赤湾站潮位与茅洲河沙井河口断面水位关系分析

陆文秀，李 亮

(深圳市广汇源环境水务有限公司，广东 深圳 518020)

深圳市地处广东南部，东临大亚湾和大鹏湾，西濒珠江口和伶仃洋。多年平均年降雨量1919mm。由于深受季风的影响，夏季盛行偏东南风，时有季风低压、热带气旋光顾，高温多雨；平均每年受热带气旋(台风)影响4～5次，是现代大都市中受风灾影响较多的城市之一。

1 深圳台风概述

统计2000—2018年影响深圳的热带气旋，对深圳有严重影响(平均风力≥8级或G≥10级(24.5)；平均风力≥6级且日雨量≥80mm；平均风力≥5级且日雨量≥100mm；过程总雨量≥250mm)的台风共23个。本次从中选取风级大、影响重、资料完整的台风共7个，7个台风风级统计见表1，路径如图1所示。

表1 近年主要台风风级与增水统计表

图1 近年主要台风路径图

台风灾害具有不确定性大、范围广等特点。2017年，台风“天鸽”近海快速加强，24小时内强度“三级跳”，由热带风暴加强为强台风，并以强台风强度登陆珠海，登陆时中心附近最大风力14级(45m/s)，成为年内影响深圳的最强台风，并堪称1949年以来登陆珠江口的最强台风。“天鸽”影响期间深圳市气象台发布历史第二个台风红色预警信号，全市实行“四停”。“天鸽”给深圳市带来暴雨和8～10级阵风，沿海和高地阵风10～12级，最大阵风14级(43.2m/s，天文台站)。受其影响全市2人受伤，近50辆车受损，50余处内涝积水，超过2700棵树木和部分市政设施受损，风暴潮引起宝安西乡排涝河、衙边涌局部河段出现漫堤，大鹏新区土洋上洞村海水倒灌。

2018年，台风“山竹”距离深圳最近约130km，中心附近最大风力15级(48m/s，相当于162km/h)，实测最大阵风52.7m/s(16级，南山区内伶仃南站)，最大10分钟平均风速为35m/s(12级，盐田区东部华侨城)。最大24小时累积降雨量最大为329.9mm(罗湖区梧桐村站)。“山竹”共造成内涝积水165处；东部11.67km海堤受损，其中盐田区海堤受损长3.9km，大鹏新区海堤受损长8.57km；宝安区排涝河、龙岗区龙岗河河口段以及部分支流漫堤；先后16座水库超汛限水位。

2 沙井排涝泵站

沙井排涝泵站及其集水河道按照20年一遇24小时设计暴雨不受淹的标准设计，设计抽排流量为5×34=170m3/s(单泵设计流量34m3/s)，装机容量5×1600=8000KW，设计扬程2.23m，属大(2)型，工程等别为Ⅱ等；沙井水闸设计泄洪流量为219.8m3/s，属中型水闸，考虑与大型泵站联合运行的重要性，且要防御茅洲河高标准洪水，水闸等别与茅洲河堤防相同，工程等别为Ⅰ等。泵站主体布置在沙井河右岸与茅洲河之间的三角地，由沙井排涝泵站、引渠和进出口建筑物、沙井河口水闸、调度中心办公楼等，共四大部分组成。如图2所示。

图2 区域水系及泵站服务范围及泵站平面布置图

3 研究意义

深圳市平均每年受热带气旋(台风)影响4～5次，热带气旋(台风)影响期间，风暴潮可能使感潮河段潮位急剧上涨，河道堤防防汛抢险压力也随之增大。沙井泵站主体工程所在位置地势较低，若茅洲河沙井河口断面附近河段漫堤，则泵站将面临失效的风险。因此，研究赤湾站潮位与茅洲河河口水位、茅洲河沙井河口断面水位之间的关系，可以根据赤湾站潮位预报信息提前预判茅洲河沙井河口断面处可能达到的最高水位，为沙井泵站应急抢险工作提供决策依据，使相关管理部门做到有计划、有准备地防御险情。

4 水文基础资料

深圳市海岸线长约230km，分为东西两部分。主要潮位观测站有赤湾潮位站、茅洲河口潮水位站、盐田验潮站(“山竹”期间已受损)、深圳河口潮位站。茅洲河位于深圳西部，茅洲河河口附近有三个潮位站，分别是舢舨洲站、赤湾站和南沙站。舢舨洲潮位站位于茅洲河口外12km处(东莞境内)，1956年4月设立，1993年后已停测；赤湾潮位站位于南山区赤湾港附近，在茅洲河口以南约35km处，自1964设立，观测至今，资料齐全；南沙潮位站距离茅洲河口约20km，从1956年开始观测至今，资料完整。由于赤湾潮位站属深圳管辖，在应急抢险时资料易于获取，故本次选取赤湾潮位站进行研究分析。

茅洲河口水位站位于深圳市宝安区，2017年12月建站，本次收集该站2018年水位资料序列，部分时段因测站改造、软件升级等原因水位数据暂缺。茅洲河沙井河口断面水位从沙井泵站管养单位收集。

5 工况选取

为进行台风及降雨影响下赤湾站潮位与茅洲河沙井河口断面水位关系分析，收集茅洲河沙井河口断面水位、茅洲河口水位、赤湾站潮位、宝安区降雨(根据宝安区最大24小时累积降雨量进行降雨工况选取)等资料，选取台风、无台风增水有降雨、无台风无降雨共三种个工况进行对比。

农历每月的朔(初一)和望(十五或十六)，月球、太阳和地球的位置大致处于一条直线上，这时月球和太阳引潮力的方向相同，它们所引起的潮汐相互增强，使潮差出现极大值。这种极大值每半个朔望月(14.7653天)出现一次，相应的潮汐称为大潮或朔望潮。大潮过后，潮差逐渐减小，在农历每月的上弦(初八或初九)和下弦(廿二或廿三)时，月球和太阳的引潮力的方向接近正交，因而互相削弱的情况最为显著，故潮差达极小值。这种极小值也是每半个月出现一次，相应的潮汐称为小潮或方照潮。这种大潮、小潮的依次更替，称为半月不等现象。实际上，中国海区的大潮通常出现在朔和望之后约两天的时候，小潮通常出现在上弦和下弦过后约两天的时候。因此，本次无台风增水且无降雨工况选择朔(初一)、望(十五或十六)、上弦(初八或初九)和下弦(廿二或廿三)后两天进行分析。

综上，工况选择如下：①台风工况(2个工况)。选取台风“天鸽”和台风“山竹”；②无台风增水有降雨工况(2个工况)。选取2018.08.29(该次降雨约5年一遇)和2018.08.30(该次降雨频率为10年一遇)；③无台风无降雨工况(4个工况)。选取朔(初一)、望(十五或十六)、上弦(初八或初九)和下弦(廿二或廿三)后两天。各工况及发生日期见表2。

表2 选取工况及时间

6 潮水位成果分析

6.1 台风工况

(1)工况一：台风“天鸽”

台风“天鸽”期间(2017.8.22 0∶00—2017.8.22 23∶00)，茅洲河沙井河口断面水位在2017.8.22 11∶00达到最大值2.08m，赤湾站潮位在2017.8.22 10∶00达到最大值1.866m。最高水(潮)位发生时间差为1h，最大水(潮)位差0.214m。如图3所示。

(2)工况二：台风“山竹”

台风“山竹”期间(2018.9.16 8∶00—2018.9.17 2∶00)，茅洲河沙井河口断面水位在2018.9.16 18∶00达到最大值3.64m，赤湾站潮位在2018.9.16 17∶15达到最大值3.15m。最高水(潮)位发生时间差为0.75h，最大水(潮)位差0.49m。如图4所示。

图3 工况一水(潮)位对比

图4 工况二水(潮)位对比

台风工况下，茅洲河沙井河口断面水位主要受潮位控制，线型与赤湾站潮位分布基本一致。茅洲河沙井河口断面最高水位较赤湾站最高潮位发生时刻有滞后，茅洲河沙井河口断面最高水位大于赤湾站最高潮位，本次研究两种工况下，滞后时间介于0.75～1h之间，最高水(潮)位差介于0.2～0.5m之间。

6.2 无台风增水有降雨工况

(1)工况三：无台风增水，遭遇5年一遇降雨

无台风增水，遭遇5年一遇降雨(2018.8.29 0∶00—2018.8.30 0∶00)，茅洲河沙井河口断面水位在2018.8.29 12∶00达到最大值1.66m，赤湾站潮位在2018.8.29 11∶00达到最大值1.446m。最大水(潮)位发生时间差为1h，最大水(潮)位差0.214m；茅洲河口水位在2018.8.29 12∶00达到最大值2.12m，与茅洲河沙井河口断面最大水位差0.46m，发生时间差为0h。如图5所示。

(2)工况四：无台风增水，遭遇10年一遇降雨

无台风增水，遭遇10年一遇降雨(2018.8.30 6∶00—2018.8.31 6∶00)，茅洲河沙井泵站断面水位在2018.8.30 14∶00达到最大值2.07m，赤湾站潮位在2018.8.30 12∶00达到最大值1.416m。最大水(潮)位发生时间差为2h，最大水(潮)位差0.654m；茅洲河口水位在2018.8.30 12∶00达到最大值2.405m，与茅洲河沙井河口断面最大水位差0.335m，发生时间差为2h。如图6所示。

图5 工况三水(潮)位对比

图6 工况四水(潮)位对比

无台风增水有降雨工况下，工况三遭遇5年一遇降雨，茅洲河沙井河口断面水位主要受潮位控制，线型与赤湾站潮位分布基本一致。茅洲河沙井河口断面最高水位较赤湾站最高潮位发生时刻滞后1h，茅洲河沙井河口断面最高水位较赤湾站最高潮位高0.214m；茅洲河口最高水位与茅洲河沙井河口断面最高水位发生时刻无滞后，茅洲河口最高水位较茅洲河沙井河口断面最高水位高0.46m。

工况四遭遇10年一遇降雨，茅洲河沙井河口断面水位主要受降雨控制。茅洲河沙井河口断面最高水位较赤湾站最高潮位发生时刻滞后2h，茅洲河沙井河口断面最高水位较赤湾站最高潮位高0.654m；茅洲河口最高水位较茅洲河沙井河口断面最高水位发生时刻滞后2h，茅洲河口最高水位较茅洲河沙井河口断面最高水位高0.335m。

6.3 无台风无降雨工况

(1)工况五：无台风增水且无降雨，朔后2d

朔后2d(2018.5.17)，茅洲河沙井河口断面水位在2018.5.17 11∶00达到最大值1.98m，赤湾站潮位在2018.5.17 11∶00达到最大值1.676m。最大水(潮)位发生时间差为0h，最大水(潮)位差0.304m。如图7所示。

(2)工况六：无台风增水且无降雨，望后2d

望后两天(2018.4.3)，茅洲河沙井河口断面水位在2018.4.3 12∶00达到最大值1.55m，赤湾站潮位在2018.4.3 11∶00达到最大值1.296m。最大水(潮)位发生时间差为1h，最大水(潮)位差0.254m。如图8所示。

(3)工况七：无台风增水且无降雨，上弦后2d

上弦后两天(2018.5.25)，茅洲河沙井河口断面水位在2018.5.25 8∶00达到最大值1.35m，赤湾站潮位在2018.5.25 8∶00达到最大值1.146m。最大水(潮)位发生时间差为0h，最大水(潮)位差0.204m。如图9所示。

(4)工况八：无台风增水且无降雨，下弦后2d

下弦后两天(2018.10.3 0∶00—23∶00)，茅洲河沙井河口断面水位在2018.10.33∶00达到最大值1.75m，赤湾站潮位在2018.10.32∶00达到最大值1.566m，最大水(潮)位差0.184m，发生时间差为1h；茅洲河口水位在2018.10.33∶00达到最大值2.186m，与茅洲河沙井河口断面最大水位差0.62m，发生时间差为0h。如图10所示。

图7 工况五水(潮)位对比

图9 工况七水(潮)位对比

图10 工况八水(潮)位对比

表3 各工况最高水(潮)位发生时刻及水位对比分析表

本次研究无台风无降雨四种工况下，茅洲河沙井河口断面水位均主要受潮位控制，线型与赤湾站潮位分布基本一致。茅洲河沙井河口断面最高水位较赤湾站最高潮位发生时刻或同时或滞后，滞后时间1h；茅洲河沙井河口断面最高水位高于赤湾站最高潮位，最高水(潮)位差介于0.18～0.31m之间。

各工况最高水(潮)位发生时刻及水位对比分析见表3。

7 结论与建议

本次研究共选取台风(2个工况)、无台风增水有降雨(2个工况)、无台风无降雨(4个工况)共8个工况进行分析，综合8个工况，得出以下结论：

(1)最高水(潮)位排序总体为：茅洲河口水位最大，茅洲河沙井河口断面水位其次，赤湾站潮位最小。时间顺序上，赤湾站先达到最高潮位，茅洲河沙井河口断面最高水位较赤湾站最高潮位发生时刻有滞后，而茅洲河口最高水位与茅洲河沙井河口断面最高水位或同时或滞后。

(2)台风两种工况和无台风无降雨4种工况下，茅洲河沙井河口断面水位主要受潮位控制，线型与赤湾站潮位分布基本一致。茅洲河沙井河口断面最高水位较赤湾站最高潮位发生时刻有滞后，茅洲河沙井河口断面最高水位大于赤湾站最高潮位，6种工况下，滞后时间介于0.75～1h之间，最高水(潮)位差介于0.18～0.5m之间。

(3)无台风增水有降雨工况下，降雨为5年一遇时茅洲河沙井河口断面水位主要受潮位控制，当降雨为10年一遇时，茅洲河沙井河口断面水位主要受降雨控制。茅洲河沙井河口断面最高水位较赤湾站最高潮位发生时刻有滞后，茅洲河沙井河口断面最高水位大于赤湾站最高潮位，两种工况下，滞后时间介于1～2h之间，最高水(潮)位差介于0.2～0.66m之间。