長洲水利樞紐壩下3 000噸級航道設(shè)計最低通航水位分析

劉穎

文章根據(jù)梧州水文站水位、流量統(tǒng)計資料，對長洲水利樞紐壩下至界首河段3 000噸級航道的設(shè)計最低通航水位進(jìn)行分析，并研究水位下降的影響及對策，可為同類型或類似情況的航道建設(shè)提供技術(shù)借鑒。

3 000噸級航道;樞紐壩下航道;設(shè)計最低通航水位

U612.3-A-48-173-3

0?引言

根據(jù)梧州水文站水位、流量統(tǒng)計資料，2000年前梧州水文站水位流量關(guān)系一直較為穩(wěn)定，但2000年至2007年間，由于受上游樞紐建設(shè)及長洲樞紐-界首河段河床采沙等活動的影響，導(dǎo)致相同流量級水位有逐年小幅下降的趨勢。2007年，長洲水利樞紐開始蓄水發(fā)電，導(dǎo)致壩下至界首河段河床產(chǎn)生沖刷，河床下切較嚴(yán)重，進(jìn)一步引起航道水位下降?！段鹘竭\干線貴港至梧州3 000噸級航道工程可行性研究報告》（下稱《3 000噸級航道工可》）編制完成至2018年已7年，這7年間長洲樞紐壩下至界首河段水位下降趨勢仍較為明顯。

長洲至界首河段是整條西江黃金水道能否全程建成3 000噸級航道的關(guān)鍵航段。本文對長洲壩下至界首河段的設(shè)計最低通航水位進(jìn)行分析研究，為該段3 000噸級航道建設(shè)提供設(shè)計參考，對水位下降的影響進(jìn)行分析并提出對策。

1?工程背景

西江是珠江主干流，河長2 074.8 km，流域面積為35.5萬km2。廣西處于西江中游，上接滇黔湘，下連粵港澳。素有“黃金水道”之稱的西江航運干線，是指南寧至廣州航道，其和長江干線并列為我國高等級航道體系的“兩橫”，是我國西南水運出海大通道的重要組成部分，是目前廣西最繁忙的航道，廣西內(nèi)河運量的90%需經(jīng)過此段，地位極其重要。

貴港至梧州航道（見下頁圖1）自貴港航運樞紐至梧州界首（兩廣交界）止，全長290.5 km，是西江航運干線上非常重要的一段，其中貴港航運樞紐至長洲水利樞紐為266.5 km長的庫區(qū)航道。長洲至界首現(xiàn)狀航道等級為Ⅱ級雙線航道，航道尺寸為（3.5×80×550） m（水深×寬度×彎曲半徑），通航保證率為98%，設(shè)計船型為2排1列式2 000噸級頂推船隊和2 000噸級貨船。按工程項目劃分，長洲至界首河段屬于西江航運干線貴港至梧州航道工程的最下游一段，長24 km，與廣東境航段相接，也是貴梧航道上唯一的天然航道段。

2009年12月，西江航運干線貴港至梧州Ⅱ級航道工程竣工交付使用，西江航運干線廣西段的運力大大提升，同時貴港至梧州3 000噸級航道的建設(shè)也提上日程。2011年，《3 000噸級航道工可》編制完成并通過評審?？紤]到長洲樞紐建成后，長洲壩下水位有下降趨勢，以及長洲三線船閘和四線船閘準(zhǔn)備開工、西江航運干線廣東段的技術(shù)方案尚未明確等因素，貴港至梧州3 000噸級航道并未實施建設(shè)。至2016年，貴港至梧州3 000噸級航道的建設(shè)重新提上日程。

本文為該段3 000噸級航道建設(shè)提供設(shè)計參考，為提高本次設(shè)計最低通航水位推算的可靠度，對壩下河段進(jìn)行大斷面和枯水水文補充測量，主要包括壩下河段13條設(shè)計水位計算斷面的航道地形大斷面測量、樞紐船閘引航道出口至下游整條河段的現(xiàn)狀航槽縱斷面地形測量及壩下河段瞬時水位及流量同步測驗工作。

2?技術(shù)路線（見圖2）

（1）采用2016-10-01至2017-03-20梧州水文站實測水位及流量，建立該站水位-流量關(guān)系曲線，用于推求最小通航流量Q=1 100 m3/s時梧州水文站的設(shè)計最低通航水位。

（2）采用2016-10-01至2017-03-20梧州水文站及長洲壩下、龍圩航道站、梧州航道站、界首固定水尺水位，分別建立梧州水文站與其他固定水尺的水位相關(guān)關(guān)系，用于推求其他各固定水尺的設(shè)計水位。

（3）根據(jù)推算的長洲壩下、龍圩航道站、梧州航道站、梧州水文站及界首固定水尺水位，以及沿程枯水期瞬時水位測量成果，采用比降插入法計算沿程各計算斷面整治前設(shè)計的最低通航水位。

（4）根據(jù)最新實測水位、流量成果，推算河床糙率并進(jìn)行驗證。

（5）根據(jù)設(shè)計最小通航流量與對應(yīng)水位，以及航道設(shè)計開挖尺度，通過水力計算，推求航道整治前后沿程設(shè)計水面線。

（6）本報告與《3 000噸級航道工可》設(shè)計水面線進(jìn)行分析比較，對水位下降的影響進(jìn)行分析并提出對策。

3?參數(shù)指標(biāo)

3.1?設(shè)計最低通航水位標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計最低通航水位采用保證率頻率法計算確定，保證率取98%，重現(xiàn)期取5年。

3.2?設(shè)計最小通航流量

根據(jù)2000年前的20年連續(xù)流量資料（流量穩(wěn)定，受人為干擾少），確定梧州水文站保證率為98%、重現(xiàn)期為5年的流量作為該站設(shè)計最小通航流量。

結(jié)合樞紐運行方式，確定內(nèi)外江匯合口至桂江入?yún)R口設(shè)計流量以及龍圩水道外江設(shè)計流量。

3.3?設(shè)計水位

根據(jù)梧州水文站設(shè)計最小通航流量，通過2016-2017年最新枯水期水位-流量關(guān)系，取相關(guān)綜合線與下包線的平均值，再綜合確定梧州水文站設(shè)計水位。

根據(jù)梧州水文站與界首水位相關(guān)關(guān)系，確定設(shè)計最小通航流量時航道整治前界首設(shè)計最低通航水位為1.303 m，低于《西江（界首至肇慶）航道擴(kuò)能升級工程》初步設(shè)計模型試驗研究成果推薦航道工程實施后界首水位1.56 m （1.69-0.13=1.56），相差-0.257 m。

4?結(jié)語

（1）長洲至界首3 000噸級航道設(shè)計最低通航水位

長洲至界首3 000噸級航道設(shè)計最低通航水位采用保證率頻率法計算確定，保證率取98%，重現(xiàn)期取5年，設(shè)計最小通航流量為1 100 m3/s。結(jié)合長洲樞紐運行方式，確定內(nèi)外江匯合口至桂江入?yún)R口設(shè)計流量為1 090 m3/s，龍圩水道外江設(shè)計流量為845 m3/s。

（2）設(shè)計最低通航水位對比分析

推算得出的設(shè)計最低通航水位成果與《3 000噸級航道工可》設(shè)計最低通航水位成果對比，結(jié)論如下：

①長洲壩下至界首河段在設(shè)計最低通航流量的情況下，航道整治前水面已出現(xiàn)下降情況，其中龍圩航道站至11#舊壩河段水面下降幅度較小，為0.268～0.355 m;12#舊壩至西江三橋河段整治前設(shè)計水面線下降幅度有所增加，下降值增加至0.538～0.541 m;二頂角至界首河段整治前設(shè)計水面線出現(xiàn)了較大幅度的下降，下降值>0.7 m，最大達(dá)0.961 m（界首）。

②整治后本次分析的設(shè)計最低通航水位與原《3 000噸級航道工可》推算成果相比，河段范圍內(nèi)水面下降明顯，最大下降值達(dá)0.861 m（界首），最小下降值為0.642 m（梧州水文站）。

（3）航道地形對比分析

2013年3月至2017年2月期間，長洲壩下至界首河段總體來說沖淤變化較為明顯。沖淤類型及原因如下：

①人類活動引起河床變化。人類活動主要包括長洲樞紐三線船閘和四線船閘下游引航道開挖、梧州西江三橋和四橋以及扶典西江大橋等橋區(qū)航道整治及沿程碼頭水域開挖、西江廣東段Ⅰ級航道整治等，這些原因引起航道下切。

②長洲水利樞紐調(diào)節(jié)下泄流量及枯季補淡壓咸引起的河床變化。長洲水利樞紐建成運行后，其不規(guī)則地調(diào)節(jié)下泄流量及枯季補淡壓咸改變了河道水文的自然屬性，特別是“清水下泄”造成了水沙不同步，引起河床下切。

③自然沖淤引起河床變化。此類變化主要為航道在水流作用下，自然產(chǎn)生的沖淤變化。在本次分析河段中，河床變化類型包括以下幾類：總體處于沖刷狀態(tài)，沖刷強(qiáng)度一般≤0.3 m/a。河床斷面同時出現(xiàn)沖刷或淤積現(xiàn)象，總體上沖淤強(qiáng)度及范圍大體一致或沖刷強(qiáng)度及范圍大于淤積范圍。

（4）設(shè)計水位下降趨勢分析結(jié)論

從整體上看，2011—2017年，枯水期相同流量情況下，梧州水文站水位呈下降趨向，但從2016—2017年實測數(shù)據(jù)來看，近年水位下降趨勢減緩，水位逐漸穩(wěn)定。

（5）對長洲樞紐船閘的影響

設(shè)計最低通航水位下降降低了一、二線船閘的通航保證率，需要采取有效保障措施提升一、二線船閘通過能力：①采取非工程措施，如增加樞紐下泄流量、全面禁止河段采砂等措施;②可通過工程措施，對一、二線船閘進(jìn)行改造來適應(yīng)下游水位的降低，增大船閘的通過能力。

（6）問題與建議

受枯水期流量的制約，長洲壩下龍圩水道—界首段航道整治技術(shù)難度大，在建設(shè)長洲至界首3 000噸級航道前，應(yīng)做更充分的研究論證工作，可結(jié)合船舶交通組織形式，對該段航道的整治方案進(jìn)行河工模型試驗研究。試驗研究的內(nèi)容可包括：①航道整治設(shè)計方案試驗研究;②航道整治開挖等引起的長洲壩下水位下降值研究;③提出控制長洲壩下河床下切的具體工程措施;④船舶交通組織形式研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTS 181-2016，航道工程設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB 50139-2014，內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]JTS 145-2015，港口與航道水文規(guī)范[S].