天星洲大橋及連接線工程水面流速流向觀測

羅昌軍 聶霽 秦永

【摘要】簡要介紹了揚中河段天星洲汊道河流情況，在天星洲汊道河流進行了表面流速流向觀測，對測量成果和航跡線圖進行了初步的分析，為大橋的水文模型計算和施工設計提供基礎的數(shù)據(jù)和建議。

【關鍵詞】天星洲汊道；流速；流向；航跡線

1、引言

天星洲汊道河流受徑流和潮流的雙重影響 ， 水流動力結構十分復雜， 雙向水沙運動是本河段的基本特征 ， 落潮流是塑造本河段主槽河床形態(tài)的主要動力。天星洲左汊分流比約5%，洲體長約8750m，洲體最寬處約1450m，面積約8.3km2，灘面高程約2.5～3.0m，左汊夾江內-5m河槽尚未貫通，枯水河寬約300～500m。測區(qū)處于長江下游感潮區(qū)，水位為非正規(guī)半日潮型，水位受到潮汐的明顯影響。每日水位兩漲兩落，漲潮歷時3小時多，落潮歷時8小時多。但主要受上游徑流變化為主，年內變幅也較大。全年以雨洪徑流為主，同時受潮汐影響。

為了掌握天星洲汊道河流的流速流向情況， 為天星洲大橋水文模型計算提供真實可靠的原始數(shù)據(jù) ， 為大橋的設計和施工提供及時準確的基礎資料， 在天星洲汊道河流進行表面流速流向觀測。

2、表面流速流向觀測

2.1觀測時間

2016年2月27日，流速流向觀測在落潮穩(wěn)定期進行，在測量表面流速流向前，先用DEM6型手持式風速風向儀測定風速和風向。實測風力小于3級時方才施測，以避免風對水體表面流速流向的影響。

2.2觀測方法

⑴應提前觀測水位，掌握水位變化趨勢，以確定在落潮穩(wěn)定時期內觀測水面流速流向。

⑵本項目水面流速流向觀測是在擬選橋位上游1000m至下游1000m，共布置5條表面流速流向線，主泓部進行了適當加密。水面流速流向觀測采用水面浮標法，浮標材質為圓柱木質浮標，入水深度不得少于0.5m，露出水面不大于0.1m。采用DGPS跟蹤法，由南方導航軟件采集DGPS定位數(shù)據(jù)。測量前根據(jù)現(xiàn)場流速大小情況，設定合適的數(shù)據(jù)采集時間間隔，以點間距不大于圖上20mm的等時間方式采集數(shù)據(jù)。投放浮標時一定注意始放位置，盡量使浮標投放合理。應在預置測線上端點20m左右開始投放，在預置測線下端點20m處方可結束。

⑶施測時盡量使軌跡線完整，當浮標進入漩渦區(qū)、死水區(qū)不動時，或兩條測線非常接近或交叉時，方可人工干預外，其余一律保持其自然流態(tài)。當實際流向偏離預置測線較遠時，中間出現(xiàn)空白區(qū)時，必要時應適當增加測線。若測區(qū)有回流，則應測出回流邊界，可采用測船沿著回流邊界航行采集邊界坐標?；亓鲄^(qū)域內也應適當施測水面流速流向以便于了解回流區(qū)內的水流特征。

⑷在水面流速流向觀測時，應同時在測區(qū)觀測水位、風力風向、天氣情況等，當風力超過三級時對浮標的運動速度和軌跡有影響時，不應施測。本次項目共施測了5條航跡線，最長距離2721m，最短距離1713m。

2.3數(shù)據(jù)處理

DGPS跟蹤的表面流速流向數(shù)據(jù)，通過“水面流向數(shù)據(jù)處理軟件”處理，表層流速流向根據(jù)流路比較一致的一段起止點的坐標來計算 ， 計算公式如下：

處理好的數(shù)據(jù)在AutoCAD里繪制成圖，并統(tǒng)計出最大流速、最小流速、平均流速等特征值。在數(shù)據(jù)處理時除對個別異常數(shù)據(jù)點進行了合理性修改外，其余一律遵循自然流態(tài)。

3、流速流向數(shù)據(jù)分析

由圖1表層最大流速示意圖可以看出天星洲汊道河流表面流速具有中間大，兩邊小的特點，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、錄安洲左緣受水流頂沖，曾發(fā)生過較嚴重的崩退，經(jīng)不斷守護后兩洲左緣基本維持穩(wěn)定，錄安洲亦形成了對河勢具有控制作用的人工節(jié)點。天星洲偏靠河道左岸，是伴隨該水域河道主流右移而形成，從-5m等高線看，該洲灘形似依附左岸的大邊灘。

天星洲汊道河流受徑流和潮流的雙重影響，但主要受上游徑流變化為主，由于長江水在天星洲洲頭的分流，流入天星洲汊道的流速相對較小，河流相對比較平穩(wěn)。對大橋的影響相對較小。

4、結論

（1）本次天星洲汊道河流表面流速流向觀測 ， 為天星洲大橋水文模型和物理模型提供了真實可靠的原始數(shù)據(jù) ， 為大橋的施工設計提供了及時準確的基礎資料。

（2）通過表面流速流向觀測數(shù)據(jù)計算和航跡線分析 ， 可以看出天星洲汊道河流表面流速具有中間大，兩邊小的特點，靠近左岸的流速比右岸流速大，由于長江水在天星洲洲頭的分流，流入天星洲汊道的流速相對較小，河流相對比較平穩(wěn)。對大橋的施工影響相對較小。

（3）建議有關單位定期進行監(jiān)測 ， 加強分析研究， 為天星洲汊道河流的河勢穩(wěn)定和大橋的設計和安全施工提供科學依據(jù)。

參考文獻：

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