江苏省沿江排涝设计潮位和潮型研究

水文水资源　ｌ６　江苏水利　ＪＩＡＮＧＳＵ　ＷＡＴＥＲ　ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ　２０１７年８月　Ａｕｇ．２０１７　江苏省沿江排涝设计潮位和潮型研究　王　丽，周　毅，纪小敏，聂（江苏省水文水资源勘测局，江苏南京青，刘　淼　２１００２９）　摘要：收集了江苏省沿江１２个潮位站长系列资料，分析了江苏省沿江潮位特征，从沿江各　代表站每年５—９月的实测潮位资料中，分别摘取连续四天的４个高低潮潮位，进行滑动　统计，分别求出各代表站连续四天的高低潮潮位的平均值，并从中挑选出每年的最大值，　将这些年的最大值分别组成各代表站的样本系列数据进行频率分析，用数理统计的方法　确定了５０％频率下排涝设计潮位。从历年的实测潮位资料中，选取高低潮位与５０％频率　设计潮位相同或接近过程，作为参照潮型，确定设计排涝潮型。　关键词：沿江；排涝；潮位；潮型　中图分类号：ＴＶ１２２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００７－７８３９（２０１７）０８—００１６—０４　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｉｄａｌ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｔｉｄａｌ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｏｆ　ａｌｏｎｇ－ｒｉｖｅｒ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｎ　Ｊｉａｎｇｓｕ　ＷＡＮＧ　Ｌｉ，ＺＨＯＵ　Ｙｉ，ＪＩ　Ｘｉａｏｍｉｎ，ＮＩＥ　Ｑｉｎｇ，ＬＩＵ　Ｍｉａｏ　（Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｓｕｒｖｅｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２　１　００２９，Ｊｉａｎｇｓｕ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｌｏｎｇ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｂｙ　１　２　ｔｉｄｅ　ｓｔａｔｉｏｎｓ　ａｌｏｎｇ－ｒｉｖｅｒ　ｉｎ　Ｊｉａｎｇｓｕ　ａｒｅ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ．　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｉｄａｌ　ｌｅｖｅｌ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ｒｉｖｅｒ　ｉｎ　Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｍｏｎｇ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｔｉｄｅ　ｄａｔａ　ｆｒｏｍ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　ｓｔａｔｉｏｎｓ　ｄｕｒｉｎｇ　Ｍａｙ　ｔｏ　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　ｅｖｅｒｙ　ｙｅａｒ，ｆｏｕｒ　ｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ　ｄａｙｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｔｉｄｅ　ｌｅｖｅｌ　ａｒｅ　ｐｉｃｋｅｄ　ｔｏ　ｄｏ　ｓｌｉｄｅ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｔｉｄｅ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｏｓｅ　ｆｏｕｒ　ｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ　ｄａｙｓ　ｉｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ａｍｏｎｇ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｙｅａｒ　ｉｓ　ｐｉｃｋｅｄ．Ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｙｅａｒｓ　ｉｓ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　ｓａｍｐｌｅ　ｓｅｒｉｅｓ　ｆｏｒ　ｒｅｑｕｅｎｃｙ　ａｎａｌｆｙｓｉｓ．Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　５０％ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｉｄｅ　ｌｅｖｅ１．Ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｔｉｄｅ　ｌｅｖｅｌｓ　ａｒｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｔｉｄｅ　ｄａｔａ　ｉｎ　ｐａｓｔ　ｙｅａｒｓ　ｓｕｃｈ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｙ　ａｒｅ　ｉｄｅｎｔｉｃａｌ　ｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　５０％￣ｅｑｕｅｎｃｖ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｔｉｄｅ　ｉＳ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｒｅｆｅｆｅｎｃｅ　ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｔｉｄｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｌｏｎｇ—ｒｉｖｅｒ；ｄｒａｉｎａｇｅ；ｔｉｄｅ　ｌｅｖｅｌ；ｔｉｄｅ　ｔｙｐｅ　江苏地处亚热带和暖温带过渡地带，季风环　流特征明显。春夏之交，梅雨盛行；进人盛夏，常发　生局部性暴雨；夏秋之际，常出现强度很大的台风　暴雨。而江苏地势平坦，平原面积约占６８．８％，遇　到大洪之年，平原洼地普遍处于洪水威胁之＿下０开　展治涝规划编制和治涝工程建设以保障涝区经济　社会的发展以及国家粮食安全是非常有必要的。　我省沿江潮水位受天体运行和月潮消长变化规律　的支配，属半日周期潮，一般每天涨、落潮各两次，　潮位变化大，排涝分析工作需结合沿江潮位变化　收稿日期：２０１７—０３－２７　基金项目：江苏省水利科技项目（２０１６００３），江苏省典型地区水资源环境承载能力提升研究。　作者简介：王丽（１９８２一），女，硕士，工程师，研究方向为水文水资源。　第８期　王丽，等：江苏省沿江排涝设计潮位和潮型研究　１７　因素，因此开展沿江排涝设计潮位和潮型研究具　排涝控制在最高的低潮位（即高低潮）。根据江苏　有重要意义。　地区降雨特性、下垫面特征和农作物排涝需求，在　每年的５～９月份排水量较多，排涝天数的确定是　１　自然地理　根据日雨二天排出和三日雨型雨后一天排出两种　江苏省位于我国大陆东部沿海的中心，东临　情况，都确定为四天。采用汛期连续四天平均高　黄海，西连安徽，北与山东接壤，东南与浙江、上　低潮位进行频率计算，潮型选用高低潮位Ｐ＝５０％　的平均潮型。然后选取十次左右高低潮位接近于　海毗邻，南北长４４０　ｋｍ，东西宽３６０　ｋｍ，总面积　１０．２万ｋｍ　。江苏地处长江、淮河流域下游，其中　Ｐ＝５０％的全潮过程线，取其平均潮型，确定设计　排涝潮型过程线。　长江流域面积３．８５万ｋｍ　，占３７．７％，淮河流域面　积６．３５万ｋｍ　，占６２．３％。　４验潮站的选定　长江流域境内汇水面积３．８５万ｋｒｎ　，分为长江　和太湖两大水系。长江干流自江浦新济洲入境，在启　江苏省长江干流总长４３２．５　ｋｍ，从资料的可　东东南元陀人海，贯穿江苏东西，全长４２５　ｋｍ，江　靠性、代表性、一致Ｉ生考虑，我们选取资料系列较长、　岸线长９６０　ｋｍ，是江苏沿江广大地区的排水、引　沿江分布均衡且能满足各片区排涝分析需求的１２　水大动脉ｎ】。　个潮位站来分析排涝潮型，分别为南京、瓜洲闸（闸　下）、镇江、三江营、江阴、天生港、青龙港、三条港、　２沿江潮水特征　浒浦闸（闸下）、小河新闸（闸上）、过船港闸（闸下）、　夏仕港闸（闸下）。沿江潮位除瓜洲闸（闸下）、夏　长江下游河段潮汐为非正规半日浅海潮，每日　仕港闸（闸下）、过船港闸（闸下）为废黄河口基面，　两涨两落，且有日潮不等现象，在径流与河床边界　其他站点统一到吴淞基面［３】。　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　５排涝设计（Ｐ－－５ｏ％）潮位的确定　时沿程递增，涨潮历时沿程递减【２】。江苏省沿江　潮汐特征值见表１（吴淞基面）。　５．１样本系列　从沿江各代表站每年５～９月的潮位实测资　３　分析方法　料中，分别摘取连续四天的４个高低潮潮位，应　用公式：　江苏省沿江地面地势较其相应涝区地势低，　ｚ＝丢（Ｚｇ（ｉ＋１）＋Ｚｇ（ｉ＋２）＋ｚ　ｇ（１＋３）＋ｚ　＋４））　（１）　表１江苏省沿江潮汐特征值表　南京　１０．２２　１９５４／８／１７　１．５４　１９５６／１／９　２．５３　１９９４，１，２９　Ｏ．０１　２０１Ｏ／１Ｏ，２　镇江　８．５９　１９９６／８／１　１．２４　１９５９／１／２２　２．１４　１９９７／８／１９　０．Ｏ１　２Ｏｌｏ，３／１０　三江营　８．０４　１９９６／８／１　１．１４　１９５９／１／２２　２．９２　ｌ９９３／１　１／１４　０．Ｏ１　２０ｏ３，８，２２　江阴　７．２２　１９９７，８，１９　０．８０　１９５９／１／２２　３．６２　１９９７／８／１９　０．０２　１９９９，９，１９　天生港　７．０８　１９９７／８／１９　０．４２　１９５６，２，２９　４．１６　１９９７／８／１９　０．０２　１９９９／９／１９　青龙港　６．６１　１９９７／８／１８　—０．２０　１９６１／５／４　５．０５　２０Ｉ）０，９／１　０．１４　１９９９／９／１９　三条港　６．５０　１９９７／８／１８　—０．４１　１９６９／４／５　５．５３　１９９７／８／１８　Ｏ．５９　１９９１／３／９　浒浦　６．７４　１９９７／８／１９　０．５７　１９７９／１／３０　４．１２　２０１２／１Ｏ／１７　０．Ｏ３　２０１ｏｉ３ｆ９　１８　江苏水利　２０１７年８月　其中：ｚ为连续四天平均潮位，ｚ　为潮位，　ｉ∈（０，１，２…ｎ）。　Ｃｖ＝／∑　１（Ｚｌ，　＿１）　（３）　进行滑动统诜分别计算出各代表站连续四　天的高低潮潮位的平均值，并从中挑选出每年的　最大值，将这些年的最大值分别组成各代表站的　样本系列数据进行频率分析［５】。　前述所选潮位站都具有设站年代久远、实测　资料系列长、数据完整、质量可靠等特点，完全可　以满足江苏省排涝设计潮位和潮型分析的需要。　５．２频率分析　Ｃｓ－　（　一３）Ｃ：　（４）　、　其中：　为湖位多年平均值，Ｚ　为连续四天平　均高低潮潮位的年最大值，ｎ为样本容量，Ｃｖ为　样本变差系数，Ｃｓ为样本偏差系数。　在适线过程中通过调整参数值，尽量使曲线　通过点群中心，并根据频率曲线与经验点据的配　设计重现期潮位的频率分析，可采用极值Ｉ　型分布或皮尔逊Ⅲ型分布的理论频率曲线。本文　根据江苏省的做法及经验，采用皮尔逊Ⅲ型分布　作频率分析。　合情况，使设计频率曲线与经验点据配合较好，最　终确定一条配合最佳的曲线作为最终的结果。计　算结果见表２（吴淞基面）。　首先对各样本系列数据进行经验频率计算，然　后根据Ｐ—ＩＵ（皮尔逊Ⅲ型）概率密度函数，采用　水文统计中常用的“矩法”，确定每个样本序列数　据的Ｐ一Ⅲ分布曲线的三个分布特征参数，以计算　出的　Ｃｖ、Ｃｓ（均值、变差系数、偏差系数）值作　为初选值，为了尽量使样本系列计算出的参数与总　体更接近，参数计算公式应采用“无偏估计值”公　式　。　Ｃｖ、Ｃｓ计算公式分别为：　＝　６排涝设计（Ｐ＝５Ｏ％）潮型的确定　推算潮位过程时，理论上应当从历年的潮位　资料中，选取完整自然潮位过程中不受台风及开　关闸等因素影响的若干个太阳日全潮过程作为参　照潮型，但在实际工作中，只能根据已有的潮位实　测资料，选取高低潮位与Ｐ＝５０％频率下的设计潮　位相同或相近的全潮过程作为参照潮型。　将各潮型按一个太阳Ｅｔ（２４　ｈ　５０　ｍｉｎ）的时间　ｎ　Ｚ　（２）　坐标进行拉伸或压缩，使得选取的各参照潮型的　表２沿江各代表站频率设计潮水位成果表　第８期　王丽，等：江苏省沿江排涝设计潮位和潮型研究　ｌ９　历时长度统一调整到一个太阳日的时间坐标轴上，　取各参照潮型的涨潮、落潮历时的平均值，分别作　为概化潮型的涨潮、落潮的历时，然后求出各时间　控制节点的平均潮位值，这样就得到了设计排涝　潮型过程，也就完成了排涝潮型的概化［５】。　沿江各代表站（设计频率Ｐ＝５０％）排涝潮型　分别见图１～图１２。　０・．－．瓜洲闸闸下１４成果　２０　一．　／＼／＼　图５瓜洲闸（闸下）站设计排涝潮型　—、、　／　＼　／　—－、＿＼／　＼　ｒ／　＼　ｒ　一　．　＼　／一＼　厂＼＿＼　＼　＿’　／＼．　／／　＼＼　，／＼．．　＼／　＼　图６　三江营站设计排涝潮型　图１　南京站２０１４与１９７６设计排涝潮型对比图　入　ｌ—　｜，、　ｌ｜　．　．　＼　ｌ入＼　｜／＼＼　．　＾　／／　／　＼　＼　＼／．，，　＼　＼．　０　－．－１４成果　＋７６．＆Ｉｔ　２ｏ　—．－－青龙港Ｉ４成果　２０　２５　图２镇江站２０１４与１９７６设计排涝潮型对比图　图７　青龙港站设计排涝潮型　，　＼一　　＼＾Ｉ．　／　０　．－，Ｉｐ－７６成果　’’‘＼＼２０　．　２５　．／　／　／　／　＼　＼　＼．＾　／　＼　／　＼一　２０　　—・一ｌ４成果　Ｏ・－・＿三条港１４成果　２５　图３　江阴站２Ｏｌ４与１９７６设计排涝潮型对比图　图８　三条港站设计排涝潮型　入八　　∥　．　　．／八＼　／／　．　．　时间（ｈ）　／／．　／　＼　＼　Ｖ入／　　　＼　＼　图９浒浦闸（闸下）站设计排涝潮型　图４　天生港站２０１４与１９７６设计排涝潮型对｝匕图　（下转第２４页）　２４　江苏水利　２０１７年８月　（上接第１９页）　７　结论　入　／＼　／　＼／０入　／＼　、√　＼２０　本文根据江苏地区多年实测潮位资料，进行　潮位频率分析和潮型概化分析，确定了各代表站　的排涝设计潮位和排涝潮型过程。　　；１　２　与１９７６年《江苏省水文统计》沿江设计潮型　的分析成果对比，本次成果从潮位、潮差和潮位出　现时间上都有不同，主要原因有以下几点：（１）统　—・一小河新闸（闸上）１４成果　图１０小新河闸（闸上）站设计排涝潮型　计分析选用的样本资料系列相差大，本次分析计　算选用了４０年以上的统计资料，资料系列更长。（２）　沿江的开发利用导致工况变化带来的影响。（３）本　＾－　／／　ｒ＼　＼—　＼．　／　＼次统计分析选用的潮型大多为近年实测全潮过程。　　、‘　综上分析，本次进行的排涝设计潮位、潮型　统计分析成果更接近于现状情况，对水利工程建　设设计等具有指导意义。　参考文献：　江苏省防汛防旱指挥部．江苏省防汛防旱手册【Ｒ】．　图１１过船港闸（闸下）站设计排涝潮型　入　／＼　入／　＼　／　／　＼√　０・－・一夏仕港闸（闸下）１４成果　ｌ　　ｌ　＼　＼２Ｏ　１９９９．　水利部水文局．长江流域水文资料【Ｒ】．１９５０－２０１４．　江苏省水文局．江苏省水文手册【Ｒ】．１９７６．　　刘曾美，吴俊校，肖素芬．感潮地区排涝分析计算方法　和思路研究［Ｊ１．人民珠江，２００９（５）：８—１１．　李国栋．苏北主要人海河流排涝设计潮位与潮型分析【Ｊ】．　人民长江，２０１０（１）：２１　４．　（责任编辑：徐丽娜）　图１２夏仕港闸（闸下）站设计排涝潮型