梅林航運(yùn)樞紐受下游回水影響的水位流量關(guān)系推求分析

高 衛(wèi)，梁思偉

（廣西水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 概述[1]

梅林航運(yùn)樞紐壩址位于都柳江下游河段，地處廣西柳州市三江縣，其開發(fā)任務(wù)以航運(yùn)為主、結(jié)合發(fā)電等綜合利用，是《珠江流域西江水系柳江流域綜合規(guī)劃修編報(bào)告》、《珠江流域綜合規(guī)劃（2012-2030年）》提出的“梅林+洋溪”兩級(jí)開發(fā)方案中的上游梯級(jí)，可研階段初擬的壩址方案為省口壩址，壩址控制流域面積為10 940 km2，正常蓄水位為176 m，總庫容為2.1億m3。梅林航運(yùn)樞紐壩址距離下游洋溪水利樞紐壩址約39.74 km，位于洋溪梯級(jí)庫區(qū)，屬洋溪水庫的庫中庫，壩下水位受洋溪水庫運(yùn)行影響。梅林航運(yùn)樞紐的水位流量關(guān)系直接影響發(fā)電保證出力、電站廠房以及大壩的安全，確定不同工況下樞紐壩下斷面水位流量關(guān)系曲線尤為重要。

2 基礎(chǔ)資料

2.1 地形資料

（1）天然地形資料。河道現(xiàn)狀地形資料主要采用2017年實(shí)測的大斷面資料，洋溪至梅林壩址干流河段現(xiàn)有實(shí)測大斷面共有51 個(gè)，斷面平均間距約0.85 km。

（2）疏浚后地形資料。對河道進(jìn)行開挖和拓寬，從洋溪樞紐P=95%日平均流量的回水成果看，匡里以上河段部分?jǐn)嗝娴赘叱梯^高或河寬較窄，不能滿足航道要求，需要考慮河道疏浚。對現(xiàn)狀河道進(jìn)行疏浚，主要是對河床高、河道窄的位置進(jìn)行開挖和拓寬，開挖后的河底高程約為149.6 m，底寬51.2 m。疏浚后的大斷面航道規(guī)格符合《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2014）要求。

2.2 水文資料

柳州市以上的柳江流域內(nèi)共有水文、水位站26個(gè)，洋溪壩址以上流域有寨高、把本、石灰廠和涌尾水文站，其中涌尾水文站距洋溪壩址最近，在洋溪壩址上游6.13 km，水文站集水面積為13 045 km2，是都柳江流域的控制站，站址距融江河口23.44 km，有1959年至今的水位、流量資料，洋溪壩址、梅林壩址及區(qū)間河段控制斷面的設(shè)計(jì)流量以涌尾站作為參證站，采用水文比擬法推求，《珠江流域西江水系柳江綜合規(guī)劃修編水文分析專題》中分析了計(jì)算河段主要控制斷面各頻率洪水成果分析的河段洪水面積比指數(shù)，設(shè)計(jì)成果通過珠江委協(xié)調(diào)同意，本文分析也采用該面積比指數(shù)：低于P=50%的設(shè)計(jì)洪水洪峰流量相對較小，面積比指數(shù)統(tǒng)一采用0.65，P=10%、5%、1%、0.2%、0.05% 。洋溪壩址～梅林壩址河段不同流量級(jí)各代表斷面設(shè)計(jì)流量見表1。

代表斷面洋溪壩址涌尾站南江口大年河口匡里洛香河口梅林壩址不同頻率設(shè)計(jì)流量50%4760 4760 4740 4599 4390 4373 4250 10%9670 9670 9632 9363 8950 8931 8690 5%11700 11700 11658 11358 10900 10876 10600 1%16500 16500 16445 16060 15500 15438 15100 0.2%21200 21200 21137 20690 20000 19966 19500 0.05%25300 25300 25228 24717 23900 23889 23400

1996、2000、2016、2017 年實(shí)測、調(diào)查了梅林樞紐壩址斷面的水位及流量（見表2），可以作為水位流量關(guān)系的驗(yàn)證資料。

水位/m 176.25 177.19 161.30 158.92流量/（m3/s）11 500 12 700 1030 243備注1996年（調(diào)查）2000年（調(diào)查）2016年（實(shí)測）2017年（實(shí)測）

2.3 河段糙率

根據(jù)1996、2000 年調(diào)查水面線擬合洋溪壩址～梅林上壩址河段糙率，采用糙率在0.039～0.055 之間，其中梅林樞紐壩址河段斷面處糙率采用0.039～0.041?？紤]到河道疏浚只是對河道局部進(jìn)行開挖和拓寬，均是在較低水位下的斷面與疏浚前不同，疏浚后過水?dāng)嗝婷娣e占露出河床后的面積比例不大，因此，疏浚斷面的糙率與疏浚前取值相同。

2.4 洋溪水利樞紐的運(yùn)行方式

洋溪水利樞紐是以防洪為主，兼顧發(fā)電、航運(yùn)綜合利用的水庫，目前洋溪水利樞紐正在開展可行性研究，可研報(bào)告初步擬定的洋溪水庫運(yùn)行方式如下：

（1）汛期興利運(yùn)行維持在汛限水位153 m，當(dāng)汛期柳州流量超過19 000 m3/s 時(shí)，洋溪進(jìn)入防洪調(diào)度，此時(shí)，電站上下游水頭差小于機(jī)組最小發(fā)電水頭或上游水位超過正常蓄水位163 m 時(shí)，電站停止發(fā)電。

（2）非汛期水庫在正常蓄水位162.5～163 m 運(yùn)行，允許發(fā)電消落深度0.5 m。

3 水位流量關(guān)系的推求分析

根據(jù)發(fā)電及水工設(shè)計(jì)要求，結(jié)合水工設(shè)計(jì)，本文分析的設(shè)計(jì)斷面水位流量關(guān)系包括：壩下天然綜合水位流量關(guān)系、洋溪影響情況下壩下水位流量關(guān)系上、下包線。

3.1 天然綜合水位流量關(guān)系

梅林樞紐壩址處除了少數(shù)斷續(xù)幾年觀測的水位流量資料外，沒有長時(shí)間持續(xù)觀測的水文資料，壩址距離下游的涌尾水文站33.64 km，不宜采用比降法直接搬涌尾站水位流量關(guān)系至壩下斷面，擬建洋溪壩址下游約43 km 處的麻石水電站，是以發(fā)電為主，結(jié)合航運(yùn)、過木等綜合利用的工程，正常蓄水位、汛限水位、水庫防洪高水位均為134 m，是一座日調(diào)節(jié)水庫，在正常蓄水位時(shí)，調(diào)節(jié)能力很小，根據(jù)麻石水電站回水計(jì)算成果，麻石庫區(qū)回水不會(huì)影響至梅林壩址河段，所以采用曼寧公式法推求壩下斷面水位流量關(guān)系曲線。

根據(jù)實(shí)測梅林樞紐壩址的大斷面地形資料，水面坡降和1996、2000 年調(diào)查水面線反推糙率，采用曼寧公式計(jì)算不同水位級(jí)的流量，即得壩址水位流量關(guān)系曲線。2016 年5 月及2017 年5 月實(shí)測了壩址水位，屬低水情況，因此，其相應(yīng)流量按面積比例搬涌尾站的同時(shí)刻流量，將實(shí)測水位點(diǎn)、1996 及2000 年歷史洪水調(diào)查點(diǎn)與推求的壩址水位流量關(guān)系放于同一圖中，發(fā)現(xiàn)推求的梅林樞紐壩下水位流量關(guān)系曲線與實(shí)測點(diǎn)、歷史洪水調(diào)查點(diǎn)吻合較好，成果見表3及圖1。

序號(hào)1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0水位/m 157.34 159.33 160.98 165.35 167.92 173.22 175.29 179.30 182.62 185.39流量/（m3/s）39.2 357 892 2680 4250 8690 10 600 15 100 19 500 23 400

圖1 梅林壩下天然綜合水位流量關(guān)系曲線

3.2 洋溪影響后水位流量關(guān)系

根據(jù)洋溪的調(diào)度情況，洋溪不動(dòng)用防洪庫容情況下，壩前最高水位為正常蓄水位163 m，最低為死水位153 m，故河道疏浚后的水位流量關(guān)系上包線為洋溪壩前水位在正常蓄水位163 m對應(yīng)的梅林樞紐壩下水位流量關(guān)系；河道疏浚后的水位流量關(guān)系下包線為洋溪壩前水位在死水位153 m對應(yīng)的梅林樞紐壩下水位流量關(guān)系，當(dāng)流量大于10年一遇洪峰流量（梅林壩址洪峰流量為8690 m3/s）時(shí)，洋溪回水尖滅，梅林壩址不受洋溪影響，偏安全考慮，梅林樞紐壩下水位流量關(guān)系直接采用河道疏浚前天然情況下水位流量關(guān)系成果。

根據(jù)不同來水情況及洋溪壩址處163、153 m水位，河道斷面疏浚后的大斷面地形資料，按明渠不均勻流水力學(xué)公式，計(jì)算不同流量級(jí)洋溪水利樞紐壩址至梅林樞紐壩下河段的水面線，再摘錄得到壩下斷面的水位流量關(guān)系上、下包線，成果見表4及圖2。

序號(hào)下包線水位/流量/（m3/s）39.2 357 892 2680 4250 8690 10 600 15 100 19 500 23 400上包線水位/1234567891 0 m 153.00 156.10 159.15 163.84 166.76 173.22 175.29 179.30 182.62 185.39 m 163.00 163.08 163.46 165.58 167.92 173.22 175.29 179.30 182.62 185.39流量/（m3/s）39.2 357 892 2680 4250 8690 10 600 15 100 19 500 23 400

圖2 洋溪影響后梅林壩下水位流量關(guān)系曲線

4 結(jié)語

（1）天然情況下的水位流量關(guān)系不受下游樞紐回水影響，可以采用曼寧公式推求，推求成果與實(shí)測及調(diào)查點(diǎn)擬合較好，鑒于梅林樞紐壩址河段實(shí)測水位資料有限，應(yīng)設(shè)立壩址臨時(shí)水位觀測站，繼續(xù)進(jìn)行下壩址水位流量觀測，根據(jù)實(shí)測的水文資料進(jìn)一步率定修正本文推求分析的水位流量關(guān)系。

（2）洋溪影響后的梅林樞紐壩下水位流量關(guān)系推求無法采用曼寧公式或者坡降法推求，只能采用明渠不均勻流水力學(xué)公式分別分析下游樞紐不同級(jí)流量水位組合的水面線成果，由此繪制成上游斷面的水位流量關(guān)系曲線，該方法需在測量下游洋溪樞紐～梅林樞紐區(qū)間河段的多個(gè)橫斷面地形，河段長度較長，工作量較大。另外河段的走向、縮窄、擴(kuò)寬或者河床地形突變等特征斷面是否參與計(jì)算；參與計(jì)算的河段長、代表斷面多，每個(gè)大河段的糙率不盡相同，這些都與計(jì)算的精度息息相關(guān)。

（3）洋溪防洪調(diào)度控泄情況下水位流量關(guān)系不能繪制成曲線，是單獨(dú)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，需要根據(jù)洋溪水利樞紐的防洪調(diào)度規(guī)則單獨(dú)分析。