大藤峽樞紐運(yùn)行方式調(diào)整對(duì)來桂航道方案的影響

江 濤

(中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007)

大藤峽樞紐位于珠江流域西江干流的黔江，下距廣西桂平市區(qū)約6 km，是紅水河水電基地規(guī)劃梯級(jí)電站的最末一級(jí)，是一座以防洪、航運(yùn)為主，發(fā)電與水資源配置并重，兼顧灌溉的綜合利用工程，目前正在建設(shè)中。大藤峽樞紐項(xiàng)目建議書于2011年2月獲得批復(fù)，工可于2014年10月獲得批復(fù)。

來賓—桂平2 000噸級(jí)航道工程(簡(jiǎn)稱“來桂航道”)起點(diǎn)位于來賓港興賓港區(qū)賓港作業(yè)區(qū)，終點(diǎn)位于桂平兩江匯流口段。航道長(zhǎng)度為193.876 km，其中賓港作業(yè)區(qū)至石龍三江口屬于紅水河段、石龍三江口至桂平兩江匯流口屬黔江河段，航道按2 000噸級(jí)航道設(shè)計(jì)，大藤峽樞紐上游設(shè)計(jì)航道尺度為3.5 m×80 m×550 m(水深×寬度×轉(zhuǎn)彎半徑)，開挖水深為3.8 m。來桂航道及大藤峽樞紐位置見圖1。

圖1 來桂航道及大藤峽樞紐位置

由于大藤峽樞紐工程可行性研究階段調(diào)度運(yùn)行方式相對(duì)項(xiàng)目建議書批復(fù)做了調(diào)整，將對(duì)其上游的來桂航道設(shè)計(jì)方案造成影響。文獻(xiàn)[1-3]從樞紐日調(diào)節(jié)、電站建成、梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度等方面分析樞紐運(yùn)行對(duì)航道通航的影響，但鮮有關(guān)于樞紐設(shè)計(jì)過程中調(diào)度運(yùn)行方式變化影響航道設(shè)計(jì)方案的文獻(xiàn)。筆者從大藤峽樞紐調(diào)度運(yùn)行方式的調(diào)整情況分析來桂航道設(shè)計(jì)最低通航水位(簡(jiǎn)稱“設(shè)計(jì)水位”)和開挖引起的航道水位下降值的變化，論述其對(duì)航道整治方案、工程量及投資的影響，根據(jù)大藤峽樞紐蓄水計(jì)劃、施工水位論述分期實(shí)施的必要性和經(jīng)濟(jì)性。

1 大藤峽樞紐運(yùn)行方式調(diào)整對(duì)設(shè)計(jì)水位的影響

1.1 運(yùn)行方式調(diào)整概況

大藤峽樞紐項(xiàng)目建議書和工可階段的樞紐運(yùn)行方式發(fā)生了重大變化：項(xiàng)目建議書批復(fù)[4]的調(diào)度運(yùn)行方式由主汛期、次汛期和枯水期組成；工可批復(fù)[5]的運(yùn)行方式從庫(kù)區(qū)淹沒等角度考慮將枯水期分為非汛期(10月至次年3月)和非汛期(4月)2個(gè)時(shí)段，將8月從次汛期納入主汛期，且主汛期調(diào)度水位大幅降低，非汛期流量對(duì)應(yīng)的水位也明顯降低(表1)。對(duì)航道設(shè)計(jì)水位的影響主要在主汛期6—8月，其入庫(kù)流量低于2萬m3/s時(shí)，項(xiàng)目建議書階段大藤峽水利樞紐壩前水位為49.6～59.6 m，而工可階段壩前水位則持續(xù)維持在47.6 m，入庫(kù)流量大于2萬m3/s，大藤峽樞紐壩前水位可調(diào)至44 m。

1.2 運(yùn)行方式調(diào)整對(duì)設(shè)計(jì)水位的影響

根據(jù)收集到的遷江水文站、武宣水文站1990—2014年逐日實(shí)測(cè)流量資料復(fù)核本次14種工況采用的入庫(kù)最小流量和遷江最小流量關(guān)系，確定4種工可運(yùn)行方式工況為航道設(shè)計(jì)水位計(jì)算的控制工況(表2)。根據(jù)文獻(xiàn)[6]的計(jì)算方法可計(jì)算項(xiàng)目建議書和工可階段大藤峽樞紐上游的航道設(shè)計(jì)水位。按工可運(yùn)行方式計(jì)算可以得出近壩段(從大藤峽壩址至距大藤峽壩址22 km)的設(shè)計(jì)水位受大流量行洪的工況4控制，近壩段上游的紅水河和黔江均受汛期小流量的工況3控制。建壩前及大藤峽樞紐運(yùn)行方式調(diào)整前后設(shè)計(jì)水位對(duì)比見圖2。

表2 工可階段大藤峽上游航段設(shè)計(jì)水位計(jì)算控制工況

圖2 大藤峽樞紐上游設(shè)計(jì)水位對(duì)比

從圖2可以看出大藤峽建壩前和工可運(yùn)行方式下的設(shè)計(jì)水位隨著與大藤峽樞紐距離的增加，水位差呈減小的趨勢(shì)，至距大藤峽約170 m的上游航道位置，水位差已接近1 m。大藤峽運(yùn)行方式的變化導(dǎo)致大藤峽樞紐上游的設(shè)計(jì)水位在-7.72～-1.95 m之間變化，因工況流量差異，越往上游差異越小。其中-7.72 m出現(xiàn)在黔江和紅水河、柳江交匯的石龍三江口(距大藤峽約120 km)；-1.95 m出現(xiàn)在浪灘(距大藤峽31.4 km)。

1.3 運(yùn)行方式調(diào)整對(duì)開挖引起的水位下降值的影響

航道整治開挖后，由于河床降低、過水?dāng)嗝鏀U(kuò)大，同流量下的水面線隨之下降[7]。整治后的糙率采用實(shí)測(cè)水面擬合糙率結(jié)合相關(guān)河道糙率參考值范圍綜合考慮確定。由于黔江大藤峽上游段僅存在零星礁石礙航，故僅計(jì)算紅水河段水位下降值，工可運(yùn)行方式下最大下降值為0.846 m，項(xiàng)目建議書運(yùn)行方式下最大下降值為0.013 m，均位于航道上游起點(diǎn)附近，符合航道挖槽水面下降的規(guī)律(圖3)。

圖3 大藤峽樞紐上游開挖引起水位下降值對(duì)比

2 設(shè)計(jì)水位變化對(duì)航道設(shè)計(jì)方案的影響

設(shè)計(jì)水位大幅降低導(dǎo)致航道需整治的灘險(xiǎn)由11個(gè)增加至26個(gè)，增加的15個(gè)灘險(xiǎn)全部位于紅水河段；原需整治的灘險(xiǎn)也因航道整治底高程降低而大幅增加了整治工程量(表3)。增加航道疏浚和炸礁工程投資約6.58億元。以蓬萊灘為例，其斷面開挖對(duì)比見圖4。從圖4可知，設(shè)計(jì)水位降低導(dǎo)致工程量大幅增加。

表3 大藤峽樞紐上游工程量對(duì)比 萬m3

圖4 典型斷面開挖對(duì)比(單位：m)

3 大藤峽一期蓄水前后施工水位

根據(jù)大藤峽一期蓄水安排[8]，一期蓄水的最高水位為52 m。來桂航道設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)大藤峽運(yùn)行方式、樞紐蓄水計(jì)劃、樞紐上游的航道開挖工程量及施工難易程度、施工工期要求等，對(duì)一期蓄水前開展陸上炸石施工和全部在一期蓄水之后開展疏浚和炸礁施工方案進(jìn)行比選。

3.1 施工水位計(jì)算

3.1.1大藤峽一期蓄水前施工水位

根據(jù)紅水河和黔江上游來水特性，施工時(shí)間放在非汛期的每年10月至翌年4月，歷時(shí)約7個(gè)月。統(tǒng)計(jì)分析橋鞏電站2010—2017年逐日平均流量資料，得出電站下泄流量1 600～1 750 m3/s時(shí)全年施工時(shí)間能滿足6～7個(gè)月的要求，結(jié)合水文測(cè)驗(yàn)流量時(shí)1 650 m3/s的水面線確定沿線的施工水位。

3.1.2大藤峽一期蓄水后施工水位

計(jì)算大藤峽蓄水至52 m不同流量保證率下的施工水位，經(jīng)分析計(jì)算采用50%流量保證率下的施工水位。此時(shí)回水至來賓高鐵橋附近(馬灘和高書洲2個(gè)灘險(xiǎn)分界位置，距石龍三江口59.2 km)其施工水位和大藤峽一期蓄水前施工水位接近，來賓鐵路大橋上游施工水位取一期蓄水前的施工水位。

由于大藤峽樞紐上游的黔江段水深條件良好，僅局部零星礁石礙航，故僅對(duì)比石龍三江口以上紅水河段的一期蓄水前后施工水位，最大水位差位于石龍三江口達(dá)9.1 m(圖5)。

圖5 大藤峽一期蓄水前后施工水位對(duì)比

3.2 施工水位的影響

因距大藤峽一期蓄水節(jié)點(diǎn)的施工工期僅半年左右，考慮陸上炸石施工工程量及工效，將古笪灘—古排灘共計(jì)12個(gè)灘險(xiǎn)及黔江庫(kù)區(qū)零星礁石納入一期陸上炸石。對(duì)部分按施工水位確定的灘險(xiǎn)陸上炸石底高程與水下炸礁底高程差值不大于0.5 m的灘險(xiǎn)，為方便施工、避免二次進(jìn)場(chǎng)，考慮將其在一期陸上炸石全部清除。為方便陸上水下開挖工作交接的界面區(qū)分，避免陸上和水下施工單位之間因工程量而推諉，對(duì)于在一期蓄水后尚需實(shí)施水下炸礁和疏浚的灘險(xiǎn)，陸上炸石不考慮超深和超寬；對(duì)一期陸上炸石即達(dá)到航道底高程的灘險(xiǎn)，考慮0.2 m超深，不考慮超寬。葫蘆峽分兩期實(shí)施的斷面見圖6，若納入二期則47.86～52.86 m填充區(qū)域?qū)⒂申懮险ㄊ優(yōu)樗抡ń傅姆秶?。統(tǒng)計(jì)得出12個(gè)灘險(xiǎn)的一期陸上炸石工程量31.3萬m3，工程費(fèi)用3 206.97萬元；剩余水下炸礁工程量22.5萬m3，工程費(fèi)用6 986.25萬元。若在大藤峽一期蓄水之前不實(shí)施陸上炸石，其大部分工程量將轉(zhuǎn)換為水下炸礁，則工程費(fèi)用將達(dá)到1.67億元，增加6 511.68萬元。因此從減少水下炸礁工程量、節(jié)約投資、減少施工難度等角度考慮，在大藤峽一期蓄水之前開展陸上炸石是經(jīng)濟(jì)且必要的。

圖6 分2期實(shí)施的開挖斷面(單位：m)

4 結(jié)語(yǔ)

1)根據(jù)大藤峽樞紐項(xiàng)目建議書和工可運(yùn)行方式，選定對(duì)應(yīng)的水位計(jì)算控制工況分別計(jì)算樞紐上游航道設(shè)計(jì)水位及開挖引起的下降值，通過對(duì)比確定需增加12個(gè)整治灘險(xiǎn)，并結(jié)合航道整治方案開展了運(yùn)行方式調(diào)整前后的工程量和工程投資對(duì)比，結(jié)果顯示需增加整治方量181.18萬m3、相應(yīng)增加工程投資6.58億元。

2)依據(jù)大藤峽樞紐蓄水計(jì)劃，結(jié)合橋鞏電站逐日平均流量、水文測(cè)驗(yàn)流量確定蓄水前施工水位，采用50%流量保證率確定了樞紐一期蓄水后航道施工水位，開展施工水位對(duì)比，并考慮陸上炸石工程量、可施工時(shí)間、施工工效等因素，論述開展一期陸上炸石的必要性和經(jīng)濟(jì)合理性。

3)庫(kù)區(qū)航道整治方案受樞紐調(diào)度運(yùn)行方式影響巨大，在類似航道設(shè)計(jì)與樞紐設(shè)計(jì)同步開展的項(xiàng)目中，應(yīng)重點(diǎn)分析調(diào)度運(yùn)行方式對(duì)設(shè)計(jì)水位和設(shè)計(jì)方案的影響，并結(jié)合樞紐蓄水計(jì)劃，在蓄水前適當(dāng)開展陸上整治作業(yè)以控制投資。