台州市海门潮位站迁建选址方案比选

2021-01-28赵建锋张新周

浙江水利水电学院学报 2020年6期

赵建锋，张新周，丁聪

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 311122;2.南京水利科学研究院，江苏南京 210029)

水文测验是水利的一项重要基础工作，为流域水安全保障、水资源的开发利用与保护提供科学依据，同时在水事纠纷仲裁与重大工程建设决策工作中也发挥了极其重要的作用。根据水利部水文站网规划技术导则规定，河道水文测验站选址应考虑防汛抗旱、水资源管理、河道航运、河势演变、水工程或交通运输过程的管理运用等方面的需求[1]。而河道河势稳定与否对水文站的选址起决定性作用，测验断面河势不稳，河床演变剧烈，将直接影响水文测验数据的准确性。曹炜[2]对水文站选址要求进行了总结，指出测验断面应为河道顺直、稳定的河道断面，以保证水位流量关系的高灵敏度。邓懿等[3]指出水文测验断面应尽量规避河道中有浅滩的地方，断面选址时应尽量选择河道较窄的地方，选址断面最好位于河道顺直处。黄春辉[4]、陈国安[5]结合双捷和双桥水文站分析了河床下切对水文测量的影响。蒋治华[6]、孙鸿[7]研究了河道采砂对西河镇水文站、东风水文站测量的影响，均说明水文测验断面河床稳定性对水文测量有直接影响。

根据水利部水文局《全国水文现代化建设指导意见》，台州市海门潮位站计划开展迁建工程，本文从河势稳定、河床演变角度对海门潮位站新站测验断面选址方案进行比选研究，为新站选址提供技术支撑。

1 海门潮位站概况

海门潮位站现位于台州市椒江区椒江南岸油库码头，属于国家基本水文测站，是椒江下游重要控制站，为椒江流域的江河治理、防汛防旱、水资源管理、水利工程的兴建及国民经济社会发展提供水文支撑服务。现观测项目有潮位、水质、降水、蒸发、气压等。1931年11月20日相关部门在振市码头设立海门潮位观测站，后几经变化于1981年1月在油库码头设立观测潮位至今。蒸发项目几度停复测，现因场地不满足测验条件处于停测状态，已影响到水文资料观测的连续性。

2 海门潮位站现状分析

椒江流域及台州湾是浙江省经济较发达的地区之一，丰沛的水量和密集的河流是其优越的自然条件，但洪、涝、旱、咸、台风、风暴潮等灾害的不断发生又对该地区的发展构成了巨大的威胁。建立完善的水文监测系统对椒江流域及台州湾地区国民经济建设、水资源开发利用、防汛抗旱、水环境保护、水利工程设计和运行、城市水文变化规律研究、加快实现水利现代化等方面具有极其重要的意义。但海门站现在不适应经济社会快速发展的要求，主要表现在：

(1)观测项目分设多地，管理难度大

海门潮位站由于受场地制约，观测项目分设多处，潮位在海军油库码头观测；水质通过人工采样运送到台州市潮位站化验；气压在江堤海门潮位站管理房内观测；降水和蒸发项目于2009年1月迁至椒江一中校园内，现因一中自身建设需要，已停用。观测工作缺乏整体性，无拓展性，不利于水文业务管理，影响功能发挥。

(2)运行维护困难

海门潮位观测场所自设站后一直在不同码头流动观测，现状观测场所依附于海军油库码头。水位台所处位置岸边滩地逐年淤积升高，测井四周已被淤泥包围，已严重影响潮位测验。现状靠对测井内部清淤进行维持，随着岸边滩泥继续抬高，大面积清淤工程量大、费用高、施工难度大，已面临报废的危险。

(3)不适应水文现代化和标准化要求

现代化水文和标准化水文测站要求测站环境优美、技术先进、运转高效、管理规范、设备自动化、综合服务能力强，为地方经济可持续发展提供水文支撑。现状海门潮位站场地狭小，无升级改造条件，且交通极为不便。

3 迁建工程测量断面比选

3.1 选址方案

考虑潮位站现状站址、潮位观测连续性及一致性，本项目选址范围确定为椒江两岸(椒江大桥上游2 km至椒江二桥)，确定五个方案作为比选方案(见图1)。方案1迁建站址位于椒江区椒江北岸柏加闸东侧；方案2迁建站址位于椒江区椒江南岸椒江大桥下游100 m处；方案3迁建站址位于椒江区椒江南岸江滨公园轮渡路西侧；方案4迁建站址位于椒江区椒江南岸现状站址西侧400 m处；方案5迁建站址位于椒江南岸现场址东侧230 m处。

图1 海门潮位站站址比选方案

3.2 选址河段特性

3.2.1 河道特征

站址位于椒灵江流域椒江河段(见图1)，全长19 km，河道顺直，江面开阔，江面平均宽1 800 m。椒江河段牛头颈与小园山形成南北两山夹峙之窄口，河宽仅913 m，入海口松浦闸断面江面宽4 000 m。水深一般为5～7 m，局部水深7～12 m。造船企业星罗遍布两岸，入海口有浙江著名的港口—海门港、三山港。1987年起在栅浦附近抛石构筑4 300 m长的江心长顺坝，宽3 m，高程2.5 m，以增大水流速度，减少港区淤积。

3.2.2 水动力条件

椒江河口属于典型的山溪性强潮河口，径流主要由降水形成，其年内分配与降水量基本相应。流域洪水暴涨暴落，径流量变幅极大，受梅雨和台风雨影响，汛期( 4—9月)流量占全年总量的75%，实测最大洪峰流量16 300 m3/s，实测最小流量0.39 m3/s。

椒江口海门潮位站实测资料表明，椒江河段多年平均年潮差4.0 m，年最大潮差6.3 m。根据1959—2016年潮位系列资料，海门站最高潮位为5.64 m(1997年8月18日)，最低低潮位为-2.88 m(2008年9月28日)，多年平均高潮位为2.42 m，多年平均低潮位为-1.61 m。2005—2016年实测最大涨潮流速为2.3 m/s，最大落潮流速为2.0 m/s。涨落潮平均流速为1.0 m/s左右，涨潮流速略大于落潮流速。径流对涨落潮流速影响较大，上游流量越大，落潮流速越大，涨潮流速越小。

3.2.3 泥沙条件

2013—2016年实测资料表明，椒江河道垂线平均最大含沙量为24.5 kg/m3，垂线平均最小含沙量为1.02 kg/m3，大、中潮汛潮流动力强，含沙量相对较大，小潮汛的潮流动力减弱，含沙量相对较小。根据2013—2016年椒江和灵江含沙量观测资料，椒江口自十一塘向内椒江和灵江的含沙量显著增加，最大垂线平均含沙量达到20 kg/m3以上，底部含沙量最大可达60 kg/m3左右，发生在大潮落潮憩流时段；大潮含沙量高、小潮含沙量较低。早期观测资料主要集中于椒江河段，1983年、1999年、2005年椒江观测的底层含沙量都有超过30 kg/m3的记录，在径流很小的枯水期，椒江和灵江的水体含沙量普遍较高，而椒江口外含沙量较小，涨落潮作用下形成浑浊带。最大含沙量的浑浊带核心部位在潮流作用下往复运动，落潮下移涨潮上溯，大潮运移从牛头颈至西岙区间长达30 km，小潮运移长度较小，约10 km，在海门至三江口范围。

3.3 选址河段河床演变特征

椒江江道历史上存在游动性江心沙洲，半个多世纪来，椒江上游的仙居、天台、临海等地先后建起了大大小小的水库。尤其是1962年，黄岩长潭水库的建造拦截了大量的径流。径流量剧减给椒江河口河床地形带来了极大的影响，河床逐渐改型，心滩逐渐消失，河床横断面由原来的“W”形，逐渐变为“U”形；此后，椒江口采砂活动和河道整治工程(长顺堤工程)的实施均对椒江段河床演变产生了巨大影响，直至2010年后，椒江段河床演变逐渐趋于动态平衡阶段。

从近年来椒江河段滩槽分布看(见图2)，人工采砂和长顺堤工程对河段河床冲淤的影响已充分体现，从三江口至牛头颈，南岸形成了一条深槽。其中椒江大桥上游南岸-5 m深槽贯通，至椒江大桥下游长顺堤南槽-6 m深槽贯通，并和牛头颈深槽衔接贯通。椒江段滩槽格局基本形成，局部地形随上游径流大小略有调整，但幅度不大，河床冲淤保持动态平衡。历史上椒江段深泓线横向摆动大，自长顺堤系列工程实施后，深泓维持在南槽海门港附近。

椒江河道河床演变和人类活动及上游来水有密切关系。60年代之前，椒江河床比较稳定，河床地貌和动力条件之间基本平衡。此后受上游水库建设、采砂活动影响严重，河床下切刷深。90年代以来主要受永宁江口治理长顺坝工程建设影响，椒江大桥上游南侧冲刷，北侧淤积。椒江大桥下游南槽冲刷，北槽长顺坝入口淤积。椒江河段南侧-5 m等深线连贯通畅，尤其是椒江大桥下游南槽，水深维持在-6 m以上。2013年以来，人类活动影响基本结束，河床处于动态平衡阶段，主要随上游来水变化而局部区域发生冲淤演变，变化幅度在0.5 m以内。

图2 2017年椒江等深线分布图

3.4 选址断面河床演变分析

图3为方案1—方案5站址所在河道断面历史冲淤图，可以看出，2013年以来椒江段人工采砂和长顺堤的影响趋于结束，近期则处于动态平衡阶段，随径流大小略有调整。从横断面历年变化来看，长顺堤上游河床横断面呈“U型”，长顺堤所在河段分南北槽而呈“W型”。2013—2016年发生的几次大洪水导致椒江大桥上游河床底高程略有降低，椒江大桥下游南槽底高程一直维持在-6 m以下，水深条件良好。从历史演变和河床演变规律看，由于方案1—方案3处于长顺堤工程入口或南槽位置，水深位置在-6 m左右。当上游来水来沙条件发生较大变化时，容易形成局部较大的河床冲淤变化。方案四和方案五距离现状站址较近，水深维持在-10 m左右，水深条件较好、交通便利、河岸稳定、河床平坦、不易冲淤，对生态环境影响小，潮位、蒸发及降雨的连续性较好，可以作为新站址的推荐方案。