北江清遠樞紐～三水河口設(shè)計最低通航水位分析與預(yù)測

趙學問，車進勝，林超明，覃益官

(廣東省綜合交通勘察設(shè)計院有限公司，廣州510115)

0 前言

北江是珠江水系的第二大河流，其主流湞水發(fā)源于江西省信豐縣石碣大茅坑，干流在三水河口與西江連通后進入珠江三角洲，干流全長468 km，流域面積38 362 km2作為連接廣東省北部和珠江三角洲地區(qū)唯一水上通道，北江水運歷史悠久，為沿河兩岸社會經(jīng)濟發(fā)展起到了重要作用。特別是隨著北江下游清遠水利樞紐開工建設(shè)，自韶關(guān)市～清遠水利樞紐河段將基本渠化，為北江中、下游(韶關(guān)市～三水河口)航道等級的提升創(chuàng)造了契機。而清遠樞紐以下河段仍屬于天然河道，近年來受人類活動的影響河床和水位變化劇烈［1］，分析并合理預(yù)測該河段設(shè)計最低通航水位是航道等級提升的基礎(chǔ)條件。

根據(jù)《廣東省內(nèi)河航運發(fā)展規(guī)劃》［2］北江濛里～三水河口規(guī)劃為內(nèi)河Ⅲ級，清遠樞紐～三水河口屬于其下游河段，本文有關(guān)水文分析均基于該航道規(guī)劃等級進行。以下根據(jù)清遠樞紐～三水河口河段基本水文站的水文資料，對該河段設(shè)計最低通航水位進行分析與預(yù)測。

1 基本水文站水位變化分析

清遠樞紐～三水河口河段全長58 km，其中三水水文站位于三水河口，石角水文站位于三水河口上游55 km，北下游示意圖見圖1。上述兩個水文站的水文資料基本能反映該河段水位變化情況。

圖1 北江(清遠樞紐～三水河口)地理位置示意圖

1.1 三水水文站

自20世紀90年代以來，珠江三角洲地區(qū)河道受人類采砂活動的影響，河床普遍下切，引起中、上游干流河道水位顯著下降。為此，收集了三水水文站1990—2010年日均水位、流量和潮位資料。

統(tǒng)計該站1990—2010年年均流量和年均水位變化情況見圖2。由圖2可知，1993年以前以及2003年以后該站年均流量和年均水位相對關(guān)系較為穩(wěn)定，其中1993年以前年均水位曲線位于上部，2003年以后年均水位曲線位于下部，而1993—2003年期間年均流量和年均水位相對關(guān)系較為錯亂，相同年均流量對應(yīng)年均水位逐年下降。因此，2003—2010年短系列的水位資料能更反映該站近期實際情況。

圖2 三水水文站1990—2010年年均流量和年均水位情況

統(tǒng)計該站2003—2010年月平均潮位年變幅均值為2.68 m，多年平均潮差為0.60 m，月平均潮位年變幅均值/多年平均潮差＞1，可見該站所在河段受潮汐影響不明顯。根據(jù)規(guī)范［3］［4］的規(guī)定，對于天然河流設(shè)計最低通航水位，若受潮汐影響不明顯則可采用綜合歷時曲線法或保證率頻率法計算確定。

如前文所述，年平均流量與年均水位自2003年以后基本穩(wěn)定的情況，且屬于受潮汐影響不明顯河段。因此，其設(shè)計最低通航水位采用綜合歷時曲線法計算，統(tǒng)計該站2003—2010年日均水位多年綜合歷時曲線見圖3，其中保證率90%、95%、98%的水位分別為0.07 m、0.00 m和 -0.08 m(珠江基面，下同)。

圖3 三水水文站2003—2010年日均水位綜合歷時保證率曲線

1.2 石角水文站

相對三水水文站而言，近年來石角水文站水位與流量關(guān)系穩(wěn)定程度更差，見圖4。由圖4可知，自1990—2010年期間歷年年均流量位于多年平均流量(1349m3/s)上下波動，一致性良好，但相同年均流量對應(yīng)的年均水位卻普遍呈逐年下降趨勢。如1993年和2010年年均流量均為1 500 m3/s，對應(yīng)的年均水位卻分別為12.5 m和8.86 m，下降幅度超過3.6 m。

圖4 石角水文站1990—2010年年均流量和年均水位情況

根據(jù)規(guī)范［4］的規(guī)定，當基本站所處河段河床和水文條件出現(xiàn)明顯變化時，應(yīng)采用流量系列統(tǒng)計分析確定設(shè)計流量，通過近期水位流量關(guān)系推求設(shè)計水位。

圖5 石角站1990—2010年日均流量綜合歷時保證率曲線

統(tǒng)計該站1990—2010年日均水位多年綜合歷時曲線見圖5，其中保證率90%、95%、98%的流量分別為290 m3/s、250 m3/s和198 m3/s，根據(jù)該站2010年水位流量關(guān)系得到相應(yīng)水位分別為0.58 m、0.43 m和0.16 m。同時，根據(jù)清遠樞紐設(shè)計文件，該樞紐設(shè)計航運基流為237 m3/s，根據(jù)2010年下半年水位～流量關(guān)系查得該流量對應(yīng)的水位為0.38 m。

但是，由于石角水文站河段河床仍處于變化中，河道的進下切將進一步導(dǎo)致水位繼續(xù)下降，航道整治或水利工程均需一定的建設(shè)周期，屆時該站水位又將發(fā)生變化。

2 設(shè)計最低通航水位預(yù)測與取值

2.1 三水水文站

從前有關(guān)三水水文站水位變化分析可知，該站年均流量與年均水位關(guān)系在2003年以后趨于穩(wěn)定，其2003—2010年日均水位應(yīng)能反映所在河段水位情況，設(shè)計最低通航水位可按航道規(guī)劃等級按規(guī)范［4］選擇相應(yīng)保證率的水位值。

同時，考慮到三水水文站位于珠江三角洲與珠江干流交界位置，而與之連通的東平水道在該位置設(shè)計最低通航水位為日最低潮年保證率98%，5年一遇的日最低潮水位-0.37 m(水位系列為1990—2006年)。目前北江中、下游正在開展千噸級航道整治工程前期研究工作，設(shè)計最低通航水位保證率與東平水道可保持一致。考慮到2003年以后河床下切對水位影響較小，并將水文系列延長，按綜合歷時曲線法復(fù)核1999—2010年三水水文站日最低潮累積頻率98%對應(yīng)水位為-0.50 m。可見三水水文站近年來低潮也基本保持穩(wěn)定，變化幅度甚小。

為與東平水道設(shè)計最低通航水位保持銜接，基于上述分析，三水水文站設(shè)計最低通航水位可與東平水道設(shè)計最低通航水位保持一致，取-0.37 m。

2.2 石角水文站

如前所述，石角水文站水位流量關(guān)系一直處于變化中，目前尚未達到穩(wěn)定狀態(tài)，無論保證率98%的流量或清遠樞紐設(shè)計航運基流對應(yīng)的水位未來仍將進一步下降。因此，僅僅基于流量保證率出發(fā)，按現(xiàn)狀水位流量關(guān)系推算石角水文站位置設(shè)計最低通航水位不合適。

為此，收集并分析了北江下游河段歷年河道地形測量圖，其中2007年河床下切自三水河口已上溯至界牌洲附近河段。同時，該年度北江三水河口～飛來峽水利樞紐河段開展了枯水水文測驗工作，其中三水河口～界牌洲河床已下切河段水面落差僅為0.12 m。

因此，考慮到目前北江下游河段河床下切尚未完全上溯至石角水文站位置，宜參考下游已下切河段水面比降進行推算，根據(jù)三水水文站取值情況，據(jù)此預(yù)測石角水文站的設(shè)計最低通航水位為-0.22 m。亦即當該水文站日均水位保證率98%的水位下降至-0.22 m左右時將趨于穩(wěn)定，不再出現(xiàn)顯著變化。

3 結(jié)語

前文根據(jù)有關(guān)水文分析技術(shù)規(guī)范，對北江清遠樞紐～三水河口河段三水水文站和石角水文站的水位近年變化情況進行了分析。由分析結(jié)果可知，三水水文站近年來水位流量關(guān)系基本穩(wěn)定，基于近期的水位資料推算該站所在位置的設(shè)計最低通航水位是合適的;而石角水文站近年來水位流量關(guān)系仍處于變化中，隨著河床下切未來一段時期內(nèi)該站所在位置的水位仍將繼續(xù)下降，因此該站最低通航水位宜參考下游水位流量關(guān)系已趨于穩(wěn)定的河段進行。

綜合上述分析，并結(jié)合相關(guān)水文測驗、水利樞紐和周邊水道航道整治工程建設(shè)情況，三水水文站設(shè)計最低通航水位取-0.37 m，并預(yù)測石角水文站設(shè)計最低通航水位未來將在-0.22 m左右達到穩(wěn)定。上述兩個基本水文站設(shè)計最低通航水位的分析結(jié)果，可作為該河段航道整治或水利工程建設(shè)的參考。

［1］彭鉅新.北江下游枯水河床下切與水位下降分析［J］.水運工程，2004(07):56-58.

［2］廣東省發(fā)改委.廣東省內(nèi)河航運發(fā)展規(guī)劃［R］.廣東省發(fā)展和改革委員會，2011.

［3］中華人民共和國交通部.GB50139—2004內(nèi)河通航標準［S］.北京:中國交通出版社，2004.

［4］中華人民共和國交通部.JTS 145—1—2011內(nèi)河航運工程水文規(guī)范［S］.北京:中國交通出版社，2011.