湘江航電樞紐船閘通航水位的確定

彭厚德

(湖南省交通規劃勘察設計院，湖南長沙 410008)

湘江干流按9個梯級規劃進行開發，下游4個梯級依次為土谷塘、大源渡、株洲及長沙樞紐(見圖1)，其中大源渡、株洲樞紐分別于2000年、2006年建成，目前正在對二線船閘進行可行性研究。長沙樞紐已于2009年底開工，計劃2015年底竣工;土谷塘樞紐于2012年開工，2016年竣工。

湘江下游的航電樞紐均為低水頭、大流量的徑流式樞紐。樞紐主要建筑物包括船閘、泄水閘、電站及魚道(大源渡、株洲樞紐原未建魚道，準備補充建設)。庫區淹沒是工程的關鍵點之一，水庫淹沒范圍按開閘預泄回水外包線確定。必須對水庫進行合理調度，以降低回水外包線，減少淹沒范圍，水庫調度基本按以下原則:

1)當入庫流量小于或等于水輪機組引用流量時，庫水位維持正常蓄水位，閘門全關，入庫流量全部通過水輪機下泄;

2)當入庫流量大于水輪機最大引用流量時，根據洪水預報和庫區淹沒情況，壩前逐漸降低庫水位運行，直至閘門全開，恢復天然行洪狀態，以減少對庫區的影響。

1 最高通航水位

圖1 湘江下游梯級布局示意圖

由于洪水期樞紐泄水閘全開敞泄，基本恢復天然行洪狀態，壩前水位壅高值僅為20 cm左右。樞紐建設對洪水位影響很小，船閘上游最高通航水位相比樞紐建設前的天然狀態，抬高的水位即為壅高值，下游最高通航水位基本沒有發生改變。洪水頻率按《船閘總體設計規范》(JTJ 305—2001)的確定［1］，土谷塘、株洲一線、大源渡一線船閘均為Ⅲ級，且位于丘陵地區，最高通航水位歷時很短，采用10 a一遇洪水標準;株洲二線、大源渡二線、長沙樞紐船閘為Ⅱ級，最高通航水位采用20 a一遇洪水標 準。見表1。

表1 湘江下游航電樞紐船閘通航水位表

2 下游最低通航水位

2.1 下游為水庫

為保證整個航道連續暢通，船閘下游最低通航水位應與下游梯級銜接［2］，保證在下游梯級水庫死水位時可以正常通航，故船閘下游最低通航水位為下游梯級死水位回水至壩下的相應水位。推算回水的流量應采用樞紐最小下泄流量。

考慮到死水位時，下泄流量很小，且受電站調峰發電的影響，下泄流量同一天的不同時段變化較大，難以穩定，船閘下游最低通航水位也可直接采用下游梯級水庫死水位，不考慮水面比降產生的翹尾影響。

2.2 下游為天然航道

長沙樞紐為湘江的最下游一個梯級，其下游最低通航水位按保證率P=98%減去水位下降值確定。根據國內其他水利樞紐下游(如漢江丹江口樞紐)河床的沖刷變形情況、目前砂卵石開采及枯水位下降的實際情況、預測的砂卵石開采量、洞庭湖和城陵磯的水位變化情況，同時考慮到隨著可持續發展戰略和學習實踐科學發展觀的深入、對沙石開采市場的監管逐步到位，在河道中無序挖沙的行為將會逐步得到控制等因素，估計長沙樞紐處下游遠期設計低水位將下降 1.5 m［3］。

3 上游最低通航水位

船閘上游最低通航水位的確定一般只考慮水庫蓄水后樞紐正常運行的情況，樞紐施工期考慮一定時間的斷航，并對斷航損失進行補償。樞紐施工一般分二(三)期導流，最后一期圍堰合攏、閉氣及水庫利用圍堰蓄水至最低通航水位期間，樞紐河段斷航。根據株洲、大源渡樞紐的實踐經驗，斷航天數在40 d左右。如果施工期過往船舶不多，斷航造成的社會影響不大，對斷航損失的補償費用不多，這種處理方案是可行的。株洲及大源渡樞紐采用這種方案，土谷塘樞紐也準備采用這種方案。

長沙樞紐壩址位于長沙市下游的湘江干流河段，目前為千噸級航道，施工期間過往船舶多，過壩貨運量大，根據河段的實地貨運量調查，現階段水運繁忙季節每天過壩船舶數量將超過500條。如施工期斷航40 d，將對整個湘江航運造成巨大損失并產生嚴重社會影響。船閘上游最低通航水位的確定應按施工期基本不斷航考慮。

下面根據運行期及施工期的特點，分別探討上游最低運行水位的確定方法。

3.1 運行期

一般采用水庫死水位和樞紐最低運行水位中的較低值。湘江下游的航電樞紐為徑流式樞紐，調節庫容很小，調節水位一般在2 m(正常擋水位－死水位)以內。為減少庫區淹沒損失，入庫流量較大時需盡可能多預泄以騰空庫容，預泄水位一般在3 m(正常擋水位－樞紐最低運行水位)左右。湘江下游的航電樞紐最低運行水位均低于水庫死水位，故運行期上游最低通航水位均按運行低水位控制。

壩前運行低水位均出現在入庫流量較大時，相應庫尾水位均明顯高于正常擋水位，不會影響庫區航道及上游梯級的通航。

3.2 施工期

為保證施工期基本不斷航，船閘建成后即可投入使用，不需待圍堰合攏、閉氣及蓄水，船閘上游最低通航水位宜采用施工期船閘建成時段的相應水位。

長沙樞紐船閘上游最低通航水位如采用水庫運行低水位，則為28.4 m;如采用船閘建成時段(天然情況下)保證率90%的水位，則為24.0 m，可以實現施工期千噸級船舶基本不斷航。水位降低后，工程總投資增加約1 300萬(約占船閘工程總投資2%)，低于斷航損失補償費用，同時避免了嚴重的社會影響及對湘江水運發展造成的傷害。

長沙樞紐船閘閘室有效尺度采用200 m×34 m×4.5 m，按現階段的船型，一線船閘一天能通過的船舶數量不到300條。故施工期需兩線船閘同時運行才能滿足需求，兩線船閘上游最低通航水位均采用24.0 m，不宜按一線船閘 28.4 m、另一線船閘24.0 m 考慮。

4 結語

通航水位是船閘設計的重要參數，受樞紐調節的影響，航電樞紐船閘通航水位的確定應考慮樞紐正常擋水位、死水位、水庫運行調度、施工期通航、梯級銜接及庫區淹沒損失等多種因素，對工程投資及社會影響較大。對航電樞紐通航水位特別是上游最低通航水位的選擇應綜合考慮，慎重決策。

［1］JTJ 305—2001，船閘總體設計規范［S］.

［2］JTS 182—1—2009，渠化工程樞紐總體布置設計規范［S］.

［3］周作茂.長沙綜合樞紐下游遠期設計通航低水位論證分析［J］.水利水運工程學報，2012(4).