阳江港丰头作业区多用途码头验潮站布设方案研究

2021-03-12高瑞超张翠英张存柱

港工技术 2021年1期

高瑞超，张翠英，张存柱

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2.天津外国语大学，天津 300204）

引言

阳江港位于广东省阳江市西南25 km 处，在广州港和湛江港两大主枢纽港之间。阳江港现阶段有吉树作业区和丰头作业区，两个作业区隔海湾相望。吉树作业区已初具规模，而丰头作业区还处于初步规划设计阶段。为了给工程设计和建设提供依据，需要进行水深测量，成果应满足施工图阶段工程设计需要。

测深仪测量得到的数据是海水的瞬时水深，海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下产生周期性涨落潮，使得海水表面高程不断变化，因此潮位数据是获取海底泥面高程的关键数据[1]，为此需制定一套合理的潮位控制方案。

1 研究思路

阳江港吉树作业区为较成熟港区，丰头作业区为新建港区，两个作业区隔海湾相望，丰头作业区的深度基准须与吉树作业区的深度基准保持统一。丰头作业区拟建的多用途码头南北向长度约4 km，与对岸的吉树作业区跨水域距离1～3 km 不等，且所跨水域为入海口附近，此区域可能存在上游和下游之间、水域两岸之间潮位差异的现象，所以拟建码头区域有可能会超出吉树作业区验潮站的潮位控制范围。

为了验证水域对岸、上游和下游三地潮位是否一致，并为后续水深测量潮位改正提供潮位数据，本项目进行了7 天7 夜同步验潮。使用3 台自容式验潮仪放置在三地水域的海底设立临时验潮站，验潮仪分别记录三地连续水压值，计算出三地的水深，计算公式[2]如下：

式中：H 为水深，单位m；P 为仪器测得的压力（绝对压力），单位kPa；A 为大气压，单位kPa；ρ 为计算时采用的海水密度，单位kg/m3；g 为重力加速度，单位m/s2。

由水深数据计算出三地的潮位数据，通过比对同时刻的潮位值，分析三地的潮汐情况。

2 仪器相关参数求取与精度检验

使用自容式验潮仪4 台进行潮位观测[3]，其中一台作为气压计使用。其精度为满量程的0.05 %，验潮范围为0～50 m 水深。

在公式（1）中，水深H 为未知数，压强P 为纯水压即为验潮仪的压力值减去气压计的压力值，则海水密度ρ 和重力加速度g 的取值成为关键。直接测定海水密度过程较为复杂，本项目采用将验潮仪分别固定于水下已知相互高差的若干位置采集多组数据的方法[2]计算出ρ=1.016 kg/m3。重力加速度[2]取值：

g=9.7803×(1+0.0053024sin2φ-0.000005sin2φ)≈9.787 m/s2

其中φ 为验潮仪的地理纬度21.7°。

表1 验潮仪校核

本次验潮采用的验潮仪在正式工作之前进行了校核试验。将验潮仪设置好后固定在专用验潮仪支架上安置于海底并进行观测值自动记录，岸上由人工同步观测潮位，观测时长涵盖一个最低潮和与之相邻的最高潮。对比验潮仪观测数据和人工观测潮位数据，结果显示：潮位数据平滑连续，仪器观测的潮差与人工观测潮差之差不大于2 cm，最高潮与最低潮出现时刻相同，同时刻验潮仪观测潮位与人工观测潮位基本相同。试验结果表明验潮仪稳定可靠[4]，验潮仪各项常数设置符合当地水文条件，潮位观测精度符合测量规范要求。验潮仪校核数据见表1。

3 临时验潮站布设

分别在测区北部水域两岸放置两台验潮仪、拟建码头最南端放置一台验潮仪，设立三个临时验潮站JSSC、FTSC、WHSC，由海底的验潮仪自动记录该点的水压数据。此布设方式可同时观测水域两岸和水域上下游潮位情况。潮位站位置无沙洲、浅滩阻隔，无壅水、回流现象。

水深测量的深度基准引自吉树作业区，所以本次潮位控制的主站布设在吉树作业区，以JSSC 潮位站为主站。为了得到JSSC 潮位站验潮仪零点高程，于潮位站附近设立人工潮位观测点RGSC，同步验潮。潮位数据正常、无跳点、潮位曲线圆滑且成正弦曲线。各潮位站具体信息见表2，潮位站分布示意见图1。

表2 潮位站信息

图1 临时验潮站位置示意

4 潮位观测与传算

4.1 潮位观测

本次水深测量的3 个潮位站潮位观测均采用压力自容式潮位仪进行自动水压数据（水压和气压之和）采集与记录，并在同步验潮期间使用气压计进行同步大气压的数据采集，然后利用采集的水压观测值和大气压观测值计算与之对应时刻的水深值。

自容式潮位仪安装在专用验潮仪架中并置于水底，以防止观测过程中出现位移。数据采集时间间隔为10 分钟，整10 分钟时刻进行数据观测。

验潮期间在RGSC 人工潮位观测点采用人工潮位观测方式观测潮位。

4.2 潮位站验潮仪零点及瞬时潮位计算

潮位站验潮仪零点求取及瞬时潮位计算分三步进行。

1）根据潮位仪的观测值（水压和气压之和）、大气压观测值通过公式（1）计算各时刻水深值。

2）通过人工潮位观测点RGSC 的人工潮位观测值和对应JSSC 潮位站潮位仪的水深值，计算出该潮位站验潮仪的零点高程，进而计算得到该站各时刻潮位。

3）以JSSC 潮位站为主站，采用同步期平均海平面法[5]传算潮位站FTSC、WHSC2 验潮仪零点高程，进而计算各潮位站各时刻潮位。

5 计算结果与分析

5.1 瞬时潮位比对

表3 三地同步验潮数据统计

三地同步验潮部分数据见表3。根据采集的潮位数据可以看出，三地的潮汐性质相同，且不存在潮时不等的现象。FTSC 站与JSSC 站最大潮差为 4 cm，JSSC 站与WHSC 站最大潮差为6 cm，由此可知最大潮差均小于10 cm，在进行水深测量时可以认为三地潮位相同，布设一个验潮站即可满足潮位控制精度要求。

5.2 测深精度检测

本工程水深测量的比例尺为1:5 000，使用的测量仪器为单波束测深仪。水深数据潮位改正时，以JSSC 潮位站单潮位进行改正[1]。

测量期间进行了测深检查线测量，检查线贯穿整个测区，以同精度检查的方式检查不同时间所测成果的正确性，从而保证水深测量成果质量，也可反映出潮位控制情况。测深检查线垂直于主测深线方向布设，总长度（6 km）为主测深线长度（62 km）的9.7 %。对检查线与主测线的水深重合点进行数据统计分析，对比结果见表4。