(jìn)行維持，隨著岸邊灘泥繼續(xù)抬高，大面積清淤工程量大、費(fèi)用高、施工難度大，已面臨報(bào)廢的危險(xiǎn)。

(3)不適應(yīng)水文現(xiàn)代化和標(biāo)準(zhǔn)化要求

現(xiàn)代化水文和標(biāo)準(zhǔn)化水文測(cè)站要求測(cè)站環(huán)境優(yōu)美、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)轉(zhuǎn)高效、管理規(guī)范、設(shè)備自動(dòng)化、綜合服務(wù)能力強(qiáng)，為地方經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供水文支撐?，F(xiàn)狀海門潮位站場(chǎng)地狹小，無升級(jí)改造條件，且交通極為不便。

3 遷建工程測(cè)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(cè)連續(xù)性及一致性，本項(xiàng)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(gè)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(cè)；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(cè)；方案4遷建站址位于椒江區(qū)椒江南岸現(xiàn)狀站址西側(cè)400 m處；方案5遷建站址位于椒江南岸現(xiàn)場(chǎng)址東側(cè)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(zhǎng)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，入海口松浦閘斷面江面寬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，入海口有浙江著名的港口—海門港、三山港。1987年起在柵浦附近拋石構(gòu)筑4 300 m長(zhǎng)的江心長(zhǎng)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(dòng)力條件

椒江河口屬于典型的山溪性強(qiáng)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(yīng)。流域洪水暴漲暴落，徑流量變幅極大，受梅雨和臺(tái)風(fēng)雨影響，汛期( 4—9月)流量占全年總量的75%，實(shí)測(cè)最大洪峰流量16 300 m3/s，實(shí)測(cè)最小流量0.39 m3/s。

椒江口海門潮位站實(shí)測(cè)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(shí)測(cè)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(duì)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(shí)測(cè)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(dòng)力強(qiáng)，含沙量相對(duì)較大，小潮汛的潮流動(dòng)力減弱，含沙量相對(duì)較小。根據(jù)2013—2016年椒江和靈江含沙量觀測(cè)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(dá)到20 kg/m3以上，底部含沙量最大可達(dá)60 kg/m3左右，發(fā)生在大潮落潮憩流時(shí)段；大潮含沙量高、小潮含沙量較低。早期觀測(cè)資料主要集中于椒江河段，1983年、1999年、2005年椒江觀測(cè)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(fù)運(yùn)動(dòng)，落潮下移漲潮上溯，大潮運(yùn)移從牛頭頸至西岙區(qū)間長(zhǎng)達(dá)30 km，小潮運(yùn)移長(zhǎng)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(dòng)性江心沙洲，半個(gè)多世紀(jì)來，椒江上游的仙居、天臺(tái)、臨海等地先后建起了大大小小的水庫(kù)。尤其是1962年，黃巖長(zhǎng)潭水庫(kù)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(dòng)和河道整治工程(長(zhǎng)順堤工程)的實(shí)施均對(duì)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(dòng)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(zhǎng)順堤工程對(duì)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(zhǎng)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(diào)整，但幅度不大，河床沖淤保持動(dòng)態(tài)平衡。歷史上椒江段深泓線橫向擺動(dòng)大，自長(zhǎng)順堤系列工程實(shí)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(dòng)及上游來水有密切關(guān)系。60年代之前，椒江河床比較穩(wěn)定，河床地貌和動(dòng)力條件之間基本平衡。此后受上游水庫(kù)建設(shè)、采砂活動(dòng)影響嚴(yán)重，河床下切刷深。90年代以來主要受永寧江口治理長(zhǎng)順壩工程建設(shè)影響，椒江大橋上游南側(cè)沖刷，北側(cè)淤積。椒江大橋下游南槽沖刷，北槽長(zhǎng)順壩入口淤積。椒江河段南側(cè)-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(dòng)影響基本結(jié)束，河床處于動(dòng)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(zhǎng)順堤的影響趨于結(jié)束，近期則處于動(dòng)態(tài)平衡階段，隨徑流大小略有調(diào)整。從橫斷面歷年變化來看，長(zhǎng)順堤上游河床橫斷面呈“U型”，長(zhǎng)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(dǎo)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(zhǎng)順堤工程入口或南槽位置，水深位置在-6 m左右。當(dāng)上游來水來沙條件發(fā)生較大變化時(shí)，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(duì)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(jié) 論

(1)海門潮位站觀測(cè)項(xiàng)目分設(shè)多地，管理難度大，運(yùn)行維護(hù)困難，不適應(yīng)水文現(xiàn)代化和標(biāo)準(zhǔn)化要求。潮位站的遷建可以適應(yīng)水文現(xiàn)代化和水資源強(qiáng)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(jìn)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(duì)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(jìn)一步結(jié)合城市發(fā)展和各行業(yè)規(guī)劃，結(jié)合椒江兩岸海塘提標(biāo)工程，確定最終遷建站址，并進(jìn)一步研究工程建設(shè)對(duì)城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃、港口航道及生態(tài)環(huán)境的影響。