瀏河古鎮

長江南京至瀏河口深水航道航行基面及理論基面初步分析

夏云峰;聞云呈;張世釗;徐華

【摘要】Withthedevelopmentofthe12.5mdeep-waterchannelofthe

YangtzeRiverestuary,thedeepwaterchannelextendinguptoNanjingis

rt-upyearoftheexistingdatumofNanjing

tudy,thenavigationdatumupstreamof

Jiangyinhasbeenadopted,andthetheoreticaldatumdownstreamof

ehumanactivitiessuchasriverchannel

regulationsandbridgeconstructionandthenaturalfactorssuchasa

levelri,thetidalwavefromNanjingdownstreamhasbeentransformed

alongdistance,theexistingdatumneedstoberecalculatedandrechecked.

Inthispaper,tidedataofdifferentstationsalongdistancehasbeen

collected,interpolated,extendedandcompletedbyonedimensional

nthetideleveldata,wecalculatedthe

datumplaneofNanjingdownstreambyuofintegratedcumulative

curvemethod,andcomparedthedifferencebetweenexistingdatum

ownthattheexisting

datumplanescanensureshipnavigationsafety,andthatthecharts,

topographicmapsandrelevantrearchresultsbadontheexisting

datumarereliableandapplicable.%由于沿江河道治理、航道整治、橋梁建設

等人類活動以及海平面上升等因素的影響,南京以下沿程潮波發生變形,現行的基面

需要重新計算與復核.通過收集沿程各站潮位資料,并利用一維數學模型對資料進行

插補延伸；根據所得的沿程各站潮位資料,采用綜合歷時曲線法等手段對南京以下

基面進行計算,比較現行基面與本次計算基面的差異.研究表明,南京以下現行的基面

是可行的,且對船舶的航行是偏安全的,利用現行基面所測量的海圖、地形圖及研究

成果可信有效.

【期刊名稱】《水利水運工程學報》

【年(卷),期】2012(000)001

【總頁數】6頁(P13-18)

【關鍵詞】深水航道;航行基面;理論基面;復核

【作者】夏云峰;聞云呈;張世釗;徐華

【作者單位】南京水利科學研究院,江蘇南京210029;南京水利科學研究院,江蘇南

京210029;南京水利科學研究院,江蘇南京210029;南京水利科學研究院,江蘇南京

210029

【正文語種】中文

【中圖分類】U612

長江干流是世界上運量最大，運輸最繁忙的通航河流.長江南京以下河段位于長江

三角洲地區，自然條件優越，區位優勢明顯，是長江流域重要的國際門戶，其戰略

地位和開發利用價值十分顯著.隨著長江口12.5m深水航道開通，深水航道上延至

南京迫在眉睫.南京以下河道現行的基面從1970年開始啟用，江陰—南京采用航

行基面、江陰以下采用理論基面.隨著人類活動以及海平面上升等因素的影響，南

京以下沿程潮波發生變形，為確保船舶航行安全以及測圖的準確性，現行的基面需

重新計算與復核.

1南瀏段自然條件

1.1南瀏段概況

長江下游黃金水道南京至瀏河口河段(以下簡稱南瀏段)全長約320km，總體上以

分汊河型為主，河道平面形態呈寬窄相間的藕節狀.本河段河道寬闊，流路曲折，

洲灘眾多，河道寬度除局部較窄外，一般都在1km以上，局部寬闊河段，由于水

流分散，江中多灘，常形成多支分汊河道.南京河段，即和尚港至三江口河段，長

85.1km，其中龍潭水道長22km;鎮揚河段，即三江口至五峰山河段，長73.3

km;揚中河段，即五峰山至鵝鼻嘴河段，長87.7km;澄通河段，即鵝鼻嘴至徐六涇

河段，長88.2km;長江口南支河段，河段長70km.南京—瀏河口河段示意圖見圖

1.

圖1南京—瀏河口河段Fig.1SketchofNanjing-Liuheriverreach

1.2南瀏段潮汐、潮流

長江口為中等強度潮汐河口，本河段潮汐為非正規半日淺海潮，每日兩漲兩落，且

有日潮不等現象，在徑流與河床邊界條件阻滯下，潮波變形明顯，漲落潮歷時不對

稱，漲潮歷時短，落潮歷時長，潮差沿程遞減，落潮歷時沿程遞增，漲潮歷時沿程

遞減.南瀏段自上而下以鎮江、三江營、江陰、天生港、徐六涇和楊林的潮汐特征

為代表，其潮汐統計特征值如表1.

表1南瀏段沿程各站的潮汐統計特征(85高程)Tab.1Tidestatistical

characteristicsofstationsalongNanjing-Liuheriverreach(85datum)m站

名特征值最高潮位最低潮位平均高潮位平均低潮位平均潮差最大潮差最小潮差

鎮江6.70－0.653.432.760.962.320三江營6.14－1.102.561.401.192.92

0江陰5.28－1.142.100.501.693.390天生港5.16－1.501.940.051.82

4.010徐六涇4.83－1.562.07－0.372.014.010.02楊林4.50－1.471.72－

0.472.194.900.01

長江下游南京至吳淞口潮位特征見圖2，可以看出最高潮位通常出現在臺風、天文

潮和大徑流三者或兩者遭遇之時，其中臺風影響較大.1997年8月19日(農歷七月

十七日)，11#臺風和特大天文大潮遭遇，江陰站至長江口沿程各潮位站出現建站

以來最高潮位;1996年八號臺風，正值農歷六月十七天文大潮，遭遇上游大洪水

(長江大通站流量達72000m3/s)，江陰以上三江營，鎮江站出現歷史上最高潮位.

江陰以下臺風占主要因素，江陰以上出現的最高潮位則是以上游徑流加上下游的天

文大潮所產生的效應.

長江口潮流界隨徑流強弱和潮差大小等因素的變化而變動，枯季潮流界可上溯到鎮

江附近，洪季潮流界可下移至西界港附近.據實測資料統計分析可知，當大通徑流

在10000m3/s左右時，潮流界在江陰以上;當大通徑流在40000m3/s左右時，

潮流界在如皋沙群一帶;大通徑流在60000m3/s左右時，潮流界將下移到蘆涇港

—西界港一線附近.

圖2南瀏段各潮位站潮位特征Fig.2Tidestatisticalcharacteristicsofstations

alongNanjing-Liuheriverreach

2南瀏段基面計算

本次研究收集了沿程南京、鎮江、江陰、天生港、徐六涇、高橋以及堡鎮各站的實

測高、低潮位［1］，同時還收集了大通實測逐日流量、水位以及白茆河口

2000—2005年實測逐時潮位資料.由于沿程各站的資料基本上都為實測高、低潮

位，且年份不一，同時各實測潮位站之間間隔較遠，有必要增加相鄰站點間的潮位

資料，為此本次研究利用大通—白茆河口的一維非恒定流數學模型對沿程各站的

資料進行插補［2］.

設計最低通航水位是確定航道標準尺度的起算水位，即要求通航河流在通航期內允

許符合該航道等級的標準船舶航行的最低起算水位，一般簡稱設計水位.國內外航

道整治工程的最低設計通航水位的確定一般采用綜合歷時曲線法和保證率頻率法.

2.1綜合歷時曲線法、保證率頻率曲線法簡介

歷時曲線又稱保證率曲線、累積頻率曲線，取每年的逐日平均水位或流量資料，分

級統計各級天數累積的曲線，根據保證率要求，求出相應水位即保證率水位值;綜

合歷時曲線則以多年的日平均水位或流量分級統計各級天數累積曲線，根據保證率

要求，求出相應水位即為保證率水位值.

保證率頻率法是由歷時曲線及頻率分析兩部分構成，即首先在每年的歷時曲線上獲

得與保證率相對應的水位，再將該水位系列點繪成經驗頻率曲線，并配線為理論頻

率曲線，按照規定的頻率獲得設計水位.其含義為:如果水位設計標準為95%，頻率

為80%，則表示在所選水文系列年中年保證率95%對應的水位值低于設計最低通

航水位的情況，平均5a出現1次.

2.2南京至江陰航行基面的推求

航行基面不同于吳淞基面或黃?；娴?，它不是一個平面，而是一個由若干個相互

銜接的不同斜率的斜面構成的相對基面.對于通航的天然河流而言，大體相當于最

枯流量時的水面線或表征略低于低潮面;對于通航渠道或湖泊、水庫而言，大體相

當于航線上各個部位可能出現的略低于最低水位的連線.因此，以航行基面為準，

低于基面地形點的數值所反映的是該點的枯水水深，高于基面地形點的數值所反映

的是該點枯水時的干出高度［3－7］.

現行的南瀏河段南京至江陰航行基面于1970年開始啟用，是各站設計最低通航水

位的連線，航行基面的計算是根據1970年以前工程段沿江布置的潮位站所測量的

歷時資料，以漢口站約41a的資料為依據，采用最低水位頻率法進行計算，計算

其通航保證率為99.5%，相當于5年一遇最低水位，南京以下各站通過和漢口站

相關分析，并經過各地水位保證率曲線和最低水位頻率進行校核，經計算南京站保

證率為99.5%，相當于5年一遇最低水位，鎮江站保證率為99.9%，相當于5.1

年一遇最低水位［8］，江陰站保證率為99.9%，相當于5年一遇最低水位，南瀏

河段現行航行基面與理論基面銜接及各基面轉換關系見圖3.

圖3南瀏河段現行航行基面與理論基面銜接及各基面的轉換關系Fig.3The

existingnavigationdatumofNanjing-Liuheriverreachconnectedto

theoreticaldatumandthetransferrelationofthedatumplanes

南京至江陰河段航行基面由1970年以前資料計算確定，1970年前，南京至江陰

河段基本上處于自然狀態.隨著河勢的變化及一系列護岸工程整治工程的實施，以

及其他人類活動因素的影響，其水位特征將有所變化.總體來說，工程河段潮波發

生變形，表現為潮差減小，潮汐影響程度和范圍有所減弱，徑流作用進一步加強，

沿程潮位特征將有所調整，水文系列的調整將影響到最低通航水位的確定.本次研

究利用南瀏河段各站近年的實測低潮位資料計算分析南京站保證率為99.5%、鎮

江站保證率為99.9%、江陰、天生港、徐六涇、堡鎮以及高橋站保證率為99.9%

的設計最低通航水位，計算結果見表2.

表2南瀏河段各站最低通航水位Tab.2Thelowestnavigationwaterlevelof

hydrologystationsalongNanjing-Liuheriverreachm站名資料取用年限現

行航行基面南京1951—2005(缺1955，1988—2001)綜合歷時曲線法99.5%

99.9%2.1/1.966鎮江1953—2005(缺1955—1956，1988—2001)/1.74

1.649江陰1956—2005(缺1988—2001)/1.271.198天生港1953—2005(缺

1988—2001)/0.83/徐六涇1956—1987/0.75/高橋1956，1965—2005(缺

1988—2001)/0.27/堡鎮1965—2005(缺1988—2001)/0.15/

從表2可見，南京至江陰各站航行基面計算值較現行航行基面數值有所增加且一

般都約為0.10m，沿程總體變化趨勢與現行航行基面一致.

2.3江陰以下理論基面的推求

海平面指在某一時刻假設沒有潮汐、波浪、海涌或其他擾動因素引起的海面波動，

海洋所能保持的水平面.其高度系利用人工水尺和驗潮儀長期觀測而得.它是確定山

高水深的起算面，高度向上計算，深度向下計算.對于計算的深度來說，由于海洋

潮位的升降，海面大約有一半的時間是低于平均海平面，因此以海平面向下計算的

深度約有一半時間事實上沒有那么深［8］.為了保證航海的安全和便于船只航行的

計劃安排，海圖上標明的深度是從所謂“海圖深度基面”向下計算，關于海圖深度

基準面的確定主要有可能的最低低潮面、大潮平均潮面、略最低潮面、平均大潮低

潮面、英國海軍軍部海圖深度基準面以及美國海圖深度基準面等幾種計算方

法.1956年以后，我國主要采用“理論深度基準面”，它主要是8個主要分潮(M2，

S2，N2，K2，K1，O1，P1，Q1)組合的最低天文潮面［9］.

設以平均海面作為起算的潮高公式為:

上式取M2，S2，N2，K2，K1，O1，P1，Q1等8個分潮，求其最高、低潮面，

很明顯它與交點因子f的選取有密切關系.為了書寫方便，令

把式(1)改寫成:

根據平衡潮相角展開式:

因為:

所以，于是式(2)可以寫成

式(3)后6項可分為3組，其中每1組可組合成1個風潮的形式，即

其中，令A+Bcosτ=Rcosε，Bsinτ=Rsinε，所以，這樣可將式(3)改寫成

其中:

欲使得ζ為極值，必須使cos(φM2-ε1)=±1，cos(φS2-ε2)=±1，cos(φN2-

ε3)=±1，亦即最低值為:L=

本次研究利用南瀏河段沿程各站的實測高低潮位進行調和分析，然后利用調和常數

進行理論基面的計算，各站數值為(采用吳淞基面):南京2.81m，鎮江2.09m，江

陰1.32m，天生港0.94m，徐六徑0.84m，白茆河口0.72m.

2.4現行基面與計算基面比較分析

計算基面與現行基面比較見表3(其中現行的基面江陰以上是航行基面，江陰以下

為理論基面)，沿程變化見圖4.從表、圖可以看出，各站航行基面值有所抬高，但

抬高值一般都在0.10m左右;理論基面計算表明，各站理論基面計算值較現行理論

基面值高約0.20～0.30m，而理論基面和航行基面銜接處(江陰站)兩者的計算值

較為接近，相差在0.10m以內.

表3計算基面與現行基面的比較(吳淞基面)Tab.3Comparisonbetweenthe

calculatedandexistingdatumplanes(Wusongdatum)m站名計算航行基面

計算理論基面現行基面差值站名計算航行基面計算理論基面現行基面差值

2.102.811.970.13鎮江1.742.091.650.09江陰1.271.321.110.21天生港

南京徐六涇0.830.940.670.270.750.840.520.32白茆/0.720.480.24堡

鎮0.27///高橋0.15///

圖4計算基面與現行基面沿程變化比較Fig.4Comparisonofvariations

betweenthecalculatedandexistingdatumplanesalongdistance

江陰以上航行基面以及江陰以下理論基面的計算值較現行基面值高，究其原因，主

要是隨著河勢的變化及一系列護岸工程整治工程的實施，以及其他人類活動因素的

影響，其水位特征將有所變化;總體來說，工程河段潮波發生變形，表現為潮差減

小，潮汐影響程度和范圍有所減弱，徑流作用進一步加強，沿程潮位特征將有所調

整，從而使得沿程各站的平均海面(潮面)也有所變化.南瀏河段南京、鎮江、江陰以

及天生港各站1954—1970年(A時段)、1971—1987(B時段)年以及2002—

2005(C時段)年3個階段平均潮面(85國家基面)的變化進行分析，各階段變化見

圖5.從各站平均潮位的變化可以看出，第2階段各站平均潮位較第1階段有所增

加，第3階段較第2階段平均潮位值又有所增加，而且增加的幅度較第2階段的

增加幅度大.

圖5各站不同階段平均潮面變化Fig.5Theaveragetidelevelvariationsof

everystationindifferentperiods

3結語

現狀條件下計算得出的航行基面、理論基面較現行的航行基面、理論基面都有所抬

升，但沿程抬升的趨勢是一致的，計算航行基面和計算理論基面在江陰處相差0.1

m以內，說明航行基面和理論基面在江陰處能平順相接，進而說明南瀏河段現行

的基面是可行的、對船舶航行是偏安全的.以上說明利用現行的基面所測量的海圖、

地形圖以及研究成果是可信的，能用于航道整治工程的應用研究.

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