资料贫乏海外港航工程水文调研方法探析

邓年生

摘 要：工程水文资料是大型港口建设前期必须掌握的基础材料。本文以莫桑比克马库泽港口工程水文现场调研中流域界定和现场示踪沙试验为例，提出了在资料匮乏的不发达地区进行水文调研的一些方法和要点，供类似水运工程建设参考。

关键词：港航工程 水文 调研方法 流域界定 示踪沙试验

1.前言

水文资料是涉水工程建设的重要技术基础资料，尤其是大型港口建设，全面掌握准确的水文信息是必不可少的工作环节，否则将引起工程设计的严重缺陷甚至导致整个工程失败。随着世界经济发展融合，一些欠发达地区如非洲和南美先期以资源开发出口为主，相应地需要建设大型港口并配备深水航道确保其正常营运。对于欠发达国家和地区，由于受到当地经济社会条件制约，水文资料往往匮乏且精度不高，给港口建设造成较大难度。我院承担莫桑比克马库泽（Macuze）15万吨级港口工程开发的可行性研究任务，作为水文专业负责人，作者前往莫桑比克马库泽港口工程现场进行水文察看调研，为本工程收集第一手可靠水文資料。

2.工程概况

马库泽港位于莫桑比克赞比西亚省的东部沿海地区，东临印度洋，位于西印度洋莫桑比克海峡中部的西海岸，与赞比西亚省省府克利马内距离约35km，与马达加斯加岛隔海相望，具体位置见图1。拟建港口工程分三期建设，一期建设1个15万T煤装船泊位及配套港作泊位，年设计通过能力2500万吨；三期共建设4个15万吨煤装船泊位、1个集装箱泊位和1个件杂货泊位，年设计通过能力10000万吨煤、2 5万TEU的要求。

3.当地水文资料情况

由于战乱和贫穷，莫桑比克很多潮位站目前无法工作，马库泽河口及所在Namacurra流域没有水文和气象站，亦即没有现存的水文气象资料可供直接用于本工程。距本工程35km克利马内港设置有固定潮位水尺，虽为基本潮位站，仅1986年和1995年有实测资料，2000年之后水尺损坏，因经费原因处于多年停测状态，没有测量资料。距离工程所在地以南300km的贝拉（Beira）港具有较长序列的潮位资料，但是距离太远，参考意义不大。工程区域以北的彭巴（Pemba）和纳卡拉（Nacala）潮位资料丰富，但是距离现场过远，直线距离超过500公里，同样难以参用。克利马内机场内设有气象观测站，可参照采用。

4.水文调研工作内容

根据工程建设需要及当地水文气象资料情况，确定本次主要工作内容为在当地调查收集本工程有关气象（气温、降水、风、雾、湿度、雷暴）、水文（流域、径流、潮汐、波浪、泥沙）等资料，通过现场踏看流域中上游地区地貌及河流动力特征，以及港址河口段及出海口两侧附近共约18km河岸和海岸，在河口两岸口门内外共设置8处临时水文观察站，进行6天高、低潮位和涨、落潮有关径流、潮汐、波浪、潮流、悬移质含沙量、推移质输沙、河床和海床底质观测和底质取样，察看本流域及海岸动力地貌。并在现场各站开展了简单示踪沙试验，踏看克利马内（Quelimane）港进出港航道和Zalala以南约22km沙滩海岸。另进行马库泽河口段大潮和小潮流迹线观测。本次现场调研观测范围及位置见图2。

5.水文调研方法

该次水文调研工作内容较多，大部分工作与国内常规项目基本相同，不在此赘述，本文仅介绍其中较有特色的流域界定及现场示踪沙试验。

5.1流域界定

根据莫桑比克国家水文局（MOPH---Dirrccao Nacional D e A g ua s）提供的数据情况：马库泽港口所在河流名称为Namacurra，在MOPH内部资料中流域编号为40，流域呈东南---西北走向，流域面积1965平方公里，河长130公里，属沿海小流域河流，见图3。

利用电子地图通过连线分水岭或分水线得出Na macur ra流域的边界线，结合现场踏勘，发现拟建Macuze港所在河口控制的流域范围与当地权威资料有明显的差别，特别是西南片区当地资料标示Licuare河存在较大分汊流入Macuze河口，而电子地图和现场踏勘均反映2流域间只有细沟相连且分水线明显。利用电子地图自带长度和面积功能在国内类似流域验证后证实精度较高，借此测定Na macur ra流域面积约为3770km2，河流长度 170km，见图4，属沿海小流域河流。

上述2种途径得出的流域面积和河长结果见表1。从表中可知，2种途径得出的结果差距甚大，已经远远超出工程应用的允许误差。其中河长参数可能因起屹点不同引起差别，但流域范围及其集水面积是客观存在的，说明当地部分官方资料不能满足工程要求，个别材料甚至存在明显错误。工程设计师在收集到当地基础资料后，需严格复核后方可选用。

5.2现场示踪沙试验

鉴于拟建港口所在河口位于潮汐动力强、波浪影响较大、泥沙极其活跃的广阔粉细沙海岸带，泥沙问题是本港口工程设计的重要内容，在国内充分准备工作基础上，现场各站开展了简易示踪沙试验，以掌握工程相关区域的泥沙运动情况。

采用与沙比重相近的8种不同颜色鲜艳的小石米作为目标沙，在8处临时观测水文站进行示踪沙试验，1#～8#站的示踪沙颜色分别为桔红、黄、紫、浅黄、深红、草绿、粉红和蓝色（见图5、图6），照片中8种彩沙分布位置与临时水文站位置相对应。正式试验前先进行现场试探性预试验。具体方法是在涨潮过程时各观测站分1～2次将彩沙投放水边（随涨潮水位上升后次投放点更近岸边），现场观测和记录彩沙运动情况，辅以拍照录像，并标记投放位置。经过1～5天后（即2～10次涨落潮）在原投放位置周围查找彩沙，并记录查找情况，对找到的彩沙进行位移测量，并辅以拍照录像。

本次在8处臨时观测水文站均进行了示踪沙试验，投放时各站示踪沙基本沿涨潮流方向移动，且移动相当活跃，其中口门外各站示踪沙运动主要受波生流影响。位于河口内示踪沙在投放时均随涨潮流输向上游，在最高潮位时因水流速度减缓，泥沙活动性也相应降低，但因受波浪一定影响，底质泥沙活动仍明显。口门内西南岸4#、5#站在投放第2天分别于上游 1m、4.5m发现了示踪沙，东北岸6#在投放后第6天于上游 8m范围内发现了多颗示踪沙（见图7），即口门段示踪沙试验结果均表明河床底沙在涨落潮流周期性作用下，总体以推移质形式输向上游。

6.结语

该次现场水文调研取得了预期成果，现就资料贫乏地区港航工程水文现场调研工作中的主要经验及注意事项总结如下：

（1）精心策划并提前准备对现场调研极为重要。如该次在出国前利用业主和先头技术人员提供的相关资料，并结合多渠道收集到的有关信息对水文调研进行尽可能详细策划，依据工作要求在国内备好了相关工具材料（示踪彩石）等，为现场调研工作顺利推进提供了物质保障。

（2）当地提供的基础资料不论来源是否权威，均宜进行必要的复核，并尽量利用现代先进科技工具或途径，以提高效率并有效控制成本，例如本例中的流域界定。

（3）现场水文调研应以关键要素为着力点，如该次现场调研安排在大潮期观测各临时测站相关水文要素，有效把握了潮汐动力为主因的水文特征。

（4）鉴于工程项目进度和资金等限制，某些观测内容需要根据工程具体情况进行优化或简化。如马库泽港口工程附近区域推移质泥沙如果按传统方法测验，则工作量、时间和费用等均不允许。该调研选取观赏用彩石作为示踪沙进行简单示踪沙试验，既经济实用，又达到了预期目的。

参考文献：

[1]中铁建港航局集团勘察设计院有限公司.莫阿蒂泽-马库泽铁路港口项目可行性研究报告[M]，2015. 06.

[2]GB12763.2-2007，海洋调查规范-海洋水文观测.

[3]JTS？132-2015，水运工程水文观测规范.

[4]SL247-2012，水文资料整编规范.