天星洲大桥及连接线工程水面流速流向观测

罗昌军 聂霁 秦永

【摘要】简要介绍了扬中河段天星洲汊道河流情况，在天星洲汊道河流进行了表面流速流向观测，对测量成果和航迹线图进行了初步的分析，为大桥的水文模型计算和施工設计提供基础的数据和建议。

【关键词】天星洲汊道；流速；流向；航迹线

1、引言

天星洲汊道河流受径流和潮流的双重影响 ， 水流动力结构十分复杂， 双向水沙运动是本河段的基本特征 ， 落潮流是塑造本河段主槽河床形态的主要动力。天星洲左汊分流比约5%，洲体长约8750m，洲体最宽处约1450m，面积约8.3km2，滩面高程约2.5～3.0m，左汊夹江内-5m河槽尚未贯通，枯水河宽约300～500m。测区处于长江下游感潮区，水位为非正规半日潮型，水位受到潮汐的明显影响。每日水位两涨两落，涨潮历时3小时多，落潮历时8小时多。但主要受上游径流变化为主，年内变幅也较大。全年以雨洪径流为主，同时受潮汐影响。

为了掌握天星洲汊道河流的流速流向情况， 为天星洲大桥水文模型计算提供真实可靠的原始数据 ， 为大桥的设计和施工提供及时准确的基础资料， 在天星洲汊道河流进行表面流速流向观测。

2、表面流速流向观测

2.1观测时间

2016年2月27日，流速流向观测在落潮稳定期进行，在测量表面流速流向前，先用DEM6型手持式风速风向仪测定风速和风向。实测风力小于3级时方才施测，以避免风对水体表面流速流向的影响。

2.2观测方法

⑴应提前观测水位，掌握水位变化趋势，以确定在落潮稳定时期内观测水面流速流向。

⑵本项目水面流速流向观测是在拟选桥位上游1000m至下游1000m，共布置5条表面流速流向线，主泓部进行了适当加密。水面流速流向观测采用水面浮标法，浮标材质为圆柱木质浮标，入水深度不得少于0.5m，露出水面不大于0.1m。采用DGPS跟踪法，由南方导航软件采集DGPS定位数据。测量前根据现场流速大小情况，设定合适的数据采集时间间隔，以点间距不大于图上20mm的等时间方式采集数据。投放浮标时一定注意始放位置，尽量使浮标投放合理。应在预置测线上端点20m左右开始投放，在预置测线下端点20m处方可结束。

⑶施测时尽量使轨迹线完整，当浮标进入漩涡区、死水区不动时，或两条测线非常接近或交叉时，方可人工干预外，其余一律保持其自然流态。当实际流向偏离预置测线较远时，中间出现空白区时，必要时应适当增加测线。若测区有回流，则应测出回流边界，可采用测船沿着回流边界航行采集边界坐标。回流区域内也应适当施测水面流速流向以便于了解回流区内的水流特征。

⑷在水面流速流向观测时，应同时在测区观测水位、风力风向、天气情况等，当风力超过三级时对浮标的运动速度和轨迹有影响时，不应施测。本次项目共施测了5条航迹线，最长距离2721m，最短距离1713m。

2.3数据处理

DGPS跟踪的表面流速流向数据，通过“水面流向数据处理软件”处理，表层流速流向根据流路比较一致的一段起止点的坐标来计算 ， 计算公式如下：

处理好的数据在AutoCAD里绘制成图，并统计出最大流速、最小流速、平均流速等特征值。在数据处理时除对个别异常数据点进行了合理性修改外，其余一律遵循自然流态。

3、流速流向数据分析

由图1表层最大流速示意图可以看出天星洲汊道河流表面流速具有中间大，两边小的特点，靠近左岸的流速比右岸流速大。由于河道主流的右移，砲子洲、录安洲左缘受水流顶冲，曾发生过较严重的崩退，经不断守护后两洲左缘基本维持稳定，录安洲亦形成了对河势具有控制作用的人工节点。天星洲偏靠河道左岸，是伴随该水域河道主流右移而形成，从-5m等高线看，该洲滩形似依附左岸的大边滩。

天星洲汊道河流受径流和潮流的双重影响，但主要受上游径流变化为主，由于长江水在天星洲洲头的分流，流入天星洲汊道的流速相对较小，河流相对比较平稳。对大桥的影响相对较小。

4、结论

（1）本次天星洲汊道河流表面流速流向观测 ， 为天星洲大桥水文模型和物理模型提供了真实可靠的原始数据 ， 为大桥的施工设计提供了及时准确的基础资料。

（2）通过表面流速流向观测数据计算和航迹线分析 ， 可以看出天星洲汊道河流表面流速具有中间大，两边小的特点，靠近左岸的流速比右岸流速大，由于长江水在天星洲洲头的分流，流入天星洲汊道的流速相对较小，河流相对比较平稳。对大桥的施工影响相对较小。

（3）建议有关单位定期进行监测 ， 加强分析研究， 为天星洲汊道河流的河势稳定和大桥的设计和安全施工提供科学依据。

参考文献：

[1]李龙成：《GPS在水文河道地形测量中的应用探讨》，《科技信息（科学教研）》，2012年10期

[2]石明华：《用于水文测量的数据记录和传输设备的标准化设计》，《气象水文海洋仪器》，2011年02期

[3]恽才兴. 长江河口近期演变基本规律[ M ] . 北京：海洋出版社， 2004.