强潮河口水下地形测量潮位控制研究

第37卷第4期2017年7月
海洋测绘
HYDROGRAPHIC SURVEYING AND CHARTING
Vol.37, No.4
Jul.,2017
DOI ： 10.3969/j.issn. 1671-3044.2017.04.018
强潮河口水下地形测量潮位控制研究
王灵锋1>2,任少华1>2,李亚飞1
(1.浙江省河海测绘院，浙江杭州310008; 2.浙江省河口海岸重点实验室，浙江杭州310008)
摘要：钱塘江河口属于强潮河口，具有潮差大、流急、地形复杂和局地潮汐变化大等特点,对潮位控制设计与实 施造成较大困难。

为解决钱塘江河口水下地形测量潮位控制难题，针对强潮河口的水下地形和潮汐特征进行分 析，提出了该区域潮位控制的潮位站布设方案与作业时间要求。

实测数据表明，只要合理布设潮位站、选择合适的 时间段作业，强潮河口水下地形测量的潮位控制可以达到规范精度要求。

关键词：强潮河口;水下地形;潮位控制;钱塘江河口;潮汐特征;同步期
中图分类号：P229.5 文献标志码：B 文章编号：1671-3044(2017)04-0079-04
1引言
水下地形测量按照是否设置潮位站分为有验潮 和无验潮两种方式，无验潮采用RTK-GPS模式直 接实现厘米级的高程定位精度，对GPS数据传输的 稳定性要求很高。

钱塘江河口部分开阔水域处于 ZJC0R S信号不稳定区域，因此只能采用有验潮模 式实现水下地形测量。

潮位控制是有验潮模式水下地形测量的关键部 分，直接影响水下地形测量的高程精度。

强潮河口 具有潮差大、潮流急、地形复杂和局地潮汐变化大等 特点，潮位控制设计与实施造成较大困难。

钱塘 江河口属于典型的强潮河口，在径流与潮流共同作 用下导致河床冲淤剧烈、主槽摆动频繁，其水下地形 测量精度受环境影响较大。

目前，针对强潮河口水下地形测量潮位控制的相关研究比较少,本文通过对强潮河口现有水 下地形数据和潮汐特征进行分析的基础上，提出 了该区域潮位控制的潮位站布设方案与作业时间 要求。

通过合理布设潮位站、选择合适作业时间，经过潮位改正的水下地形能够满足所需精度要求。

2钱塘江河口地理水文特性
2. 1地理情况
根据各段水动力条件和河床演变特性的差异，将钱塘江河口分为3段:富春江电站至闻家堰为近口段，长75km，以径流作用为主，河床基本稳定；闻家堰至澉浦为河口段，长122km，受径流与潮流共同 作用，河床冲游剧烈;澉浦以下至外海滨段（习惯称 杭州湾），长85km，以潮流作用为主，河床相对稳定[1_3]。

钱塘江河口总体上分为南、北两条深槽。

北岸 乍浦深潭的涨潮流向上游分为4支:一支贴北岸上 溯，即北岸深槽;一支涨潮流从白塔山山体两侧穿 过,称之为“白塔山冲刷槽”；另有一支涨潮流连接 乍浦深潭和秦山深潭，称为“乍浦一秦山潮汐通 道”，最南侧的一支与王盘山深槽贴庵东边滩上溯 的涨潮槽合流，形成南支主槽[4,7]。

钱塘江河口是一个典型的喇叭状河口湾，口内有纵向隆起的庞大沙坎，导致潮能聚集,潮波急 剧变形，产生破坏力极大的涌潮[4];江宽水浅，潮 大流急，涌潮汹涌；含沙量高，泥沙易冲易积，河床 冲撤剧烈，主槽摆动频繁，是世界上最复杂的河口 之一■〇
2.2潮汐性质
根据潮汐涨落的周期和潮差的情况，可以把潮 汝大体分为如下的4种类型[5]:半日潮、不正规半日 潮、全日潮和不正规全日潮。

常用全日分潮振幅(H K i+H〇i)与主要半日分潮振幅(HM2)比值/?H作为分 类依据，当〇<f i H矣〇.5时为半日潮，当0.5<RH矣2.0时 为不规则半日潮。

为确定钱塘江河口的潮汐性质，选 择上海石化、王盘山、乍浦、澉浦、嘉绍大桥、上虞盖 北等6站潮位站进行调和常数计算。

各站潮汐性质
收稿日期：2016-11-15;修回日期：2017-03-19
作者简介：王灵锋（1971-)，男，浙江绪云人，高级工程师，主要从事海洋测绘及其数据处理研究。

80海洋测绘第37卷
比值0. 15~0.29之间，远小于
0.50，因此各站的潮汐性质均属正规半日潮[5]。

钱塘江河口水深较小，潮波进入钱塘江河口后
高频率的浅水分潮振幅增大，一般把浅水分潮振幅
大到一定程度后的潮汐称为“浅海半日潮”，其判别
标准[5]有2个:一是主要浅水分潮M4与主要半日
分潮M2的振幅之比H M/H M2值大于0.04;二是浅
水分潮m4、m s4和m6的振幅之和（h M4+h M S4+h M6)
大于20cm。

由表1可见，H m/H M2均大于0.04,介
于 0•〇5~0. 2〇之间；H M4+H M S4+H M6均大于 2〇C m，浅
海分潮的作用明显较大，因此，钱塘江河口属于浅海
半曰潮。

浅海分潮从湾口向上游增大过程，充分反
映了地形对于潮汐的显著影响与作用。

2.3潮位特征分布
钱塘江河口在纵向存在南、北两岸平均高潮位
由湾口向湾顶沿程增高的特征，见表1,北岸由湾口
3.73m至湾顶增高至
4.90m,南岸由湾口 2.95m至
湾顶增高至4.76m;南北两岸平均低由湾口向湾顶
沿程降低，北岸自湾口0.46m至湾顶降低至
-0.72m，南岸自湾口 1.18m至湾顶降低至-0.76m;
南北两岸潮差均向湾顶增大，北岸由湾口 3. 19m至
湾顶增大到5.62m，南岸由湾口 1.77m至湾顶增大
到 5.52m[4]0
表1钱塘江河口区域南北两岸高、
低及潮差变化表 单位:m
湾中部位岸别站名
平均高
潮位
平均低
潮位
平均
潮差
湾口北岸芦潮港 3.730. 46 3.19南岸镇海 2.95 1.18 1.77
湾中北岸海黄山正北对岸 4.000.04 3.96南岸海黄山 3.290.76 2.53
湾顶北岸澉浦4,90-0.72 5.62南岸陶家路 4.76-0. 76 5.52
杭州湾潮位除纵向有显著变化外，其横向也有 明显差异。

一般北岸高潮位比南岸高，低潮位比南 岸低,潮差比南岸大。

这种差异程度向内逐步减少，至湾顶基本上无差异。

2.4潮位涨落速特点
钱塘江河口各潮位站均有“涨急落缓”的特 点，即落潮非常缓慢，而涨潮则非常迅猛，落潮历 时远远长于涨潮历时，2015年11月14日4站潮 位站同步潮位变化曲线见图1。

在下游的澉浦潮 位站，涨潮初期显得比较“温和”，而越往上游依次 经过上虞盖北、嘉绍大桥南、三鑫码头，则变化越 来越迅猛快捷，水位瞬间抬升，如三鑫码头11 : 50 水位为-1. 45m，11 : 55 水位为 1.57m,12 :10 水位达到2.0m,在20min内水位抬升了 3.45m，之后 潮位仍保持快速而稳步抬升，至14 : 25到达高潮 位 5.66m0
3潮位控制方案设计与应用
《海道测量规范》规定，水下地形测量潮位站 布设的密度能控制全测区的潮汐变化，相邻潮位 站之间的距离满足最大潮高差不大于lm，最大潮 时差不大于2h，潮汐性质基本相同。

对于潮时差 和潮高差变化较大的海区，除布设长期站或短期 站外，也可在湾顶、河口外、水道口和无潮点处增设临时水位站，水位站布置的控制范围能涵盖整个测区范围[6]。

3. 1潮位站设计
钱塘江河口布设潮位站,既要考虑规范对潮位 站密度、距离、潮高差、潮时差以及潮汐性质的要求，又需要充分考虑该区域特殊的地形条件以及潮位特 征和潮位分布特征进行合理布设潮位站，尤其在平 面分布上要考虑此区域潮差大、潮差变化大以及地 域分布规律等。

根据钱塘江河口区域纵向和横向潮汐变化、潮 高差由湾口至湾顶逐步变密等特点,在湾顶部位潮 位站布设需加密;且考虑北岸与南岸高潮位、低潮 位、潮差不等现象，在南、北岸均匀布设水位站;同时 在杭州湾跨海大桥下游水域中间增加跨海大桥观光 平台、王盘山、测风塔等潮位站，以减少南北岸不等 现象对潮位的影响[8_12]。

3.2作业时间段设计
由于钱塘江河口区域尤其是澉浦以上属强涌潮 河流，涌潮来的时候水流速度快,水位变化复杂，涨 潮时水位瞬时抬升，而退潮时流速同样很快。

因此，在施测水下地形时，避开了涨、落急时间段，选择流 速相对较慢、水位相对平稳的高平潮附近时段进行 作业，既可以保证水下地形测量的安全，又可以保证 潮位控制的准确性。

3.3应用实例
在2015年11月钱塘江水下地形测量项目中，
采用上述设计方案进行水下地形测量潮位控制。

通
第4期王灵锋，等：强潮河口水下地形测量潮位控制研究81
过潮位数据计算，得到各相邻潮位站间的潮时差及
潮高差关系，见表2。

表2实测各相邻潮位站间潮汐性能特征表
最大最大作业时间段内
起始站终点站潮时差潮高差最大潮高差(min)(m)(m) MAX MAX MAX
秦山45 1.550.37
海盐25 1.310.08
跨海大桥跨海大桥北50.480.23观光平台乍浦150.740. 11王盘山55 1.410.64
小曹娥30 1.870. 53
嘉绍大桥北55 2.280. 72
澉浦上虞盖北55 2. 960. 72临海浦新闸15 2. 370. 54小曹娥25 1.040. 09乍浦20 1. 180.59
王盘山上海石化450. 470.15测风塔200.860. 18乍浦上海石化45 1.30.58
嘉绍大桥北三鑫码头45 1.70.2嘉绍大桥南10 1.450.09上虞盖北15 1.890.03
嘉绍三鑫码头30 2.80. 18大桥南上虞盖北20 3.090. 06
临海上虞盖北15 2.890.24浦新闸小曹娥50.910. 28
秦山海盐35 1.70.31秦山30 1.090.3
由表2可知，在潮位观测时间内，各相邻潮位 站间最大潮时差均小于2h,最大为55min。

最大潮 高差极值为3.09m，杭州湾跨海大桥附近及上游方向，最大潮高差普遍为l m以上，呈现时间以低 平潮转涨水开始，快涨水增大，至高平潮附近趋缓。

但经过合理选择作业时段，在作业时间段内 最大潮高差均小于lm，最大为0. 72m，满足“相邻 潮位站之间的距离满足最大潮高差不大于lm,最 大潮时差不大于2h,潮汐性质基本相同”的规范 要求[6]。

为了探究合适的水下地形测量作业时段，以涌 潮影响比较显著的澉浦潮位站与上虞盖北潮位站、嘉绍大桥南潮位站与上虞盖北潮位站为例,绘制了 2015年11月14日两站同步期潮位过程曲线图及 潮高差曲线图，见图2、3。

由图2、3可以验证，只要避开涌潮初潮时期的 快流速，选择潮流比较平稳的高平潮附近时间段进 行作业，是可以满足规范要求的。

图2澉浦与上虞盖北同步期潮位
过程曲线及潮高差示意图
图3嘉绍大桥南与上虞盖北同步期
潮位过程曲线及潮高差示意图
4结束语
本文针对钱塘江河口这一强潮河口如何实施水
下地形测量中水位控制这一关键问题，详细分析了
该区域潮汐特征，计算比对了多个验潮站之间的潮
时差、潮高差,并指出，只要作适当的作业时段选择，
即使在这种特殊区域，也可按照规范要求实施相应
作业，本文研究表明：
(1) 在钱塘江强潮河口区作业,要保证水下地 形测量精度，应充分了解该区域水下地形状况和水
文特征，在潮位站布设时要充分考虑钱塘江河口区
域的水文潮汐特征，既要考虑钱塘江纵向的变化情
况，也要考虑横向变化，在澉浦以上河段间距不宜太
长，且应南北对称布设。

(2) 在强潮区域进行水下地形测量时，安排在 高平潮附近作业，既保证了作业安全，同时也确保了
测量成果得正确性。

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Study on Control o f Underwater Topographic Survey Tide in Strong Tidal Estuary
W A N G L i ngf e ng'^R E N Shaohua1'2,L I Ya f e i1
(1.Zhejiang Surveying Institute of Estuary and C oast,Hangzhou 310008,C hina；
2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Estuary and C oast, Hangzhou 310008, China)
A b s t r a c t：The Qian Tang River estuary is the strong tidal estuary,it has the characteristics of large tidal range,
rapid flow, complex terrain and local tidal changes e tc, which makes it difficult to control the project of tidal level.In order to solve the problem of controlling the tidal level for Qian Tang Estuary underwater topographic survey, this paper analyzes the underwater topography and tidal characteristics of the tidal estuary, and puts forward the layout scheme and the time requirement of the tidal level control in Qian Tang River estuary. The measured data shows th a t, it can achieve the specification precision requirements for the strong tidal estuary underwater topographic survey if the tide level station were rationally designed and the operation time were appropriately chosen.
Key w or ds：strong tidal estuary；underwater terrain；level control；Qian Tang Estuary；tidal characteristic；
synchronizat period
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Sub-bottom Sedimentary Structures Research and Detection at the
Upper o f Tidal Limit in the Chang Jiang River
ZH A N G J i a h a o1,ZHOU Fe n gnia n2,CHENG Heqin1,ZHENG Shuwei1,W U Shuai hu1,SHI Shengyu1,XU Wei1
(1. State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research, East China Normal University, Shanghai 200062, China ；
2.The Survey Bureau of Hydrology and Water Resources of Chang Jiang Estuary,
Chang Jiang Water Resources Com mission,Shanghai 200136,China)
A b s t r a c t: Sedimentary structure i s one o f the important methods on the understanding o f the migration o f river.
How ever, as the momentous interface of the material and energy transportation, there has never been a report of the sub-bottom sedimentary structure research at the upper of the tidal limit in the Chang Jiang River." Full coverage" detection by a sub-bottom profiler is made at the upper of the tidal limit in the Chang Jiang River from July 2015 to August. The results show that a lot of symmetry-to-downstream dunes develop at the upper of the tidal limit in the Chang Jiang River ( Chongwenzhou tail). In contrast, dunes develop on both sides of the downstream waterway of the Chongwenzhou tail with a smaller scale in the height and spacing.The sub-bottom sedimentary structure shows that there are layers developed in part of the Guichi waterway under the riverbed.
Key words：sedimentary structure；sub-bottom profiler；the tidal lim it；sand w aves；the Chang Jiang River。