王忠權(quán)，俞金清，馬 捷

（1.浙江省錢塘江管理局勘測設(shè)計院，浙江 杭州 310016；2.浙江省錢塘江流域中心，浙江 杭州 310016）

0 引 言

涌潮是一種極為特殊的水流運動，流速大、破壞力強、水流特性復(fù)雜。錢塘江以壯觀的涌潮聞名于世，其獨特的自然現(xiàn)象不僅為后人留下了眾多的神話、傳說及詩詞歌賦等文化瑰寶，也給觀潮游人以獨特的感受。但涌潮在帶來潮景的同時也是一種災(zāi)害，因此，對于涌潮的保護要遵循興利避害的原則，且需要對涌潮的發(fā)生、發(fā)展變化規(guī)律及涌潮水動力學(xué)特性進行系統(tǒng)認識。

研究涌潮最直接的辦法就是現(xiàn)場觀測。1888年M·U·Moore整 理 的《錢 塘 江（杭 州 灣）涌潮）》一文是迄今所知關(guān)于錢塘江潮最早的觀測記錄[1]。1920年上?？Ｆ志衷邴}官至澉浦沿岸進行了涌潮觀測[2]。1950—1954年在老鹽倉、鹽官和海鹽采用浪力計觀測了涌潮（波浪）壓力，初步建立涌潮傳播速度與河床地形、涌潮高度的關(guān)系[3]。1968年多家單位共同在蕭山新灣鎮(zhèn)進行了一次定點涌潮觀測，在離岸30 m處測量了潮頭高程（1.4～2.5 m）、涌潮傳播速度（3.5～9.6 m/s）、潮頭前坡（1∶2.9～1∶9.4）、測點流速（6.1～12 m/s）、涌潮壓力（18.6～71.9 kPa）等數(shù)值[4]，并得到涌潮流速隨時間的變化過程和涌潮流速的垂向分布。1974年開始在大缺口、西龍頭等處采用江中立水尺的方式進行人工目測。1988年在海寧舊倉測量了涌潮高度、行進速度、漲潮流速和代表點壓力[5]；2000年從富春江電站至杭州灣金山進行了大范圍的涌潮同步觀測，沿程布置22個測點，觀測了涌潮到達時間、傳播方向、潮頭附近水位變化、潮頭水面破碎情況，對涌潮的形成、發(fā)展和衰減的全過程有了較深的認識，發(fā)現(xiàn)了涌潮衰減階段的雙峰現(xiàn)象[6]；2002年在錢塘江六橋主墩樁基進行了涌潮壓力測試[7]；2003年開始采用ADCP流速儀在強涌潮河段進行數(shù)次全過程觀測，測得最大涌潮流速為6.65 m/s，垂線為5.58 m/s。

除了專門針對涌潮的觀測，錢塘江河口沿線還有聞家堰、閘口、七堡、倉前、鹽官、澉浦等水位站記錄每天的高、低潮位。另外錢塘江河口一些大型涉河工程建設(shè)的觀測資料，也為涌潮研究提供了一定的資料補充。但現(xiàn)有觀測項目、涌潮高度、形態(tài)和進行速度等多為目測，可靠性差，涌潮強勁河段現(xiàn)場施測極為困難，長期要素不全面。

1 涌潮觀測要素和觀測方法的確定

在考慮現(xiàn)有觀測條件、借鑒現(xiàn)有涌潮及其他水文觀測方法的基礎(chǔ)上，涌潮觀測要素的確定前瞻性地結(jié)合新的技術(shù)方法和測量手段，提出系統(tǒng)可行的觀測方案。

根據(jù)涌潮的水力特性，初步確定觀測內(nèi)容為涌潮高度、涌潮形態(tài)、涌潮行進速度、潮位過程、涌潮壓力、流速、含沙量、河床沖淤過程及風(fēng)速風(fēng)向等9項內(nèi)容。

1）涌潮高度。波列涌潮指第一個波峰與之后波谷的平均值減去潮前低潮位作為涌潮高度；旋滾涌潮指潮頭后一段時間（60 s）的平均潮位減去潮前低水位作為現(xiàn)場觀測的涌潮高度。

2）涌潮形態(tài)。包括潮頭線的潮頭形態(tài)及平面線型；潮頭形態(tài)指不同涌潮階段的形態(tài)，即波狀陣列形態(tài)、翻滾涌潮不同破碎程度形態(tài)；平面線形指潮頭線在江面上的平面線形。

3）涌潮行進速度。涌潮潮頭溯江推進的速度。

上述觀測要求采用全球眼結(jié)合水尺目測、水位自動觀測設(shè)備（選用浮子式自記水位儀、壓力式自記水位儀、雷達自記水位儀）、三維攝影測量方法（利用2臺可用于量測的相機同步拍攝，獲取涌潮瞬時立體像對，軟件實時處理準確獲得涌潮的空間尺寸和方位信息，提取潮頂線、潮腳線、潮型曲線等數(shù)據(jù)）等。

4）潮位過程。采用全球眼人工遠程觀測時，一般只進行大潮汛期間日潮的觀測；觀測頻率為潮前1 min觀測1次潮前水位；潮到后10 min內(nèi)，每 min觀測1個數(shù)據(jù)；潮到后10～180 min之內(nèi)每30 min觀測1個數(shù)據(jù)，且在預(yù)計最高潮位時點前后應(yīng)每隔5～15 min觀測1次；其他時段每隔60 min觀測1次。采用自記水位儀觀測時，實行全天候24 h數(shù)據(jù)采集，涌潮到達后10 min內(nèi)，按實際設(shè)備頻率1～3 s采集1次；之后每間隔1 min采集1個潮位數(shù)據(jù)（采集時點前后10 s內(nèi)所有數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值）。

5）涌潮壓力。迎涌潮潮頭方向各點位的動水壓力觀測，采用豎向每0.5 m布置1個壓力傳感器，每套涌潮壓力測量設(shè)施包括11～17個壓力傳感器。采用CY201智能點壓力傳感器在涌潮時段（10 min，含潮前1 min）實施測量，采集頻率為50～100 Hz。

6）流速。采用目前垂向分層流速測量應(yīng)用較廣的AWAC浪龍流速剖面儀，因江道沖淤幅度大，在平均低潮位附近安裝2臺，分別測量平均低潮位以下和以上的分層流速。流速數(shù)據(jù)全天候24 h采集，按1～3 s采集一次，采集精度為0.01 m/s。潮前至涌潮到達后60 min內(nèi)每min摘取一次數(shù)據(jù)，其它時段每30 min摘取1次數(shù)據(jù)。

7）含沙量。含沙量數(shù)據(jù)主要通過濁度儀采集，配合人工定期現(xiàn)場取樣實驗比對。濁度儀安裝前需要進行設(shè)備率定，取得濁度與含砂量轉(zhuǎn)換關(guān)系參數(shù)，濁度儀實行全天候24 h數(shù)據(jù)采集，采集頻率為：涌潮到達后60 min內(nèi)每5 min采集1次，其余時段整點采集1次。每季度采用自吸泵取樣測驗和OBS3+自動濁度儀[8]進行對比分析。

8）河床沖淤變化。結(jié)合涌潮流速測量過程，在流速測量點附近定點采用單頻測深儀測量河床隨涌潮的沖淤變化過程，潮前低潮位時測1次河床高程，涌潮潮頭后的30 min內(nèi)每隔5 min測1次河床高程，其它時段每30 min測1次。

9）風(fēng)速風(fēng)向。采用機械式風(fēng)速風(fēng)向儀，分別安裝于鹽官、美女壩2個觀測站的三維攝影塔桿上。

2 觀測站點布設(shè)、觀測項目及設(shè)備布置

2.1 長期觀測站點確定

錢塘江涌潮在歷史上是逐漸下移的，唐宋時觀潮在杭州一帶，從元末起呈下移趨勢，明末以來鹽官逐漸成為觀潮勝地。而隨著錢塘江河口兩岸逐步達到規(guī)劃治導(dǎo)線，起潮點及河段最大涌潮高度位置已較上世紀末均明顯下移。涌潮觀測站點綜合考慮已有的涌潮特性研究成果，并結(jié)合已有的水文站點及投資管理等方面，站點布置能初步實現(xiàn)涌潮觀測體系的形成。為此，確定從涌潮形成、發(fā)展至消亡的各個階段[9]及交叉潮、回頭潮、一線潮等出現(xiàn)位置布置觀測站點。鹽官河段是傳統(tǒng)的強潮河段，且鹽官已有陸域管理房，在該處設(shè)一個全方面觀測站；赭山灣河段是涌潮發(fā)展到涌潮衰減的過渡河段，也是涌潮與岸線斜交反射典型及回頭潮典型的河段，美女壩處已有陸域管理房，在赭山灣河段設(shè)一個全方面觀測站；聞家堰、長河是涌潮逐漸消亡的階段，設(shè)為觀測點；七堡河段的潮位過程較特殊，涌潮成為整個漲潮波的坡面，涌潮后就是落潮波，設(shè)為觀測點；老鹽倉為典型強涌區(qū)回頭潮，設(shè)為觀測點；鹽官至尖山河段，涌潮變化劇烈，該河段已有大缺口、新倉觀測點，考慮資料延續(xù)性，在這2處設(shè)置觀測點；另外考慮到涌潮下移，在蕭山與紹興交界處的臨江碼頭設(shè)置觀測點；起潮點江面寬闊，兩岸邊都缺少電力和通信設(shè)施，考慮在嘉紹大橋主墩上設(shè)置起潮觀測點。各站點位置見圖1。

圖1 錢塘江河口涌潮觀測站點位置圖

2.2 各觀測站點觀測項目及設(shè)備布置

根據(jù)涌潮觀測站點的布置和錢塘江涌潮特性，確定各觀測站點的觀測項目見表1，各站點采用的設(shè)備統(tǒng)計見表2。

表1 各觀測站點觀測項目表

表2 各觀測站點主要觀測設(shè)備表

3 觀測系統(tǒng)展示

觀測系統(tǒng)的成果展示見表3及圖2～7。

表3 2021年8-9月美女壩鹽度分層月平均統(tǒng)計表單位：ntu

圖2 2021年9月24日鹽官不同設(shè)備實測潮位過程對比圖

圖3 涌潮三維形態(tài)展示圖

圖4 2021年9月24日鹽官站溫度、鹽度、濁度測量 成果線圖

圖5 2021年9月24日鹽官站涌潮壓力測量成果圖

圖6 2021年9月24日鹽官站實測潮流分層流速圖

圖7 美女壩2021年9月中層溫度日均變化占比圖

4 結(jié) 論

1）錢塘江涌潮觀測體系建立后，經(jīng)過初步運行調(diào)試，已開始結(jié)合實測數(shù)據(jù)，開展涌潮中短期預(yù)測預(yù)報，服務(wù)社會觀潮需求，為沿江防潮安全、防汛調(diào)度，做出有力技術(shù)支撐。

2）在不斷積累涌潮實測數(shù)據(jù)并結(jié)合近年來涌潮科考活動，經(jīng)分析表明，涌潮起潮點已向東移動5 km，南岸潮水勢頭不斷增強，出現(xiàn)了魚鱗潮等新的潮形。

3）全年涌潮極值一般出現(xiàn)在夏秋季大潮期間，夜潮高于日潮。

4）錢塘江河口屬于強涌潮河段，涌潮強度大、咸度高、含砂量大，安裝觀測設(shè)備易受涌潮沖擊、海生動物和咸潮侵蝕破壞，設(shè)備使用壽命比安裝在一般河道要短很多。

5）為避免和減少涌潮直接對設(shè)備的破壞，涌潮觀測設(shè)備在滿足設(shè)計要求下能達到相同或相近使用功能下，宜盡量選擇非直接接觸涌潮的設(shè)備和三維攝影測量方法[10]。

6）涌潮作用時間短，為觀測涌潮瞬間變化，宜選用采樣頻率高的觀測設(shè)備[11]。

7）近年涌潮存在起潮點下移、南岸涌潮強度較強等現(xiàn)象，建議在嘉紹大橋下游南北兩岸和錢塘江南岸上游段合適位置增設(shè)涌潮觀測設(shè)備。

8）更大范圍的涌潮觀測建設(shè)、更長時間、更多要素的觀測積累，才能獲取更大空間和時間尺度上的涌潮變化規(guī)律。建議在左右岸、河中加密布設(shè)，或研發(fā)其他高科技觀測手段，以更好地刻畫涌潮空間變化規(guī)律。