金沙江（水富至宜賓）航道整治工程設計最低通航水位的推求

李順超，劉曉帆

（四川省交通廳交通勘察設計研究院，成都610017）

金沙江是長江源流，發源于青藏高原唐古拉山山脈主峰格拉丹東雪山西南側的沱沱河，流經青海、西藏、云南和四川。青海玉樹至四川宜賓稱金沙江，宜賓以下稱長江。金沙江流域面積47.32萬km2，流域地勢北高南低，逐漸向東南傾斜，該江流經高山峽谷、灘險多、流態復雜，但雨量充沛、水資源豐富、水流集中、具有發電航運開發的有利條件。金沙江（水富至宜賓）河段屬于金沙江下游河口段，全長30 km。本文研究的航道整治工程河段起始于水富縣城上游約1.8 km處的在建向家壩水利樞紐，止于與長江匯合口——宜賓合江門處；在水富下游約2 km處有全長307 km的橫江支流從右岸匯入，橫江流域面積約1.5萬km2。按照交通部《長江干線航道總體規劃綱要》確定的建設目標，至2020年金沙江水富至宜賓、長江宜賓至重慶航道等級均達到Ⅲ級航道標準，形成大型船舶江海直達、干支流高等級航道貫通。因此，需對長江干線（水富至宜賓）段航道進行建設，使其達到通行1 000 t級船舶的Ⅲ級航道標準，以滿足國家對長江干線航道規劃建設目標的需求。

目前金沙江（水富至宜賓）航道等級只達到Ⅴ級，航道尺度為1.8 m×40 m×320 m（水深×航寬×彎曲半徑），常年通行220 kW+2×300 t船隊，其中半年左右時間可通航350 kW+2×350 t船隊。為尋求較佳的整治工程方案，在深入分析天然設計流量和水電站調度運行方式的基礎上，采用電站設計日調節流量計算推求方法，結合南京水利科學研究院“向家壩下游一維非恒定流數值計算的分析”的成果，最終計算確定了研究河段航道整治工程的設計最低通航水位［1-3］。

1 水文資料收集

金沙江（水富至宜賓）航道整治河段位于屏山水文站和向家壩水電站的下游，汛期受橫江和岷江的影響。為對這些影響進行深入研究，收集了屏山水文站、向家壩水文站、宜賓水位站和安邊水文站及向家壩水電站的設計資料，并于河段各灘險處設置了17組基本水尺，對洪、中、枯水位進行了觀測。

2 設計最低通航水位的推求

2.1 水文（位）站綜合歷時曲線的統計

根據《內河航道與港口水文規范》（JTJ214-2000），分別取屏山站1986～2005年逐日平均水位資料、宜賓站1986～2005年的逐日平均水位資料、安邊站1951～1955年逐日平均水位資料和橫江站1986～2005年逐日平均流量資料進行綜合歷時曲線統計，并繪制綜合歷時曲線（圖1），圖中水位為吳淞高程系統。

圖1 水文（位）站綜合歷時曲線圖Fig.1 Synthetic duration curve at hydrological（stage）stations

2.2 水文站水位流量關系曲線的建立

根據屏山站2002年、2003年、2005年的水位流量觀測資料點繪出水位流量關系曲線（圖2-a），并用大洪水年份的高水水位流量觀測資料，對點繪的水位流量關系曲線進行外延［4-5］。圖2-a中水位為吳淞高程系統。

根據向家壩站2003年、2004年2月1日～4月31日的水位流量觀測資料點繪出水位流量關系曲線（圖2-b），圖2-b中水位為黃海高程系統。

安邊站于1956年撤消，為研究橫江匯入后的金沙江研究河段的流量增長情況，根據該站1953～1955年的水位流量觀測資料，點繪出該站水位流量關系曲線（圖2-c），圖2-c中水位為吳淞高程系統。

2.3 水位相關線的建立

為了獲得各水文（位）站和基本水尺的設計最低通航水位，根據2004年4月和2005年3月向家壩站水文站和屏山水文站的瞬時水位觀測資料，點繪兩者水位相關線［6］。上段1#基本水尺位于支流橫江與金沙匯入口下游，是金沙江水富至宜賓河段上段第一組水尺，根據其2005年間7個月的瞬時水位觀測資料，通過點繪水位過程線，找出與屏山站相應水位，點繪其水位相關線，之后又建立1#基本水尺與上段2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#，下段 1#、2#、3#、4#基本水尺水位相關線。因為下段5#、6#、7#基本水尺位于大雪灘及其下游河段，該河段受岷江頂托影響明顯，故與宜賓站相關，同樣將這些水尺在2005年間3個月的水位觀測資料與宜賓站進行相關性分析。

圖2 水文站水位流量關系圖Fig.2 Stage-discharge relation curve at hydrological stations

2.4 向家壩電站下泄非恒定流時河段瞬時最小流量

向家壩電站在枯水期（12月至次年4月）設計日調節下泄非恒定流有2種工況，日內流量有一峰一谷的變化，其中工況1最小下泄流量為1 200 m3/s，1 a中有5個月為1 200 m3/s，而工況2最小下泄流量為1 253 m3/s，出現在2月份。

根據《內河通航標準》（GB50139-2004），對樞紐下游河段設計最低通航水位應“按本標準第6.2.2條規定的多年歷時保證率，分析選定設計流量，并考慮河床沖淤變化和電站日調節的影響推算確定”的規定，結合上述向家壩電站設計日調節非恒定流的特性，研究論證后確定以電站最不利的工況1日調節下泄非恒定流過程為依據，選定向家壩電站至支流橫江匯入口河段的瞬時最小流量為1 200 m3/s，以下河段考慮支流橫江匯入50 m3/s，其瞬時最小流量為1 250 m3/s。

2.5 水文（位）站設計最低通航水位的推求

研究河段規劃航道等級為Ⅲ級，根據《內河通航標準》（GB50139-2004），天然河流Ⅲ級航道的設計最低通航水位的多年歷時保證率為98%～95%。但該河段上游正在修建向家壩水電站，按《內河通航標準》（GB50139-2004）的規定，其設計最低通航水位應采用樞紐瞬時最小下泄流量對應的水位。根據上述各水文（位）站的綜合歷時曲線成果、電站瞬時最小下泄流量和水位流量關系，查得各水文（位）站的設計最低通航水位及相應流量（表1）。

表1 各水文（位）站設計最低通航水位統計表Tab.1 Design lowest navigable stage at each hydrological station

表2 各基本水尺保證率98%的設計最低通航水位表Tab.2 Design lowest navigable stage with the guarantee rate of 98%at each basic water gaugem

表3 各基本水尺設計最低通航水位表Tab.3 Design lowest navigable stage at each basic water gaugem

2.6 各基本水尺設計最低通航水位的推求

為了研究向家壩水電站修建后對水富至宜賓河段設計最低通航水位的影響，依據本河段擬訂的航道等級和《內河通航標準》的規定，分天然和下泄非恒定流2種情況對設計最低通航水位標準進行選取，前者多年歷時保證率取98%，后者取向家壩電站日調節下泄瞬時最小流量。

2.6.1 天然情況下各基本水尺設計最低通航水位的推求

根據所推求的各水文（位）站不同保證率的設計最低通航水位和相應流量，選定多年歷時保證率為98%對應的水位和流量，通過基本水尺與水文（位）站及基本水尺間水位相關線（低水放大），求得各基本水尺保證率為98%（流量1 331 m3/s）時設計最低通航水位（表2）。

2.6.2 非恒定流情況下各基本水尺設計最低通航水位的推求

根據向家壩電站枯水期設計瞬時最小下泄流量1 200 m3/s（橫江河口以下為1250 m3/s），通過前面建立的水位流量關系查得屏山、向家壩等水文站的對應水位，再通過水位相關線，推求得各基本水尺設計最低通航水位（表3）。

表4 各基本水尺設計水位比較表Tab.4 Comparison of design water levels calculated by different methods at each basic water gaugem

2.6.3 研究河段各基本水尺設計最低通航水位的選定

南京水利科學研究院曾在該河段數模研究中提出了研究河段設計最低通航水位。本文推求了天然和非恒定流2種情況下設計最低通航水位值（表4）。由表4可以看出，在河口段，因為受岷江頂托影響，只能采用宜賓站保證率98%的水位通過相關求得，所以下段6#、7#基本水尺幾種方法的結果較接近，但以上河段情況不同，南京水利科學研究院的結果最高，其次是天然情況下98%的水位，最低為向家壩站推得。最后通過比較，采用屏山站流量為1 200 m3/s時的相關結果，作為各基本水尺推薦的設計最低通航水位（表 5）。

表5 各基本水尺設計水位表（考慮電站下泄非恒定流影響）Tab.5 Final design water levels at each basic water gauge(considering the effect of unsteady flow)m

3 結語

金沙江（水富至宜賓）段航道位于向家壩水電站下游，受電站下泄非恒定流的影響十分明顯，設計最低通航水位計算條件復雜，其成果直接關系到航道整治工程的成敗。本文在深入分析天然設計流量和水電站調度運行方式的基礎上，結合南京水利科學研究院“向家壩下游一維非恒定流數值計算的分析”的成果進行研究，最終確定采用電站設計日調節流量中最小流量計算研究河段航道整治工程的設計最低通航水位。有效解決了電站下游受電站日調節影響大、設計最低通航水位難以確定的問題，可為同類航道設計最低通航水位的確定提供參考。

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