通州湾港区二港池匡围一期工程施工期动态监测

胡小雷，方华山，冯建军，王长永

（中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120）

通州湾港区二港池匡围一期工程施工期动态监测

胡小雷，方华山，冯建军，王长永

（中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120）

为保障通州湾二港池匡围一期工程顺利实施，在匡围工程分期分段及后期合龙等施工阶段采用RTK三维水深测量、ADCP高精度模式测流等手段对工程区域地形和流场进行定期监测。监测结果表明：受匡围工程影响，工程水域流场变化较大，龙口附近水域存在绕堤流、沿堤流等流态，呈涨潮流大于落潮流等特征，龙口区域水下地形冲刷较大。动态监测结果满足相关规范精度要求，可为数模、施工方案的制定提供准确的基础数据。

通州湾港区；匡围工程；动态监测；地形监测

1 工程概况

通州湾二港池匡围工程位于江苏省南通市通州区沿海岸线，腰沙围垦一期通道东南侧、二期通道南侧，小庙洪水道尾段北侧腰沙之上。利用腰沙围垦一期通道及二期通道、匡围一期工程新建围堤作为陆域边界，通过吹填造地形成约11.3 km2的建设用地，新建围堤约10 km，吹填隔堤约5.9 km，吹填港池及航道疏浚土约6 431万m3。

工程区域的表层沉积物以粉细沙为主，抗冲性差，而工程水域属多股潮流交汇区域，工程的实施势必会引起水、沙运动和冲淤趋势的变化[1-2]。此外，本工程围区面积大，龙口保护和合龙问题较为突出[3]。为此，亟须采取施工期的流场分布和水下地形进行动态监测、动态研究及动态管理措施，及时掌握流场及地形变化情况，调整施工顺序、采取设计施工措施，从而保障工程的顺利实施。

2 动态监测内容及方案

2.1 动态监测内容

本次监测内容主要包括：常规定点同步水文测验；龙口流速测验；水下地形变化监测等，具体要求分述如下：

1）定点水文测验

定点水文测验包括6个固定垂线的流速观测和1个潮位站观测。根据施工方案，拟分为3个阶段进行测量，分别为：淤护底完成前（2015年4月）；于AB段封堵前（2015年6月）；盂BC段推进50%前（2015年8月），具体结合施工安排及进展确定。测验内容包括潮位、流速流向。各测线位置见图1。

图1 动态监测布置示意图Fig.1 Layout of the dynamic monitoring

2）龙口流速测验

龙口流速测验与定点水文测验不同步，测验时间根据施工进度安排，当龙口合龙至约300 m时，进行龙口水文测验，各测线位置见图1。

3）水下地形变化监测

采用水下地形和固定断面测量法相结合的方式，测量范围及测图比例见表1和图1。根据施工计划制定测量时间及频率，每月1次。

表1 地形监测统计表Table 1 Statistical table of geography monitoring

2.2 动态监测方案

2.2.1 控制测量

平面控制采用1954年北京坐标系，克拉索夫斯基椭球，高斯-克吕格正形投影，中央子午线121毅30忆00义。每次测量前在高级控制点上比对以检验GPS定位精度，监测期间定期复核控制网以防点位变动。

2.2.2 水深测量

水深测量利用GPS-RTK无验潮模式进行三维水深测量。其基本原理是利用RTK测得的GPS天线精确的三维坐标（X，Y，H），其中X、Y确定定位点的平面位置，RTK高程（H）结合由测深仪同步测得的水深换算出同一平面位置上的水下泥面的高程或水深值，从而获得水下地形数据[4]。

测量定位采用美国Trimble SPS 855 GPS接收机，其实时动态定位精度水平达8 mm+10-6D，垂直达 15 mm+10-6D。测深仪采用无锡海鹰的HY1600型浅水测深仪，测深精度依0.1%D依0.01 m，D为所测深度。

2.2.3 潮位测量

潮位观测采用现场抛设自记式验潮仪，潮位观测间隔为5 min。在观测前后和观测期间对自记潮位按规定进行校核。资料成果统计高低潮潮位值和发生的时刻。采用YDJ-1水文数据遥测仪，水位误差在依2 cm之间，测量范围介于0耀20 m。

2.2.4 流速测量

水文测验采用声学多普勒流速剖面仪（简称ADCP）施测，对于水深浅、流速大的龙口水域采用1 200 kHz声学多普勒流速剖面仪高精度模式进行流速测量。导航定位采用AshtechBR2G/DGPS-1信标差分，ADCP数据采集软件用WinRiver 1.06版本。

本次测验SW3~SW8点水深较浅，测船无法到达，需设计专门的测验载体。根据以往类似项目经验，可采用不锈钢支架内填泡沫浮体，用抱箍、螺丝固定，ADCP安装在泡沫浮体的中部，仪器的入水深度为0.5 m左右。安装换能器保证垂直，安装完毕后进行试验，使得纵摇、横摇值接近0；仪器的电缆线必须注意保护，避免过度受外力造成破坏。采用DGPS系统定位，人工用长杆和绳索牵引就位。

测验前，各ADCP垂线进行试测验，检测底跟踪情况，并进行罗经校正和检测。通过对垂线基本情况的了解，科学、合理地设定ADCP参数，参数设置如下：ADCP测深单元深度：WS50/WS10；脉冲间隔：TP000000；每组信号脉冲数：WP4；底部跟踪信号数：BP4。

3 监测结果分析

3.1 潮位成果分析

工程水域主要受东海前进波控制，外海潮波进入浅水区后，在近岸地形影响下形成驻波。从实测潮位过程线来看[5]，匡围水域的潮汐类型属正规半日潮型，测验期间的最高潮位为5.17 m，最低潮位为0.73 m，潮差达4.44 m。该区域的平均涨潮历时5 h 38 min，平均落潮历时达6 h 40 min，表明匡围水域的落潮动力强于涨潮动力，测验期间潮位过程线如图2所示。

图2 测验期间潮位过程线图Fig.2 Tidal process lines during the monitoring

3.2 流速结果分析

匡围工程施工期间，浅滩水域的流场受浅滩地形引起的回流效应影响，呈旋转流特征，流向随时间逆时针缓慢旋转。龙口区域水流流态紊乱，存在绕堤流、沿堤流等现象，且流速变化均较大，对工程的施工在技术、安全等方面带来相当大的困难。

从实测资料来看，工程水域主要呈涨潮动力弱于落潮动力的特征，如SW1垂线实测最大涨潮流速1.45 m/s，实测落潮最大流速1.50 m/s；然而，靠近匡围隔堤的浅滩水域和龙口水域却呈涨潮动力强于落潮动力的特征，如SW6垂线实测最大涨潮流速3.18 m/s，实测落潮最大流速1.62 m/s，最大涨潮流速是落潮流速的2倍。见图3。究其原因，1）受隔堤的围阻影响，涨潮时隔堤外侧水位远高于隔堤内的水位，而落潮时隔堤内的水位下降速度较慢；2）隔堤附近存在沿堤流，在涨潮时对涨潮流有助推作用，落潮时又起顶推作用[6]。从各垂线的垂向分布来看，实测最大流速极值多出现在垂线的上层。

图3 测验期间各垂线实测最大流速Fig.3 The measured maximum velocity of each point in the vertical direction during the monitoring

3.3 地形监测成果分析

根据2016年8月和2016年4月工程区域的地形监测数据绘制工程区域地形冲淤图，分析匡围区域的冲淤变化，尤其是龙口附近区域、隔堤两侧滩面以及隔堤头部等区域的冲淤变化，以便采取相应的施工措施，确保工程安全。

从图4来看，整体匡围区及周边500 m内范围的主要冲淤情况：东侧隔堤龙口区域以冲刷为主，冲刷幅度达2耀3 m，南侧隔堤龙口附近水域呈冲刷特征，冲刷幅度为3耀6 m；北侧堤北侧为冲；西侧堤和东侧堤堤头附近水域主要呈淤积特征，淤积厚度在3耀6 m之间。东侧堤外侧水域冲刷剧烈，冲刷幅度最大可达6 m以上。

图4 匡围工程区域水下地形冲淤图Fig.2 Erosion and deposition of underwater topography in the inning project region

4 结语

本工程区域地形和流场定期的监测，采用了合适的监测仪器，获得了工程区域的潮位资料、流场分布情况、龙口区域潮流资料及水下地形资料，为数学模型验证和工程施工提供了及时准确的实测资料。总结这次施工期动态监测实践可以得出以下基本结论：

1）匡围工程对工程水域的流速分布影响较大，尤以龙口区域为最。工程合龙前，龙口附近水域呈涨潮流大于落潮流的特征，且存在绕堤流、沿堤流等紊乱流态，流速最大可达3.1 m/s。

2）匡围工程施工期间，工程区域水下地形冲淤变化大。其中，大堤头部区域淤积厚度可达3耀6m，龙口附近区域冲刷较大，冲刷厚度可达2耀3 m，绞吸船等工程船舶的取砂、吹砂施工对地形变化的影响也较明显。

3）本次动态监测的技术路线、关键技术的难点及应对措施、技术创新的应用及效果评价，满足相关规范精度指标的要求，能满足施工顺序选择、施工组织设计优化等方面的要求，对今后同类及类似的施工监测研究项目具有借鉴意义。

[1]赵恩宝，王大伟，曹慧江.横沙东滩促淤圈围工程对长江口北槽深水航道的影响[J].中国港湾建设，2015，35（9）：14-19.

ZHAO En-bao,WANG Da-wei,CAO Hui-jiang.Influence of Hengshaeastshoalsiltationandreclamationprojectonnorthpassage of Yangtze estuary deepwater channel[J].China Harbour Engi原neering,2015,35(9):14-19.

[2]李九发，戴志军，刘新成，等.长江河口南汇嘴潮滩圈围工程前后水沙运动和冲淤演变研究[J].泥沙研究，2010（3）：31-37.

LI Jiu-fa,DAI Zhi-jun,LIU Xin-cheng,et al.Research on the movement of water and suspended sediment and sedimentation in Nanhui spit of the Yangtze Estuary before and after the construc原tion of reclamation projects on the tidal flat[J].Journal of Sediment Research,2010(3):31-37.

[3]卢永金，宋少红，刘新成，等.圈围特大涨潮沟的实施顺序与龙口选址[J].水利水运工程学报，2010（1）：95-100.

LU Yong-jin,SONG Shao-hong,LIU Xin-cheng,et al.Construc原tion procedure and closure gap site selection for dike-closing pro原ject in large flood channel[J].Hydro-Science and Engineering, 2010(1):95-100.

[4]颜惠庆，张俊.GPS-RTK无验潮水深测量技术在长江口航道治理工程中的应用[J].水运工程，2002（10）：79-80.

YAN Hui-qing,ZHANG Jun.Application of GPS-RTK bathymetric survey technique without tidal observation in Yangtze Estuary channel regulation project[J].Port&Waterway Engineering,2002 (10):79-80.

[5]中交上海航道勘察设计研究院有限公司.通州湾港区二港池匡围一期工程施工期动态监测研究阶段报告[R]援上海：中交上海航道勘察设计研究院有限公司，2016援

Shanghai Waterway Engineering Design and Consulting Co.,Ltd. Dynamic monitoring report on the phase I inning project of TongzhouBaybasin2[R].Shanghai:ShanghaiWaterwayEngineering Design and Consulting Co.,Ltd.,2016.

[6] 侯志强.黄骅港外航道整治工程后沿堤流分析[J].水运工程，2008（11）：121-127.

HOU Zhi-qiang.Analysis of the current along breakwater after regulation of the breakwater in Huanghua Port[J].Port&Waterway Engineering,2008(11):121-127.

Dynamic monitoring during construction of the phase I inning project of Tongzhou Bay basin 2

HU Xiao-lei,FANG Hua-shan,FENG Jian-jun,WANG Chang-yong
（Shanghai Waterway Engineering Design and Consulting Co.,Ltd.,Shanghai 200120,China）

To ensure the successful construction of the phase I inning project of Tongzhou Bay basin 2,during the constructing stage of the phase separation and the final closure of the inning project,we took regular monitoring of topography and flow field near the engineering region by RTK 3-D depth measurement and ADCP high precision measurement.The monitoring results show that,under the influence of the inning project,the flow distribution near the construction water area changes greatly,the water flows around or along the dam near the closure gap,and the flood current is stronger than the ebb current.Serious erosion occurs near the closure gap.The dynamic monitoring results can well satisfy the precision requirements of the relevant standards,and can provide accurate basic datum for the establishment of numerical simulation and construction scheme.

Tongzhou Bay Port;inning project;dynamic monitoring;geography monitoring

U612

A

2095-7874（2017）04-0035-04

10.7640/zggwjs201704009

2017-02-27

胡小雷（1990— ），男，江苏人，硕士，工程师，港口、海岸及近海工程专业。E-mail：huxiaolei@shiw.com.cn