浏河古镇

长江南京至浏河口深水航道航行基面及理论基面初步分析

夏云峰;闻云呈;张世钊;徐华

【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、桥梁建设

等人类活动以及海平面上升等因素的影响,南京以下沿程潮波发生变形,现行的基面

需要重新计算与复核.通过收集沿程各站潮位资料,并利用一维数学模型对资料进行

插补延伸；根据所得的沿程各站潮位资料,采用综合历时曲线法等手段对南京以下

基面进行计算,比较现行基面与本次计算基面的差异.研究表明,南京以下现行的基面

是可行的,且对船舶的航行是偏安全的,利用现行基面所测量的海图、地形图及研究

成果可信有效.

【期刊名称】《水利水运工程学报》

【年(卷),期】2012(000)001

【总页数】6页(P13-18)

【关键词】深水航道;航行基面;理论基面;复核

【作者】夏云峰;闻云呈;张世钊;徐华

【作者单位】南京水利科学研究院,江苏南京210029;南京水利科学研究院,江苏南

京210029;南京水利科学研究院,江苏南京210029;南京水利科学研究院,江苏南京

210029

【正文语种】中文

【中图分类】U612

长江干流是世界上运量最大，运输最繁忙的通航河流.长江南京以下河段位于长江

三角洲地区，自然条件优越，区位优势明显，是长江流域重要的国际门户，其战略

地位和开发利用价值十分显著.随着长江口12.5m深水航道开通，深水航道上延至

南京迫在眉睫.南京以下河道现行的基面从1970年开始启用，江阴—南京采用航

行基面、江阴以下采用理论基面.随着人类活动以及海平面上升等因素的影响，南

京以下沿程潮波发生变形，为确保船舶航行安全以及测图的准确性，现行的基面需

重新计算与复核.

1南浏段自然条件

1.1南浏段概况

长江下游黄金水道南京至浏河口河段(以下简称南浏段)全长约320km，总体上以

分汊河型为主，河道平面形态呈宽窄相间的藕节状.本河段河道宽阔，流路曲折，

洲滩众多，河道宽度除局部较窄外，一般都在1km以上，局部宽阔河段，由于水

流分散，江中多滩，常形成多支分汊河道.南京河段，即和尚港至三江口河段，长

85.1km，其中龙潭水道长22km;镇扬河段，即三江口至五峰山河段，长73.3

km;扬中河段，即五峰山至鹅鼻嘴河段，长87.7km;澄通河段，即鹅鼻嘴至徐六泾

河段，长88.2km;长江口南支河段，河段长70km.南京—浏河口河段示意图见图

1.

图1南京—浏河口河段Fig.1SketchofNanjing-Liuheriverreach

1.2南浏段潮汐、潮流

长江口为中等强度潮汐河口，本河段潮汐为非正规半日浅海潮，每日两涨两落，且

有日潮不等现象，在径流与河床边界条件阻滞下，潮波变形明显，涨落潮历时不对

称，涨潮历时短，落潮历时长，潮差沿程递减，落潮历时沿程递增，涨潮历时沿程

递减.南浏段自上而下以镇江、三江营、江阴、天生港、徐六泾和杨林的潮汐特征

为代表，其潮汐统计特征值如表1.

表1南浏段沿程各站的潮汐统计特征(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

镇江6.70－0.653.432.760.962.320三江营6.14－1.102.561.401.192.92

0江阴5.28－1.142.100.501.693.390天生港5.16－1.501.940.051.82

4.010徐六泾4.83－1.562.07－0.372.014.010.02杨林4.50－1.471.72－

0.472.194.900.01

长江下游南京至吴淞口潮位特征见图2，可以看出最高潮位通常出现在台风、天文

潮和大径流三者或两者遭遇之时，其中台风影响较大.1997年8月19日(农历七月

十七日)，11#台风和特大天文大潮遭遇，江阴站至长江口沿程各潮位站出现建站

以来最高潮位;1996年八号台风，正值农历六月十七天文大潮，遭遇上游大洪水

(长江大通站流量达72000m3/s)，江阴以上三江营，镇江站出现历史上最高潮位.

江阴以下台风占主要因素，江阴以上出现的最高潮位则是以上游径流加上下游的天

文大潮所产生的效应.

长江口潮流界随径流强弱和潮差大小等因素的变化而变动，枯季潮流界可上溯到镇

江附近，洪季潮流界可下移至西界港附近.据实测资料统计分析可知，当大通径流

在10000m3/s左右时，潮流界在江阴以上;当大通径流在40000m3/s左右时，

潮流界在如皋沙群一带;大通径流在60000m3/s左右时，潮流界将下移到芦泾港

—西界港一线附近.

图2南浏段各潮位站潮位特征Fig.2Tidestatisticalcharacteristicsofstations

alongNanjing-Liuheriverreach

2南浏段基面计算

本次研究收集了沿程南京、镇江、江阴、天生港、徐六泾、高桥以及堡镇各站的实

测高、低潮位［1］，同时还收集了大通实测逐日流量、水位以及白茆河口

2000—2005年实测逐时潮位资料.由于沿程各站的资料基本上都为实测高、低潮

位，且年份不一，同时各实测潮位站之间间隔较远，有必要增加相邻站点间的潮位

资料，为此本次研究利用大通—白茆河口的一维非恒定流数学模型对沿程各站的

资料进行插补［2］.

设计最低通航水位是确定航道标准尺度的起算水位，即要求通航河流在通航期内允

许符合该航道等级的标准船舶航行的最低起算水位，一般简称设计水位.国内外航

道整治工程的最低设计通航水位的确定一般采用综合历时曲线法和保证率频率法.

2.1综合历时曲线法、保证率频率曲线法简介

历时曲线又称保证率曲线、累积频率曲线，取每年的逐日平均水位或流量资料，分

级统计各级天数累积的曲线，根据保证率要求，求出相应水位即保证率水位值;综

合历时曲线则以多年的日平均水位或流量分级统计各级天数累积曲线，根据保证率

要求，求出相应水位即为保证率水位值.

保证率频率法是由历时曲线及频率分析两部分构成，即首先在每年的历时曲线上获

得与保证率相对应的水位，再将该水位系列点绘成经验频率曲线，并配线为理论频

率曲线，按照规定的频率获得设计水位.其含义为:如果水位设计标准为95%，频率

为80%，则表示在所选水文系列年中年保证率95%对应的水位值低于设计最低通

航水位的情况，平均5a出现1次.

2.2南京至江阴航行基面的推求

航行基面不同于吴淞基面或黄海基面等，它不是一个平面，而是一个由若干个相互

衔接的不同斜率的斜面构成的相对基面.对于通航的天然河流而言，大体相当于最

枯流量时的水面线或表征略低于低潮面;对于通航渠道或湖泊、水库而言，大体相

当于航线上各个部位可能出现的略低于最低水位的连线.因此，以航行基面为准，

低于基面地形点的数值所反映的是该点的枯水水深，高于基面地形点的数值所反映

的是该点枯水时的干出高度［3－7］.

现行的南浏河段南京至江阴航行基面于1970年开始启用，是各站设计最低通航水

位的连线，航行基面的计算是根据1970年以前工程段沿江布置的潮位站所测量的

历时资料，以汉口站约41a的资料为依据，采用最低水位频率法进行计算，计算

其通航保证率为99.5%，相当于5年一遇最低水位，南京以下各站通过和汉口站

相关分析，并经过各地水位保证率曲线和最低水位频率进行校核，经计算南京站保

证率为99.5%，相当于5年一遇最低水位，镇江站保证率为99.9%，相当于5.1

年一遇最低水位［8］，江阴站保证率为99.9%，相当于5年一遇最低水位，南浏

河段现行航行基面与理论基面衔接及各基面转换关系见图3.

图3南浏河段现行航行基面与理论基面衔接及各基面的转换关系Fig.3The

existingnavigationdatumofNanjing-Liuheriverreachconnectedto

theoreticaldatumandthetransferrelationofthedatumplanes

南京至江阴河段航行基面由1970年以前资料计算确定，1970年前，南京至江阴

河段基本上处于自然状态.随着河势的变化及一系列护岸工程整治工程的实施，以

及其他人类活动因素的影响，其水位特征将有所变化.总体来说，工程河段潮波发

生变形，表现为潮差减小，潮汐影响程度和范围有所减弱，径流作用进一步加强，

沿程潮位特征将有所调整，水文系列的调整将影响到最低通航水位的确定.本次研

究利用南浏河段各站近年的实测低潮位资料计算分析南京站保证率为99.5%、镇

江站保证率为99.9%、江阴、天生港、徐六泾、堡镇以及高桥站保证率为99.9%

的设计最低通航水位，计算结果见表2.

表2南浏河段各站最低通航水位Tab.2Thelowestnavigationwaterlevelof

hydrologystationsalongNanjing-Liuheriverreachm站名资料取用年限现

行航行基面南京1951—2005(缺1955，1988—2001)综合历时曲线法99.5%

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

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

1988—2001)/0.83/徐六泾1956—1987/0.75/高桥1956，1965—2005(缺

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

从表2可见，南京至江阴各站航行基面计算值较现行航行基面数值有所增加且一

般都约为0.10m，沿程总体变化趋势与现行航行基面一致.

2.3江阴以下理论基面的推求

海平面指在某一时刻假设没有潮汐、波浪、海涌或其他扰动因素引起的海面波动，

海洋所能保持的水平面.其高度系利用人工水尺和验潮仪长期观测而得.它是确定山

高水深的起算面，高度向上计算，深度向下计算.对于计算的深度来说，由于海洋

潮位的升降，海面大约有一半的时间是低于平均海平面，因此以海平面向下计算的

深度约有一半时间事实上没有那么深［8］.为了保证航海的安全和便于船只航行的

计划安排，海图上标明的深度是从所谓“海图深度基面”向下计算，关于海图深度

基准面的确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、英国海军军部海图深度基准面以及美国海图深度基准面等几种计算方

法.1956年以后，我国主要采用“理论深度基准面”，它主要是8个主要分潮(M2，

S2，N2，K2，K1，O1，P1，Q1)组合的最低天文潮面［9］.

设以平均海面作为起算的潮高公式为:

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

很明显它与交点因子f的选取有密切关系.为了书写方便，令

把式(1)改写成:

根据平衡潮相角展开式:

因为:

所以，于是式(2)可以写成

式(3)后6项可分为3组，其中每1组可组合成1个风潮的形式，即

其中，令A+Bcosτ=Rcosε，Bsinτ=Rsinε，所以，这样可将式(3)改写成

其中:

欲使得ζ为极值，必须使cos(φM2-ε1)=±1，cos(φS2-ε2)=±1，cos(φN2-

ε3)=±1，亦即最低值为:L=

本次研究利用南浏河段沿程各站的实测高低潮位进行调和分析，然后利用调和常数

进行理论基面的计算，各站数值为(采用吴淞基面):南京2.81m，镇江2.09m，江

阴1.32m，天生港0.94m，徐六径0.84m，白茆河口0.72m.

2.4现行基面与计算基面比较分析

计算基面与现行基面比较见表3(其中现行的基面江阴以上是航行基面，江阴以下

为理论基面)，沿程变化见图4.从表、图可以看出，各站航行基面值有所抬高，但

抬高值一般都在0.10m左右;理论基面计算表明，各站理论基面计算值较现行理论

基面值高约0.20～0.30m，而理论基面和航行基面衔接处(江阴站)两者的计算值

较为接近，相差在0.10m以内.

表3计算基面与现行基面的比较(吴淞基面)Tab.3Comparisonbetweenthe

calculatedandexistingdatumplanes(Wusongdatum)m站名计算航行基面

计算理论基面现行基面差值站名计算航行基面计算理论基面现行基面差值

2.102.811.970.13镇江1.742.091.650.09江阴1.271.321.110.21天生港

南京徐六泾0.830.940.670.270.750.840.520.32白茆/0.720.480.24堡

镇0.27///高桥0.15///

图4计算基面与现行基面沿程变化比较Fig.4Comparisonofvariations

betweenthecalculatedandexistingdatumplanesalongdistance

江阴以上航行基面以及江阴以下理论基面的计算值较现行基面值高，究其原因，主

要是随着河势的变化及一系列护岸工程整治工程的实施，以及其他人类活动因素的

影响，其水位特征将有所变化;总体来说，工程河段潮波发生变形，表现为潮差减

小，潮汐影响程度和范围有所减弱，径流作用进一步加强，沿程潮位特征将有所调

整，从而使得沿程各站的平均海面(潮面)也有所变化.南浏河段南京、镇江、江阴以

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

2005(C时段)年3个阶段平均潮面(85国家基面)的变化进行分析，各阶段变化见

图5.从各站平均潮位的变化可以看出，第2阶段各站平均潮位较第1阶段有所增

加，第3阶段较第2阶段平均潮位值又有所增加，而且增加的幅度较第2阶段的

增加幅度大.

图5各站不同阶段平均潮面变化Fig.5Theaveragetidelevelvariationsof

everystationindifferentperiods

3结语

现状条件下计算得出的航行基面、理论基面较现行的航行基面、理论基面都有所抬

升，但沿程抬升的趋势是一致的，计算航行基面和计算理论基面在江阴处相差0.1

m以内，说明航行基面和理论基面在江阴处能平顺相接，进而说明南浏河段现行

的基面是可行的、对船舶航行是偏安全的.以上说明利用现行的基面所测量的海图、

地形图以及研究成果是可信的，能用于航道整治工程的应用研究.

参考文献:

［1］闻云呈，夏云峰.大通—长江口一维水沙数学模型计算研究［R］.南京:南京

水利科学研究院，2005.(WENYun-cheng，chintothe

rivergmentfromDatongtoYangtzeEstuarywithone-dimensional

water-dimentmathematicalmodel［R］.Nanjing:NanjingHydraulic

RearchInstitute，2005.(inChine))

［2］闵朝斌.关于最低通航设计水位计算方法的研究［J］.水运工程，2002(1):29-

32.(oachtothedesignlowestnavigablewaterlevel

［J］.PortandWaterwayEngineering，2002(1):29-32.(inChine))

［3］彭钜新.潮汐河段航道设计最低通航水位标准的研究［J］.水运工程，

2008(1):74-77.(dardofdesignlowestnavigablestage

intidalreach［J］.PortandWaterwayEngineering，2008(1):74-77.(in

Chine))

［4］彭钜新.非潮汐河段航道设计最低通航水位标准的研究［J］.水运工程，

2007(6):51-55.(tandardofinlandwaterwaydesign

lowestnavigablestage［J］.PortandWaterwayEngineering，2007(6):51-

55.(inChine))

［5］田林.浙江省半封闭型海湾多浅段航道乘潮通航保证率计算若干问题的探讨

［J］.水运工程，2003(7):33-35.(problemsincomputing

thecumulativefrequencyofhightidelevelinmulti-shallowwaterwayof

mi-clodbaysinZhejiangProvince［J］.PortandWaterway

Engineering，2003(7):33-35.(inChine))

［6］蔡国正.论天然河流设计最低通航水位两种确定方法的矛盾与统一［J］.水运

工程，2005(2):47-51.(dictionandunityoftwoways

determiningthedesignlowestnavigablewaterlevelofnaturalriver

［J］.PortandWaterwayEngineering，2005(2):47-51.(inChine))

［7］夏云峰，吴道文，闻云呈，等.长江下游南京至江阴段深水航道整治和床演变

分析及整治技术初探［R］.南京:南京水利科学研究院，2006.(XIAYun-feng，

WUDao-wen，WENYun-cheng，inarystudyontheregulation

technique，riverbedevolutionanalysisandregulationtothedeep-water

channelfromNanjingtoJiangyinofdownstreamYangtzeRiver

［R］.Nanjing:NanjingHydraulicRearchInstitute，2006.(inChine))

［8］吴华林，沈焕庭，吴加学.长江口海图深度基准面换算关系研究［J］.海洋工

程，2002，20(1):70-74.(WUHua-lin，SHENHuan-ting，WUJia-

onshipsamongdepthdatumlevelsintheYangtzeEstuary

［J］.TheOceanEngineering，2002，20(1):70-74.(inChine))

［9］陈宗镛.潮汐学［M］.北京:科学出版社，1980:200-214.(CHENZong-

gy［M］.Beijing:SciencePress，1980:200-214.(inChine))