淺析三峽—葛洲壩洪水期水情及通航管理措施

崔冬蕾 徐云航 田弟一

摘 要：為進(jìn)一步了解汛期兩壩間水位流量變化規(guī)律，現(xiàn)根據(jù)近年兩壩間洪水期6月1日至9月30日8時(shí)水位、流量、流速流向觀測(cè)資料等進(jìn)行分析，根據(jù)結(jié)論針對(duì)性地采取措施，提高兩壩間船舶通航安全。

關(guān)鍵詞：三峽—葛洲壩;洪水期;流量;流速

中圖分類號(hào)：U641 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2021）02-0152-04

1河道概況

三峽大壩-葛洲壩水利樞紐兩壩間河段，上起鷹子嘴，下至葛洲壩樞紐三江航道上游王家溝，長約38km，河段內(nèi)大部分位置橫斷面多呈“U”字型或“V”字型，非汛期呈水庫特性，流態(tài)好，流速小，通航條件良好，枯水期最小維護(hù)水深4.5m。中、洪水期過水?dāng)嗝婷娣e增加有限，大流量時(shí)呈天然河道特性，3W流量最大流速3.00m/s，3.5W流量最大流速3.39m/s，4W流量最大流速4.02m/s。流量越大，平均流速越大，灘段比降在3.0‰以上，部分河段流態(tài)紊亂，通航條件差，對(duì)船舶上水航行形成一定的困難。

2研究葛洲壩與三峽大壩出庫調(diào)控相關(guān)關(guān)系

現(xiàn)對(duì)2014年至2018年兩壩間洪水期6月1日—9月30日8：00 水位、流量資料進(jìn)行分析，從而初步了解汛期兩壩間近壩段水位流量關(guān)系。

2.1比較三峽大壩與葛洲壩汛期下泄流量

通過收集2014年至2018年汛期 8：00三峽大壩與葛洲壩 的實(shí)時(shí)下泄流量，比較兩壩水利樞紐在汛期流量聯(lián)合梯調(diào)的具體關(guān)系，具體見下圖1～5。

2.2三峽大壩與葛洲壩下泄流量差異具有代表性的時(shí)段

分析圖1～5及表1可知，2014年至2018年汛期，三峽大壩下泄流量和葛洲壩下泄流量過程趨勢(shì)相同、流量過程線基本重合，除個(gè)別情況兩壩下泄流量數(shù)值相差10%以上，總體上看葛洲壩下泄流量略大于三峽出庫流量，考慮到降雨等徑流作用和黃柏河的匯流作用，此數(shù)值差異在汛期兩壩間大流量下，可以忽略，因而可認(rèn)為：汛期三峽大壩與葛洲壩泄流調(diào)控是同步調(diào)控。

以下兩壩間水位流量關(guān)系基于此結(jié)論進(jìn)行分析。

2.3兩壩間水位流量變化關(guān)系

繪制兩壩間壩河口及葛洲壩壩上兩斷面水位流量關(guān)系實(shí)測(cè)點(diǎn)圖：

上圖實(shí)測(cè)點(diǎn)分布形態(tài)顯示：汛期，當(dāng)兩壩間流量小于20000m3/s時(shí)，壩河口及葛洲壩壩上水位流量實(shí)測(cè)點(diǎn)分布形態(tài)相似;中洪水期當(dāng)兩壩間流量大于20000m3/s時(shí)，葛洲壩壩上水位無明顯規(guī)律基本保持在66m左右，而壩河口水位呈線性關(guān)系隨著流量的增大而升高。

壩河口及葛洲壩壩上水位變化對(duì)比圖顯示：汛期，兩壩間各斷面水位變化趨勢(shì)相同，但以66m水位為分隔線，當(dāng)水位在66m及以下時(shí)，壩河口及葛洲壩壩上水位過程線基本吻合，超過66m水位線時(shí)，壩河口及葛洲壩壩上水位過程線差異較大，而其差異較大時(shí)對(duì)應(yīng)流量超過20000m3/s。

結(jié)合圖1～5、圖8～12及2014年至2018年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可推知：當(dāng)兩壩間流量小于20000m3/s時(shí)，葛洲壩壩上水位及壩河口主要受葛洲壩泄流調(diào)控及樞紐反調(diào)節(jié)作用影響，此時(shí)葛洲壩壩上及壩河口水位流量無明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系;當(dāng)兩壩間流量大于20000m3/s時(shí)，葛洲壩壩上水位基本保持在66m左右，其隨流量的變化略有波動(dòng)，而壩河口水位此時(shí)主要受三峽下泄流量變化影響，葛洲壩樞紐反調(diào)節(jié)作用相對(duì)減弱，水位隨著下泄流量的增大而升高，兩者線性關(guān)系明顯。

3各流量級(jí)出現(xiàn)的概率和各流量級(jí)下的流速關(guān)系

3.1各流量級(jí)出現(xiàn)的概率

采用綜合歷時(shí)曲線法計(jì)算，選取每日8時(shí)的三峽出庫流量和葛洲壩出庫流量作為樣本，將樣本進(jìn)行20000m3/s、25000m3/s、30000m3/s、35000m3/s、40000m3/s、45000m3/s以上分為6級(jí)。統(tǒng)計(jì)樣本在不同級(jí)別中出現(xiàn)的次數(shù)，由高至低逐級(jí)進(jìn)行樣本累積出現(xiàn)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行各級(jí)別的頻率計(jì)算。

根據(jù)現(xiàn)行兩壩間航道汛期通航流量標(biāo)準(zhǔn)，部分船舶上行在三峽大壩下泄流量達(dá)到30000m3/s時(shí)開始實(shí)行限制性通航，當(dāng)三峽大壩下泄流量達(dá)到45000m3/s時(shí)全部停航。通過近5年來的數(shù)據(jù)分析，2014年和2018年分別4次和8次出現(xiàn)次流量超過45000m3/s級(jí)禁航流量。但需注意的是限制性通航時(shí)段較多，2018年40.98%的時(shí)段三峽下泄流量超過30000 m3/s，2017年11.48%的時(shí)段三峽下泄流量超過30000m3/s，2016年27.05%的時(shí)段三峽下泄流量超過30000m3/s，2015年4.92%的時(shí)段三峽下泄流量超過30000m3/s，2014年39.34%的時(shí)段三峽下泄流量超過30000m3/s。

3.2各流量級(jí)下的流速流向情況

主要由2018年的南津關(guān)至蓮沱航段的流速流向觀測(cè)資料為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。其中最小流速與流量變化不大，原因是局部具體位置可能出現(xiàn)靜水、漩渦等。流量越大，平均流速和最大流速越大。3W流量平均流速1.84m/s，3.5W流量平均流速2.08m/s，4W流量平均流速2.43m/s。大流量時(shí)呈天然河道特性，3W流量最大流速3.00m/s，3.5W流量最大流速3.39m/s，4W流量最大流速4.02m/s（均在黃桑洞—大沙壩河段）。流量越大，平均流速越大，灘段比降在0.175‰以上，部分河段流態(tài)紊亂，通航條件較差。

在流量30000m3/s以上時(shí)，隨著流量的逐漸上漲增加，在黃桑洞—大沙壩、明月閣—梗江角、母豬嘴—清涼樹等段都會(huì)形成回流水域。當(dāng)流速達(dá)到40000m3/s流量級(jí)時(shí)，老虎洞—大沙壩過河區(qū)，東娃子和—偏腦河段主航道，南津關(guān)向家咀2#浮標(biāo)正對(duì)左岸的流速有部分超過了3.5m/s，達(dá)到了急流航段標(biāo)準(zhǔn)。

4結(jié)論

（1）分析觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，三峽大壩及葛洲壩下泄流量過程趨勢(shì)相同、流量過程線基本重合，考慮到黃柏河的匯流作用，可認(rèn)為在汛期兩壩間大流量下三峽大壩與葛洲壩泄流調(diào)控是同步調(diào)控和變化的。

（2）汛期，當(dāng)兩壩間流量小于20000m3/s時(shí)，受葛洲壩樞紐控制影響，壩上及壩河口水位流量均無明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系;當(dāng)兩壩間流量大于20000m3/s時(shí)，葛洲壩壩上水位基本保持在66m左右，而壩河口水位主要受三峽下泄流量變化影響，隨著下泄流量的增大而升高，線性關(guān)系明顯。

（3）由于三峽大壩的調(diào)蓄作用，兩壩間河段超過30000m3/s流量級(jí)的限制性通航時(shí)段每年都出現(xiàn)，存在可能出現(xiàn)較長時(shí)段的可能。當(dāng)流速達(dá)到40000m3/s流量級(jí)時(shí)，老虎洞—大沙壩過河區(qū)、東娃子和—偏腦河段主航道、南津關(guān)向家咀2#浮標(biāo)正對(duì)左岸水域流速有部分超過了3.5m/s，達(dá)到了急流狀態(tài)。

（4）大流量時(shí)呈天然河道特性，3W流量最大流速3.00m/s，3.5W流量最大流速3.39m/s，4W流量最大流速4.02m/s（均在黃桑洞—大沙壩河段）。流量越大，平均流速越大，灘段比降在0.175‰以上，部分河段流態(tài)紊亂，通航條件差。

5通航相關(guān)措施

根據(jù)上述分析，并結(jié)合近期水情氣象預(yù)報(bào)資料，預(yù)計(jì)2019年汛期兩壩間河段流量持續(xù)在30000m3/s以上的時(shí)段概率仍然較大，對(duì)航道維護(hù)帶來一定影響，特結(jié)合往年航道維護(hù)情況制定以下措施：

（1）當(dāng)流量上漲至30000m3/s以上并不足35000m3/s時(shí)，對(duì)蓮沱至三峽船閘下口門區(qū)之間范圍內(nèi)所有浮標(biāo)的錨鏈、鋼纜系固情況進(jìn)行檢查，必要時(shí)采取松緊錨鏈、鋼纜，微調(diào)標(biāo)位等措施。

（2）當(dāng)流量上漲至35000m3/s以上并有可能繼續(xù)上漲超過40000m3/s時(shí)，將“磨刀溪”“粗石灘”“馬牙灘”“下岸溪”“杜家嘴”“喚魚石”等浮標(biāo)在確保航道水深足夠的前提下適當(dāng)收邊，避開主流沖擊，防止漂移走錨。

（3）當(dāng)流量繼續(xù)上漲至45000m3/s時(shí)兩壩間航道停航，此時(shí)撤除浮標(biāo)作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)很大，因此停止航標(biāo)撤除作業(yè)，并嚴(yán)密關(guān)注航標(biāo)標(biāo)位情況，遇浮標(biāo)流失迅速采取措施收回浮標(biāo)船。

（4）當(dāng)流量下降至30000m3/s并有繼續(xù)下降趨勢(shì)時(shí)，對(duì)上述航標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，恢復(fù)流量上漲前的航標(biāo)配布方案。

6通航相關(guān)建議

（1）當(dāng)三峽下泄流量達(dá)到35000m3/s時(shí)，大沙壩至老虎洞過河區(qū)內(nèi)最大流速達(dá)到3.39m/s，接近與急流航段3.5m/s的標(biāo)準(zhǔn)，建議加強(qiáng)對(duì)該水域的現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管，同時(shí)盡量不安排下水船與上水過河船在此水域交會(huì)。

（2）蓮沱水域目前正在進(jìn)行航道整治施工，占用了一定航道水域，根據(jù)其汛期施工方案，汛期施工最大流量為25000m3/s，建議在汛期施工期間，通過優(yōu)化調(diào)度等方式，不安排下水船與上水過河船在此水域交會(huì)。

（3）目前平善壩錨地水域未設(shè)置相應(yīng)錨界標(biāo)志，錨地與主航道界限不是十分明顯，建議進(jìn)一步強(qiáng)化錨地錨泊管理或采取有效措施標(biāo)示出錨地水域。

（4）小平善壩水域水面寬度約380m，但該水域存在上行、下行及野人沱沿岸通航帶橫駛過河上行3條航路，且右側(cè)布置有小平善壩錨地，占用了一定水域，船舶進(jìn)出錨地與前述3條航路交叉、會(huì)遇安全風(fēng)險(xiǎn)較大，尤其在汛期流量超過25000m3/s時(shí)，該水域水流流速達(dá)2.79m/s，且流態(tài)紊亂，不利于船舶駕引操控，建議汛期流量超過25000m3/s后小平善壩錨地停止使用。

（5）建議加強(qiáng)對(duì)南津關(guān)彎道水域現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管，重點(diǎn)防止下行通過大江船舶隨主流淌航困入“出三江上行船舶的航路”，并優(yōu)化調(diào)度使下行通過大江船舶與出三江上行船舶不在南津關(guān)水域交會(huì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王召兵，舒榮龍，蔡汝哲.長江三峽兩壩間河段汛期通航試驗(yàn)研究[J].水道港口，2007（02）：113-118.

[2]姚仕明，王興奎，張丙印.三峽大壩至葛洲壩兩壩間河段通航水流條件[J].水利水電科技進(jìn)展，2010，30（06）：43-47.

[3]胡興娥. 梯級(jí)電站調(diào)峰對(duì)通航的影響及對(duì)策研究[D].天津大學(xué)，2007.

[4]王海濱，張紅，余金燕.淺析三峽—葛洲壩兩壩間近壩段汛期水位流量關(guān)系[J].中國水運(yùn)（下半月），2017，17（08）：254-255.

4結(jié)論

（1）分析觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，三峽大壩及葛洲壩下泄流量過程趨勢(shì)相同、流量過程線基本重合，考慮到黃柏河的匯流作用，可認(rèn)為在汛期兩壩間大流量下三峽大壩與葛洲壩泄流調(diào)控是同步調(diào)控和變化的。

（2）汛期，當(dāng)兩壩間流量小于20000m3/s時(shí)，受葛洲壩樞紐控制影響，壩上及壩河口水位流量均無明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系;當(dāng)兩壩間流量大于20000m3/s時(shí)，葛洲壩壩上水位基本保持在66m左右，而壩河口水位主要受三峽下泄流量變化影響，隨著下泄流量的增大而升高，線性關(guān)系明顯。

（3）由于三峽大壩的調(diào)蓄作用，兩壩間河段超過30000m3/s流量級(jí)的限制性通航時(shí)段每年都出現(xiàn)，存在可能出現(xiàn)較長時(shí)段的可能。當(dāng)流速達(dá)到40000m3/s流量級(jí)時(shí)，老虎洞——大沙壩過河區(qū)、東娃子和——偏腦河段主航道、南津關(guān)向家咀2#浮標(biāo)正對(duì)左岸水域流速有部分超過了3.5m/s，達(dá)到了急流狀態(tài)。

（4）流量時(shí)呈天然河道特性，3W流量最大流速3.00m/s，3.5W流量最大流速3.39m/s，4W流量最大流速4.02m/s（均在黃桑洞——大沙壩河段）。流量越大，平均流速越大，灘段比降在0.175‰以上，部分河段流態(tài)紊亂，通航條件差。（最大流速的概位或河段）

5通航相關(guān)措施

根據(jù)上述分析，并結(jié)合近期水情氣象預(yù)報(bào)資料，預(yù)計(jì)2019年汛期兩壩間河段流量持續(xù)在30000m3/s以上的時(shí)段概率仍然較大，對(duì)航道維護(hù)帶來一定影響，特結(jié)合往年航道維護(hù)情況制定以下措施：

（1）當(dāng)流量上漲至30000m3/s以上并不足35000m3/s時(shí)，對(duì)蓮沱至三峽船閘下口門區(qū)之間范圍內(nèi)所有浮標(biāo)的錨鏈、鋼纜系固情況進(jìn)行檢查，必要時(shí)采取松緊錨鏈、鋼纜，微調(diào)標(biāo)位等措施。

（2）當(dāng)流量上漲至35000m3/s以上并有可能繼續(xù)上漲超過40000m3/s時(shí)，將“磨刀溪”、“粗石灘”、“馬牙灘”“下岸溪”、“杜家嘴”、“喚魚石”等浮標(biāo)在確保航道水深足夠的前提下適當(dāng)收邊，避開主流沖擊，防止漂移走錨。

（3）當(dāng)流量繼續(xù)上漲至45000m3/s時(shí)兩壩間航道停航，此時(shí)撤除浮標(biāo)作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)很大，因此停止航標(biāo)撤除作業(yè)，并嚴(yán)密關(guān)注航標(biāo)標(biāo)位情況，遇浮標(biāo)流失迅速采取措施收回浮標(biāo)船。

（4）當(dāng)流量下降至30000m3/s并有繼續(xù)下降趨勢(shì)時(shí)，對(duì)上述航標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，恢復(fù)流量上漲前的航標(biāo)配布方案。

6通航相關(guān)建議

（1）當(dāng)三峽下泄流量達(dá)到35000m3/s時(shí)，大沙壩至老虎洞過河區(qū)內(nèi)最大流速達(dá)到3.39m/s，接近與急流航段3.5m/s的標(biāo)準(zhǔn)，建議加強(qiáng)對(duì)該水域的現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管，同時(shí)盡量不安排下水船與上水過河船在此水域交會(huì)。

（2）蓮沱水域目前正在進(jìn)行航道整治施工，占用了一定航道水域，根據(jù)其汛期施工方案，汛期施工最大流量為25000m3/s，建議在汛期施工期間，通過優(yōu)化調(diào)度等方式，不安排下水船與上水過河船在此水域交會(huì)。

（3）目前平善壩錨地水域未設(shè)置相應(yīng)錨界標(biāo)志，錨地與主航道界限不是十分明顯，建議進(jìn)一步強(qiáng)化錨地錨泊管理或采取有效措施標(biāo)示出錨地水域。

（4）小平善壩水域水面寬度約380m，但該水域存在上行、下行及野人沱沿岸通航帶橫駛過河上行3條航路，且右側(cè)布置有小平善壩錨地，占用了一定水域，船舶進(jìn)出錨地與前述3條航路交叉、會(huì)遇安全風(fēng)險(xiǎn)較大，尤其在汛期流量超過25000m3/s時(shí)，該水域水流流速達(dá)2.79m/s，且流態(tài)紊亂，不利于船舶駕引操控，建議汛期流量超過25000m3/s后小平善壩錨地停止使用。

（5）建議加強(qiáng)對(duì)南津關(guān)彎道水域現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管，重點(diǎn)防止下行通過大江船舶隨主流淌航困入“出三江上行船舶的航路”，并優(yōu)化調(diào)度使下行通過大江船舶與出三江上行船舶不在南津關(guān)水域交會(huì)。

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