西江航運(yùn)干線（廣西段）跨河橋梁最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)研究

李國通+韋巨球

摘 要：西江航運(yùn)干線（廣西段）作為規(guī)劃國家Ⅰ級航道，其跨河橋梁最高通航水位在嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)上存在困難，如嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)將會給Ⅰ級航道建設(shè)帶來較大影響。本文主要通過對西江航運(yùn)干線（廣西段）跨河橋梁現(xiàn)狀、水文特征、不同重現(xiàn)期洪水位及歷時、不同重現(xiàn)期水位與封航水位對比、降低跨河橋梁高度對社會經(jīng)濟(jì)的影響等分析，結(jié)合國家Ⅰ級航道最高通航水位要求，提出符合西江航運(yùn)干線（廣西段）實(shí)際的跨河橋梁最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：西江航運(yùn)干線；跨河橋梁；水文；最高通航水位

中圖分類號：U[6-9] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）11-0025-04

西江航運(yùn)干線是珠江水系最重要的航道，由郁江、潯江、西江、珠江組成，西起廣西南寧、東至廣東廣州，橫貫廣西廣東兩省區(qū)，全長854km，是全國水運(yùn)規(guī)劃主通道的“一橫”，其中廣西段（南寧民生碼頭至梧州界首）長525km。根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會、交通運(yùn)輸部、廣西壯族自治區(qū)人民政府等相關(guān)規(guī)劃和國務(wù)院國函[2013]37號批復(fù)的《珠江流域綜合規(guī)劃（2012-2030年）》，西江航運(yùn)干線航道規(guī)劃等級為Ⅰ級。

隨著廣西西江黃金水道建設(shè)有序、快速推進(jìn)，以及西江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展對水運(yùn)的日益依賴，西江航運(yùn)干線（廣西段）現(xiàn)有Ⅲ-Ⅱ級航道提升到Ⅰ級航道或按Ⅰ級航道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行保護(hù)勢在必行。而西江航運(yùn)干線（廣西段）為山區(qū)河流，具有洪水暴漲暴落的特點(diǎn)，同時受河流兩岸高程及城市規(guī)劃布局條件限制，如其跨河橋梁最高通航水位嚴(yán)格執(zhí)行《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2014）（以下簡稱“14標(biāo)準(zhǔn)”）“Ⅰ級航道跨河橋梁設(shè)計最高通航水位取洪水重現(xiàn)期均為20年”規(guī)定，因諸多因素影響，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)層面困難多，社會負(fù)面影響大，不利于航道資源開發(fā)和河流資源的綜合利用。因此，基于“14標(biāo)準(zhǔn)”原則要求，在有效保護(hù)航道資源，推進(jìn)內(nèi)河水運(yùn)健康有序發(fā)展條件下，結(jié)合廣西經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求和通航河流的實(shí)際情況，開展西江航運(yùn)干線（廣西段）Ⅰ級航道跨河橋梁最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)研究是非常必要和迫切的。

1 西江航運(yùn)干線（廣西段）跨河橋梁現(xiàn)狀

截至2013年底，西江航運(yùn)干線（廣西段）河段已建、在建橋梁（以下簡稱“現(xiàn)有橋梁）共43座。經(jīng)對現(xiàn)有43座橋梁統(tǒng)計表明，西江航運(yùn)干線南寧至梧州航段在2010年之前，已建橋梁雖然通航凈高尺度相對較小，但除早年建設(shè)的貴港鐵路橋（1954年）凈高為6.3m、邕江大橋（1964年）凈高為6m不滿足國家通航標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ⅲ級航道凈高不小于10m的要求外，其它橋梁均滿足所在河道當(dāng)時航道規(guī)劃和相應(yīng)時期的國家63標(biāo)準(zhǔn)、90標(biāo)準(zhǔn)或04標(biāo)準(zhǔn)要求。2010年后，隨著西江干線航道規(guī)劃等級提升至Ⅱ級、遠(yuǎn)期預(yù)留Ⅰ級航道或3000t級后，新建的跨河橋梁通航凈寬、凈高能滿足Ⅱ級航道國家通航標(biāo)準(zhǔn)的要求，且大部分橋梁通航凈寬滿足Ⅰ級航道國家通航標(biāo)準(zhǔn)的要求，通航凈高偏低但也基本上滿足船舶通航安全的要求。

2 跨河橋梁通航凈高按14標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行存在現(xiàn)實(shí)困難

2.1 河流兩岸高程及城市規(guī)劃布局條件影響

西江航運(yùn)干線（廣西段）從南寧至梧州界首，現(xiàn)有橋梁43座，其中城區(qū)橋梁36座，占現(xiàn)有橋梁總數(shù)84%。而沿江兩岸臺地地勢較低，如南寧設(shè)計最低通航水位61m左右，市區(qū)高程75m左右；貴港設(shè)計最低通航水位29m，市區(qū)高程45m左右。沿江橋梁建設(shè)除考慮橋梁工程建設(shè)投資外，還滿足鐵路橋梁與火車站接線，城區(qū)公路橋與兩岸市區(qū)道路接線和便于群眾出行，因此橋梁不能建得過高，但又不具備采用其它方式（隧道）的條件。

2.2 現(xiàn)有橋梁難以按14標(biāo)準(zhǔn)改建

現(xiàn)有橋梁尤其早期建設(shè)的橋梁通航凈空尺度和設(shè)計最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)均較低，若嚴(yán)格按照14標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級航道的通航要求，需要擴(kuò)建大部分橋梁。而這些橋梁都是城區(qū)和鐵路、公路路網(wǎng)交通要道的重要橋梁，難以將不達(dá)標(biāo)橋梁全部推倒重建，主要原因：一是交通要道上的橋梁不能較長時間中斷運(yùn)營；二是很多城區(qū)公路橋梁和鐵路橋梁的橋址是唯一的，原橋梁兩側(cè)無法另選重建；三是現(xiàn)有橋梁擴(kuò)建工程投資巨大，資金難以解決，西江航運(yùn)干線（廣西段）僅南寧牛灣作業(yè)區(qū)至界首段，就需改擴(kuò)建27座橋梁，初步估算需投資約190億元。另一方面，現(xiàn)有橋梁的通航建設(shè)方案，絕大多數(shù)是經(jīng)過交通主管理部門批準(zhǔn)同意的，也是符合建橋時期航道規(guī)劃、國家通航標(biāo)準(zhǔn)的?，F(xiàn)在，由于航道等級的提升，產(chǎn)生原有跨河橋梁通航條件不滿足水運(yùn)發(fā)展的要求，在我國現(xiàn)行體制下，橋梁擴(kuò)建工程由誰來負(fù)責(zé)擴(kuò)建，仍是個難以解決的關(guān)鍵問題。

2.3 海事部門應(yīng)急封航措施實(shí)際降低了最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)

在發(fā)生大洪水期間，為確保船舶航行安全，海事部門將根據(jù)河流水流實(shí)際情況，發(fā)布通航應(yīng)急預(yù)警，當(dāng)洪水位超過當(dāng)?shù)亟剿缓?，采取?yīng)急封航措施，禁止船舶航行。西江航運(yùn)干線（廣西段）各航區(qū)封航水位均低于5年一遇洪水位，實(shí)際上降低了最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 沿江樞紐船閘設(shè)計通航水位的影響

西江航運(yùn)干線沿江已建成的樞紐有西津水利樞紐、貴港航運(yùn)樞紐、桂平航運(yùn)樞紐和長洲水利樞紐，4座樞紐均建有（或在建）二線或二線以上船閘供船舶通航。其設(shè)計最高通航水位均低于20年一遇洪水位。具體為：

西津水利樞船閘已建一線船閘上、下游設(shè)計最高通航水位低于5年一遇洪水，在建二線船閘上、下游最高通航水位10年一遇洪水。

貴港和桂平已建一線船閘及長洲已建一、二線船閘，上、下游設(shè)計最高通航水位為5年一遇洪水；貴港在建和桂平已建二線船閘及長洲已建三、四線船閘，上、下游設(shè)計最高通航水位為10年一遇洪水。

3 橋區(qū)河段水文分析

3.1 水文特征

3.1.1 基本水文站及資料情況

本專題主要研究西江航運(yùn)干線的南寧水文站、貴港水文站、大湟江口水文站和梧州水文站等4個水文站，各站均有1986-2012年共27年的實(shí)測水文資料。其中，南寧站在西江航運(yùn)干線Ⅰ級航道起始斷面（南寧民生碼頭）上游約9.3km。endprint

3.1.2 徑流特征

依據(jù)上述4個水文站1986-2012年多年實(shí)測水文資料統(tǒng)計分析，研究河段的徑流主要表現(xiàn)為以下兩個特征：

（1）徑流年內(nèi)分配不均，季節(jié)差異較大

西江航運(yùn)干線（廣西段）徑流主要由降雨形成，流域內(nèi)干、支流的洪、枯水出現(xiàn)與降雨時空分布具有同一規(guī)律性，汛期為5～10月，枯水期為11月～次年4月初。徑流年內(nèi)分配主要集中在汛期，汛期水量占年總量的74～81%，其中6～8月最大，占51～58%，枯水期11～次年4 月僅占年總水量的19～26%。

（2）徑流年際變化較小，年極值變化較大

上述4個水文站1986～2012年平均流量基本圍繞多年平均值變動，多年來基本穩(wěn)定，年際變化較小。各站多年最大年平均流量為最小年平均流量的2.4倍左右。大湟江口站日均流量極值比最小為71、日均流量最大為43700m3/s、最小為616 m3/s，其他各站日均流量最大值與最小值相差均較大。

3.1.3 洪枯水特征

通過對上述4個水文站多年逐日水位過程線分析，結(jié)果表明各站年內(nèi)洪水變幅較大，具有山區(qū)河流洪水暴漲暴落的特點(diǎn)。以各站2004年水位過程線為例，各站年內(nèi)日均最高洪水出現(xiàn)在7月23日至24日；從各站2004年7月日均水位過程可以看出，各站漲水期日均水位變幅大于落水期，各站洪峰前4天漲水期水位累計漲幅為4.94～10.76m，日均變幅在1.2～2.7m；洪峰后4天落水期累計降幅為3.26～6.49m，日均變幅在0.8～1.6m。

各站年最高水位不同年份變化幅度均較大、介于10～13m，各站年最低水位不同年份間變化幅度較小，一般介于1～2m。貴港站受下游桂平樞紐1992年蓄水運(yùn)行影響，年最低水位提升2m左右；梧州站受上游長洲樞紐2007年蓄水運(yùn)行及下游挖沙等因素影響，年最低水位降落1.5m左右。

3.2 不同重現(xiàn)期洪水位及歷時分析

3.2.1 不同重現(xiàn)期洪水位特征分析

本報告對各水文站1986～2012年27年資料采用洪水水位頻率法分析，即將歷年最高水位按大小排列，計算經(jīng)驗(yàn)頻率，點(diǎn)繪頻率曲線，采取皮爾遜Ⅲ型曲線計算理論頻率進(jìn)行適線，并確定取值。分析各站洪水重現(xiàn)期2年、3年、4年、5年、10年、15年、20年的特征水位。如表1。

從結(jié)果可知，各站同一級別重現(xiàn)期水位的差值接近，各站相鄰重現(xiàn)期水位差值均隨洪水重現(xiàn)期的減小逐漸增加。

3.2.2 不同重現(xiàn)期洪水位歷時分析

采用上述各站1986～2012年27年逐日平均水位資料，統(tǒng)計歷年洪水位高于不同洪水重現(xiàn)期對應(yīng)水位的歷時，結(jié)果見表2。

可以看出，研究河段具有洪峰歷時短的山區(qū)河流特征，各基本水文站特征洪水歷時隨重現(xiàn)期的減小而增加。以貴港水文站為例，高于20年、5年、2年一遇水位的多年累積歷時分別為9天、29天、116天，平均每年分別為0.3天、1.1天、4.3天。

3.3 不同重現(xiàn)期水位與封航水位對比分析

在發(fā)生大洪水期間，為確保船舶航行安全，海事部門將根據(jù)河流水流實(shí)際情況，發(fā)布通航應(yīng)急預(yù)警，當(dāng)洪水位超過當(dāng)?shù)亟剿缓?，采取?yīng)急封航措施，禁止船舶航行。根據(jù)廣西海事部門提供的資料，西江航運(yùn)干線（廣西段）各航區(qū)封航水位見表3。

可以看出，各航區(qū)封航水位均低于5年一遇洪水位。其中，南寧航區(qū)與5年一遇洪水位相當(dāng)；貴港航區(qū)與4年一遇洪水位相當(dāng)；梧州航區(qū)低于4年一遇洪水位，稍高于3年一遇洪水位。

4 橋區(qū)設(shè)計最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)研究

4.1 西江航運(yùn)干線（廣西段）河流特點(diǎn)

西江航運(yùn)干線（廣西段）屬于山區(qū)河流，其具有以下特點(diǎn)：①洪水暴漲暴落，洪峰歷時短；②沿江兩岸地勢較低，因諸多因素，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)層面困難多，設(shè)計最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)難以按照現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行；③因洪水期水流急、流態(tài)差，海事管理機(jī)構(gòu)為了確保船舶通航安全，在各航區(qū)水位均低于5年一遇洪水位時便發(fā)布封航通告禁止船舶航行。

4.2 降低跨河橋梁高度對社會經(jīng)濟(jì)的影響

根據(jù)014標(biāo)準(zhǔn)，西江航運(yùn)干線Ⅰ級航道跨河橋梁通航凈高取18m。同一跨河橋梁設(shè)計最高通航水位取5年一遇洪水位和20年一遇洪水位相比，橋梁高度有較大降低，降低比值在12.8%-17.3%之間，數(shù)值達(dá)2.6-3.2m。具體見表4。

跨河橋梁高度的降低，會直接產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益：一方面大大節(jié)省橋梁建造成本，為國家節(jié)約資金；另一方面減短橋梁引橋長度，減少土地占用，極大方便車輛和人員的交通往來。

4.3 西江航運(yùn)干線（廣西段）橋區(qū)河段設(shè)計最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)確定

根據(jù)以上分析結(jié)果，提出西江航運(yùn)干線（廣西段）橋區(qū)河段設(shè)計最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)如下：

①南寧至長洲樞紐河段橋區(qū)設(shè)計最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期5年。

②梧州長洲樞紐以下河段為不受船閘通航限制的天然河段，是一條與珠江三角洲高等級航道聯(lián)通出海通道，橋區(qū)設(shè)計最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期仍按照“14標(biāo)準(zhǔn)”取20年。

4.4 新建橋梁設(shè)計最高通航水位確定方法

橋位河段設(shè)計最高通航水位可通過臨時水位站與基本站水位相關(guān)分析確定。橋址處設(shè)計水位可采用瞬時水面線觀測資料與臨時站設(shè)計水位值按《內(nèi)河航運(yùn)工程水文規(guī)范》附錄A確定；水面比降平緩河段可采用平均比降內(nèi)插法確定。

研究河段西江航運(yùn)干線已建有西津、貴港、桂平及長洲共四座水電、水利或航運(yùn)樞紐，南寧至長洲樞紐段全線渠化。研究河段除長洲樞紐以下西江航運(yùn)干線外，其余均為或即將成為樞紐上游常年回水區(qū)和變動回水區(qū)河段。對于樞紐上游河段橋位處設(shè)計最高通航水位確定方法參照“14標(biāo)準(zhǔn)”和《內(nèi)河航運(yùn)工程水文規(guī)范》的規(guī)定，應(yīng)采用重現(xiàn)期為5年的洪水與相應(yīng)的汛期壩前水位組合，并采用壩前正常蓄水位或設(shè)計擋水位與相應(yīng)的各級入庫流量組合，得出多組回水曲線，取其上包絡(luò)線作為沿程各點(diǎn)的設(shè)計最高通航水位，并應(yīng)計入河床可能淤積引起的水位抬高值。endprint

5 橋區(qū)河段設(shè)計最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)對船舶運(yùn)輸影響分析

為對比分析前述提出的西江航運(yùn)干線（廣西段）橋區(qū)河段設(shè)計最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)對船舶運(yùn)輸影響，對研究河段梧州站以外的3個水文站1986～2012年歷年洪水位高于5年一遇洪水歷時和每場洪水連續(xù)的歷時進(jìn)行了統(tǒng)計，并與“14標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定20年一遇洪水進(jìn)行對比分析，結(jié)果是：①各站高于5年一遇水位的多年累積歷時介于10～35天，平均每年0.4～1.3天，洪水保證率介于99.64～99.99%；②高于20年一遇水位的多年累積歷時介于0～9天，平均每年0～0.3天，洪水保證率介于99.91%～100%。

因此，最高通航水位洪水重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)為5年與20年相比，對船舶運(yùn)輸影響平均每年相差僅1天左右。就高于5年一遇水位和20年一遇的一場洪水連續(xù)最長歷時而言，相差不大，介于1～5天，但僅在個別年份出現(xiàn)?？梢?，提出的西江航運(yùn)干線（廣西段）橋區(qū)河段設(shè)計最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)對船舶運(yùn)輸影響較小。

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