長(zhǎng)洲樞紐壩下3000噸級(jí)航道設(shè)計(jì)最低通航水位可靠性研究

◎陳藝 黃賢智

1.廣西壯族自治區(qū)梧州航道養(yǎng)護(hù)中心；2.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1.工程概況

西江航運(yùn)干線貴港至梧州3000噸級(jí)航道工程，起于貴港航運(yùn)樞紐，止于梧州界首，建設(shè)內(nèi)河3000噸級(jí)航道290.5公里，滿足3000噸級(jí)內(nèi)河船舶、兩排一列式一頂2×3000噸級(jí)及一頂2×2000噸級(jí)頂推船隊(duì)通航，航道主尺度為4.1米×90米×670米（水深×航道寬度×彎曲半徑）。項(xiàng)目分兩期實(shí)施：一期工程自貴港航運(yùn)樞紐至長(zhǎng)洲水利樞紐壩上266.5公里庫(kù)區(qū)航道；二期工程自長(zhǎng)洲水利樞紐壩下至梧州界首24公里天然航道。

長(zhǎng)洲樞紐壩下至界首段位于西江干流潯江下游河段，屬丘陵地區(qū)。在壩址附近因江中有泗洲島、長(zhǎng)洲島將潯江由南向北分為外江、中江、內(nèi)江，外江、中江匯合成龍圩水道，龍圩水道與內(nèi)江又匯合成潯江（洗馬灘），潯江與桂江匯合成西江（雞籠洲、界首灘）。該河段河床多為基巖或沙卵石組成，部分區(qū)域有沙層覆蓋。3000t級(jí)航道整治工程于2019年年底開(kāi)工建設(shè)，2022年12月底開(kāi)通試運(yùn)行。河段上邊界為長(zhǎng)洲水利樞紐，是西江干流最后一座樞紐，位于梧州市上游約12km處，是以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、灌溉和養(yǎng)殖一體的低水頭徑流式水利工程。樞紐于2007年蓄水運(yùn)行，總庫(kù)容56億m3，設(shè)計(jì)洪水位28.21m，正常蓄水位20.6m，水庫(kù)汛期無(wú)調(diào)節(jié)功能，枯水期具有日調(diào)節(jié)特性，調(diào)節(jié)庫(kù)容1.33億m3。樞紐右岸布置了四線船閘：1000t級(jí)、2000t級(jí)船閘各1線分別于2007年3月、5月建成通航，3000t級(jí)船閘2線于2015年1月建成通航。長(zhǎng)洲樞紐壩下3000噸級(jí)航道示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 長(zhǎng)洲樞紐壩下3000噸級(jí)航道示意圖

2.3000噸級(jí)航道設(shè)計(jì)最低通航水位

2.1 設(shè)計(jì)流量

按98%保證率、5年一遇統(tǒng)計(jì)，貴港至梧州3000噸級(jí)航道工程二期工程航道設(shè)計(jì)流量[1]以梧州水文站1118m3/s為準(zhǔn)。其中長(zhǎng)洲樞紐壩下最小下泄流量1090m3/s（外江即龍圩水道845m3/s，內(nèi)江245m3/s）；桂江流量28m3/s。

2.2 設(shè)計(jì)最低通航水位

施工圖設(shè)計(jì)階段，考慮工程河段受潮汐、長(zhǎng)洲水利樞紐清水下泄及不穩(wěn)定下泄流量的影響，預(yù)測(cè)3000噸級(jí)航道工程實(shí)施后河床仍存在下切的可能，因此整治后的設(shè)計(jì)最低通航水位[2]在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上考慮了0.3m的下降富余。經(jīng)審查3000噸級(jí)航道工程整治后沿程設(shè)計(jì)最低通水位見(jiàn)表1。

表1 3000噸級(jí)航道工程整治后沿程設(shè)計(jì)最低通水位表

表2 設(shè)計(jì)方案實(shí)施前后沿程水位變化情況表單位：m

表3 實(shí)測(cè)水位參數(shù)表 單位：m

表4 實(shí)測(cè)水位參數(shù)表 單位：m

表5 實(shí)測(cè)水位參數(shù)表 單位：m

表6 實(shí)測(cè)水位參數(shù)表 單位：m

表7 實(shí)測(cè)水位參數(shù)表 單位：m

3.物理模型試驗(yàn)結(jié)果

3.1 物理模型范圍邊界

物理模型[3]范圍為長(zhǎng)洲樞紐至界首段，模擬天然河段長(zhǎng)約24km，模型邊界為2019年2月實(shí)測(cè)地形，模型平面比尺1：200、垂直比尺1：80，模型通過(guò)水流驗(yàn)證與原型河道具有較好的相似性。

3.2 沿程水位變化情況

物理模型試驗(yàn)表明，3000t級(jí)航道工程設(shè)計(jì)方案實(shí)施后，沿程水位發(fā)生不同程度的降落[4]，流量1140m3/s（長(zhǎng)洲樞紐設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)，長(zhǎng)洲樞紐壩下設(shè)計(jì)最小下泄流量1090m3/s，加上桂江流量50m3/s）時(shí)長(zhǎng)洲壩下水尺水位降落0.56m，長(zhǎng)洲尾水位降落0.26m，梧州水文站水位降落0.05m，各灘段水面比降減緩，龍圩水道水面比降由0.132‰減小至0.088‰，洗馬灘水面比降由0.062‰減小至0.024‰，雞籠洲和界首灘水面比降分別由0.028‰、0.021‰減小至0.021‰、0.016‰。設(shè)計(jì)方案實(shí)施后，長(zhǎng)洲壩下水尺設(shè)計(jì)水位降至2.23m，較長(zhǎng)洲一二線船閘下游設(shè)計(jì)最低通航水位5.20m低2.97m。設(shè)計(jì)方案實(shí)施前后沿程水位變化情況見(jiàn)表2。

3.3 設(shè)計(jì)水位結(jié)果對(duì)比情況

設(shè)計(jì)方案實(shí)施后，物理模型設(shè)計(jì)流量（梧州1140m3/s）與二期工程數(shù)模專題設(shè)計(jì)流量（梧州 1118m3/s）沿程水面線對(duì)比可知，龍圩航道站至梧州水文站之間部分航段物理模型設(shè)計(jì)水位略低于設(shè)計(jì)方案水位，最大偏差約0.05m；界首段物理模型設(shè)計(jì)水位高于設(shè)計(jì)方案水位，最大偏差 0.07m；其余航段兩者設(shè)計(jì)水位基本吻合。

表8 實(shí)測(cè)水位參數(shù)表 單位：m

4.實(shí)測(cè)水位參數(shù)

進(jìn)入2022年下半年以來(lái)，梧州市及上游地區(qū)降雨持續(xù)性偏少，造成西江水位持續(xù)偏低。據(jù)水文監(jiān)測(cè)，10月以來(lái)，全區(qū)降雨量比歷年同期偏少6成多，特別是11月上旬，降雨量偏少達(dá)9成，各江河來(lái)水量比歷年同期偏少6成。11月上旬，梧州市各主要江河來(lái)水量比歷年同期偏少3至8成，西江梧州水文站平均流量1660m3/s，比歷年同期偏少59.0%。

2022年11月13日梧州水文站出現(xiàn)了該站有水文記載以來(lái)實(shí)測(cè)最小流量708m3/s、最低水位1.37m。此后仍有出現(xiàn)低于或接近壩下3000噸級(jí)航道設(shè)計(jì)流量1118m3/s的情況，為驗(yàn)證壩下3000噸級(jí)航道設(shè)計(jì)最低通航水位可靠性提供了較好的水情工況。實(shí)測(cè)水位參數(shù)見(jiàn)表3～表9。

表9 實(shí)測(cè)水位參數(shù)表 單位：m

5.實(shí)測(cè)水位與設(shè)計(jì)最低通航水位參數(shù)對(duì)比情況

各級(jí)流量下實(shí)測(cè)水位與設(shè)計(jì)最低通航水位參數(shù)對(duì)比情況見(jiàn)表10。

表10 各級(jí)流量下實(shí)測(cè)水位與設(shè)計(jì)最低通航水位參數(shù)對(duì)比情況表 單位：m

6.結(jié)論

（1）從實(shí)測(cè)水位與設(shè)計(jì)最低水位參數(shù)對(duì)比表可知：實(shí)測(cè)流量從708～1230m3/s，梧州水文站對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)水位從1.37～1.74m，均大于設(shè)計(jì)流量1118m3/s時(shí)的設(shè)計(jì)最低通航水位1.18m，差值為0.19～0.56m；界首實(shí)測(cè)了708、1050、1230m3/s流量的水位，分別為1.07、1.17、1.57m，也均大于設(shè)計(jì)流量1118m3/s時(shí)的設(shè)計(jì)最低通航水位1.04m，差值為0.03～0.53m?？梢?jiàn)設(shè)計(jì)流量下，長(zhǎng)洲樞紐壩下3000噸級(jí)航道的設(shè)計(jì)最低通航水位是可靠的。

（2）在一定程度上能滿足極端天氣更低水位通航需求。實(shí)測(cè)流量1050m3/s時(shí)，3000噸級(jí)航道起點(diǎn)水位為2.16m（推算），梧州水文站水位為1.57m，3000噸級(jí)航道終點(diǎn)界首水位1.17m，均高于設(shè)計(jì)最低通航水位為0.15、0.39、0.13m；梧州水文站有水文記載以來(lái)出現(xiàn)實(shí)測(cè)最小流量708m3/s、低水位1.37m時(shí)，壩下3000噸級(jí)航道終點(diǎn)界首實(shí)測(cè)水位1.07m，比3000噸級(jí)航道梧州水文站設(shè)計(jì)斷面的最低通航水位1.18m高0.19m，比界首設(shè)計(jì)通航水位1.04m高0.03m。可見(jiàn)壩下3000噸級(jí)航道的設(shè)計(jì)最低通航水位在設(shè)計(jì)流量時(shí)具有一定的富余值，在一定程度上可滿足更低水位的通航需求。