人類活動深刻影響下的航道維護(hù)設(shè)計水位變化及確定——以東江下游博羅站為例

游夢琦

摘 要：通過對東江下游沿程各水文（位）站不同時期設(shè)計最低通航水位進(jìn)行計算，研究受人工采砂和梯級樞紐建設(shè)影響下基本站設(shè)計最低通航水位變化情況，并分析未來發(fā)展趨勢，為東江下游航道建設(shè)和維護(hù)設(shè)計水位確定提供參考。

關(guān)鍵詞：設(shè)計最低通航水位 人工采砂 梯級樞紐 東江下游

1.前言

東江作為連接?xùn)|江上游和下游珠三角地區(qū)的重要通道，也是廣東省人工開發(fā)程度最高的河流之一。在人工采砂、樞紐建設(shè)等人類活動的干擾下，原來有規(guī)律的水文要素發(fā)生了不規(guī)律的變化，進(jìn)而也影響到了與航道建設(shè)及維護(hù)管理密切相關(guān)的一個重要工程技術(shù)參數(shù)—設(shè)計水位，使之也發(fā)生了與以前天然情況下不一樣的變化趨勢，需要采取動態(tài)的方法對其確定方法進(jìn)行確定，以確保航道建設(shè)和航道維護(hù)工作順利開展。本文以最為典型的東江干流博羅水文站為例，進(jìn)行分析和探討。

2.東江及博羅站概況

東江干流發(fā)源于江西省尋鄔縣椏髻缽，由東北向西南流經(jīng)廣東省龍川、博羅、惠陽等縣市，至東莞石龍鎮(zhèn)分南（東莞水道）、北（東江北干流）兩水道進(jìn)入獅子洋。東江下游航道惠州至東江口段全長116km，通航500-1000t級船舶。

東江下游河段控制水文站為博羅站，該站位于博羅縣羅陽鎮(zhèn)江東村，于1953年8月17日由珠江水利工程總局設(shè)立為水文站，1969年1月又向下游遷移537m，改稱博羅（二）站。

3.對河段水文要素影響較大的人類活動情況

對博羅站水文要素影響較大的人類活動包括惠州東江水利樞紐建設(shè)及人工采砂。

3.1惠州東江水利樞紐建設(shè)及運行調(diào)度情況

惠州東江水利樞紐于2004年開始建設(shè)，2007年建成運營，樞紐為低水頭無調(diào)節(jié)徑流式電站，正常蓄水位10.5m（珠基，下同），最低運行水位9.0m，船閘下游設(shè)計最低通航水位0.2m，閘室有效尺度120×16×3.0m，通航500t級船舶。

3.2河段采砂情況

根據(jù)多次現(xiàn)場及向沿河水利、水文部門調(diào)查結(jié)果，可知目前東江下游大規(guī)模的人工采砂活動情況如下：東江干流大規(guī)模無序采砂活動始于上世紀(jì)90年代，自下而上大規(guī)模逐年上溯，近期隨著樞紐建設(shè)、岸堤保護(hù)、樞紐保護(hù)等原因，截止目前東江博羅段采砂已經(jīng)基本停止，造成河床大幅下切的由下而上的采砂活動止于博羅大橋橋下。

4.人類活動深刻影響下東江下游航道維護(hù)設(shè)計水位分析計算

4.1受人工采砂影響下的博羅站設(shè)計水位確定

如何確定受人類活動影響深刻河段的設(shè)計水位，此前相關(guān)研究和航道整治工程實踐已經(jīng)給出了好的方法，即流量保證率頻率法，具體做法是：參照規(guī)范規(guī)定的水位保證率頻率分析法，通過統(tǒng)計分析站點多年流量資料，確定設(shè)計最小通航流量，然后通過查相應(yīng)年份的當(dāng)年確定的水文站水位流量關(guān)系曲線，獲得相應(yīng)水位，即可作為來年該站點設(shè)計最低通航水位及航道維護(hù)水位。

按照此方法，首先收集惠州東江水利樞紐建成前13年的流量資料系列（1989-2002），采用流量保證率法，分析計算出博羅站保證率95%、五年一遇的流量為236m3/s，然后據(jù)此流量查博羅站相應(yīng)年份水位，得出的水位值即為相應(yīng)設(shè)計水位值。

由表1確定設(shè)計水位值可知，惠州東江水利樞紐建成前，博羅站設(shè)計水位主要受人工采砂影響，這一人類活動在距離博羅站較遠(yuǎn)（30km以上）時（1991～1997年），水位受其影響每年略微下降，每年下降幅度值在10cm左右；后續(xù)隨著下游大規(guī)模挖沙點距離水文站越來越近，水位下降幅度越來越大，每年以10cm以上速度繼續(xù)下降，最大降幅發(fā)生在挖沙活動距離博羅站約10km處時的2001～2006年，每年下降幅度超過30cm。到2006年，博羅段采砂區(qū)域已經(jīng)到了博羅大橋下游，加之岸坡不穩(wěn)導(dǎo)致博羅河段嚴(yán)格控制采砂活動，2005-2006年水位明顯下降趨勢受到控制。

4.2惠州東江水利樞紐建成后設(shè)計水位變化趨勢分析

2007年，惠州東江水利樞紐建成，下游采砂已經(jīng)控制，樞紐至博羅大橋之間的處于人工采沙后水淺流急以及樞紐運行調(diào)度清水下泄沖刷綜合影響河段，同時受采砂疏通河道潮汐上溯影響，枯水期已經(jīng)影響到東江樞紐壩下。

這三大人類活動影響要素對博羅站設(shè)計水位影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先由于樞紐運行調(diào)度，下泄枯水基流有一定程度增加，經(jīng)對2007-2017年博羅站流量資料統(tǒng)計計算，保證率為95%的流量已經(jīng)增加至270m3/s；其次其對設(shè)計水位影響也較為明顯，呈現(xiàn)出與以前不一樣的變化規(guī)律。如依據(jù)相應(yīng)年份水文資料，查得當(dāng)年與現(xiàn)階段設(shè)計流量最接近流量對應(yīng)水位如表2。

由表2數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果表明，樞紐建成后，下泄基流基本有保障，部分年份最小流量都超過400m3/s，雖然河床調(diào)整在采砂后效應(yīng)及清水下泄沖刷影響還在持續(xù)，但較之采砂劇烈影響時期已經(jīng)明顯減緩，同時由于下游潮汐已經(jīng)回溯影響到壩下，因此近似設(shè)計流量對應(yīng)水位也相對比較穩(wěn)定，總體穩(wěn)定趨勢明顯。

4.3博羅站設(shè)計最低通航水位確定

由上分析可見，近10年來，隨著大規(guī)模人工采砂活動停止，潮汐上溯及樞紐下泄沖刷影響，博羅站所在航道段設(shè)計水位基本穩(wěn)定，因此依據(jù)最新資料確定的設(shè)計最低通航水位可以作為未來一段時期內(nèi)航道維護(hù)設(shè)計水位。經(jīng)查取2017年水位流量關(guān)系曲線，270m3/s 對應(yīng)水位為0.39m，此即為該站設(shè)計最低通航水位。

5.小結(jié)

20世紀(jì)90年代以來，河床無序過度采砂使得東江下游河段河床深切，水位下降明顯，潮汐影響范圍上溯。在博羅縣城河段，受無序人工采砂影響，在一段時間內(nèi)（主要是2001～2005年）水位受采砂導(dǎo)致的河床下切直接影響逐年下降十分迅速，博羅站年最低水位逐次走低；2006年以來，隨著水行政主管部門對采砂的管理力度加強(qiáng)，采砂逐步走向有序化，該河段采砂規(guī)模顯著減小，直至停止。但由于惠州東江水利樞紐建成蓄水發(fā)電，該河段河床目前仍處于較強(qiáng)的清水沖刷和采砂造成的陡比降水流沖刷狀態(tài)，水位仍在不斷降低，但同時受到河口潮汐上溯影響，設(shè)計水位已經(jīng)處于穩(wěn)定階段。