長洲水利樞紐壩下3 000噸級航道設計最低通航水位分析

劉穎

文章根據梧州水文站水位、流量統計資料，對長洲水利樞紐壩下至界首河段3 000噸級航道的設計最低通航水位進行分析，并研究水位下降的影響及對策，可為同類型或類似情況的航道建設提供技術借鑒。

3 000噸級航道;樞紐壩下航道;設計最低通航水位

U612.3-A-48-173-3

0?引言

根據梧州水文站水位、流量統計資料，2000年前梧州水文站水位流量關系一直較為穩定，但2000年至2007年間，由于受上游樞紐建設及長洲樞紐-界首河段河床采沙等活動的影響，導致相同流量級水位有逐年小幅下降的趨勢。2007年，長洲水利樞紐開始蓄水發電，導致壩下至界首河段河床產生沖刷，河床下切較嚴重，進一步引起航道水位下降。《西江航運干線貴港至梧州3 000噸級航道工程可行性研究報告》（下稱《3 000噸級航道工可》）編制完成至2018年已7年，這7年間長洲樞紐壩下至界首河段水位下降趨勢仍較為明顯。

長洲至界首河段是整條西江黃金水道能否全程建成3 000噸級航道的關鍵航段。本文對長洲壩下至界首河段的設計最低通航水位進行分析研究，為該段3 000噸級航道建設提供設計參考，對水位下降的影響進行分析并提出對策。

1?工程背景

西江是珠江主干流，河長2 074.8 km，流域面積為35.5萬km2。廣西處于西江中游，上接滇黔湘，下連粵港澳。素有“黃金水道”之稱的西江航運干線，是指南寧至廣州航道，其和長江干線并列為我國高等級航道體系的“兩橫”，是我國西南水運出海大通道的重要組成部分，是目前廣西最繁忙的航道，廣西內河運量的90%需經過此段，地位極其重要。

貴港至梧州航道（見下頁圖1）自貴港航運樞紐至梧州界首（兩廣交界）止，全長290.5 km，是西江航運干線上非常重要的一段，其中貴港航運樞紐至長洲水利樞紐為266.5 km長的庫區航道。長洲至界首現狀航道等級為Ⅱ級雙線航道，航道尺寸為（3.5×80×550） m（水深×寬度×彎曲半徑），通航保證率為98%，設計船型為2排1列式2 000噸級頂推船隊和2 000噸級貨船。按工程項目劃分，長洲至界首河段屬于西江航運干線貴港至梧州航道工程的最下游一段，長24 km，與廣東境航段相接，也是貴梧航道上唯一的天然航道段。

2009年12月，西江航運干線貴港至梧州Ⅱ級航道工程竣工交付使用，西江航運干線廣西段的運力大大提升，同時貴港至梧州3 000噸級航道的建設也提上日程。2011年，《3 000噸級航道工可》編制完成并通過評審。考慮到長洲樞紐建成后，長洲壩下水位有下降趨勢，以及長洲三線船閘和四線船閘準備開工、西江航運干線廣東段的技術方案尚未明確等因素，貴港至梧州3 000噸級航道并未實施建設。至2016年，貴港至梧州3 000噸級航道的建設重新提上日程。

本文為該段3 000噸級航道建設提供設計參考，為提高本次設計最低通航水位推算的可靠度，對壩下河段進行大斷面和枯水水文補充測量，主要包括壩下河段13條設計水位計算斷面的航道地形大斷面測量、樞紐船閘引航道出口至下游整條河段的現狀航槽縱斷面地形測量及壩下河段瞬時水位及流量同步測驗工作。

2?技術路線（見圖2）

（1）采用2016-10-01至2017-03-20梧州水文站實測水位及流量，建立該站水位-流量關系曲線，用于推求最小通航流量Q=1 100 m3/s時梧州水文站的設計最低通航水位。

（2）采用2016-10-01至2017-03-20梧州水文站及長洲壩下、龍圩航道站、梧州航道站、界首固定水尺水位，分別建立梧州水文站與其他固定水尺的水位相關關系，用于推求其他各固定水尺的設計水位。

（3）根據推算的長洲壩下、龍圩航道站、梧州航道站、梧州水文站及界首固定水尺水位，以及沿程枯水期瞬時水位測量成果，采用比降插入法計算沿程各計算斷面整治前設計的最低通航水位。

（4）根據最新實測水位、流量成果，推算河床糙率并進行驗證。

（5）根據設計最小通航流量與對應水位，以及航道設計開挖尺度，通過水力計算，推求航道整治前后沿程設計水面線。

（6）本報告與《3 000噸級航道工可》設計水面線進行分析比較，對水位下降的影響進行分析并提出對策。

3?參數指標

3.1?設計最低通航水位標準

設計最低通航水位采用保證率頻率法計算確定，保證率取98%，重現期取5年。

3.2?設計最小通航流量

根據2000年前的20年連續流量資料（流量穩定，受人為干擾少），確定梧州水文站保證率為98%、重現期為5年的流量作為該站設計最小通航流量。

結合樞紐運行方式，確定內外江匯合口至桂江入匯口設計流量以及龍圩水道外江設計流量。

3.3?設計水位

根據梧州水文站設計最小通航流量，通過2016-2017年最新枯水期水位-流量關系，取相關綜合線與下包線的平均值，再綜合確定梧州水文站設計水位。

根據梧州水文站與界首水位相關關系，確定設計最小通航流量時航道整治前界首設計最低通航水位為1.303 m，低于《西江（界首至肇慶）航道擴能升級工程》初步設計模型試驗研究成果推薦航道工程實施后界首水位1.56 m （1.69-0.13=1.56），相差-0.257 m。

4?結語

（1）長洲至界首3 000噸級航道設計最低通航水位

長洲至界首3 000噸級航道設計最低通航水位采用保證率頻率法計算確定，保證率取98%，重現期取5年，設計最小通航流量為1 100 m3/s。結合長洲樞紐運行方式，確定內外江匯合口至桂江入匯口設計流量為1 090 m3/s，龍圩水道外江設計流量為845 m3/s。

（2）設計最低通航水位對比分析

推算得出的設計最低通航水位成果與《3 000噸級航道工可》設計最低通航水位成果對比，結論如下：

①長洲壩下至界首河段在設計最低通航流量的情況下，航道整治前水面已出現下降情況，其中龍圩航道站至11#舊壩河段水面下降幅度較小，為0.268～0.355 m;12#舊壩至西江三橋河段整治前設計水面線下降幅度有所增加，下降值增加至0.538～0.541 m;二頂角至界首河段整治前設計水面線出現了較大幅度的下降，下降值>0.7 m，最大達0.961 m（界首）。

②整治后本次分析的設計最低通航水位與原《3 000噸級航道工可》推算成果相比，河段范圍內水面下降明顯，最大下降值達0.861 m（界首），最小下降值為0.642 m（梧州水文站）。

（3）航道地形對比分析

2013年3月至2017年2月期間，長洲壩下至界首河段總體來說沖淤變化較為明顯。沖淤類型及原因如下：

①人類活動引起河床變化。人類活動主要包括長洲樞紐三線船閘和四線船閘下游引航道開挖、梧州西江三橋和四橋以及扶典西江大橋等橋區航道整治及沿程碼頭水域開挖、西江廣東段Ⅰ級航道整治等，這些原因引起航道下切。

②長洲水利樞紐調節下泄流量及枯季補淡壓咸引起的河床變化。長洲水利樞紐建成運行后，其不規則地調節下泄流量及枯季補淡壓咸改變了河道水文的自然屬性，特別是“清水下泄”造成了水沙不同步，引起河床下切。

③自然沖淤引起河床變化。此類變化主要為航道在水流作用下，自然產生的沖淤變化。在本次分析河段中，河床變化類型包括以下幾類：總體處于沖刷狀態，沖刷強度一般≤0.3 m/a。河床斷面同時出現沖刷或淤積現象，總體上沖淤強度及范圍大體一致或沖刷強度及范圍大于淤積范圍。

（4）設計水位下降趨勢分析結論

從整體上看，2011—2017年，枯水期相同流量情況下，梧州水文站水位呈下降趨向，但從2016—2017年實測數據來看，近年水位下降趨勢減緩，水位逐漸穩定。

（5）對長洲樞紐船閘的影響

設計最低通航水位下降降低了一、二線船閘的通航保證率，需要采取有效保障措施提升一、二線船閘通過能力：①采取非工程措施，如增加樞紐下泄流量、全面禁止河段采砂等措施;②可通過工程措施，對一、二線船閘進行改造來適應下游水位的降低，增大船閘的通過能力。

（6）問題與建議

受枯水期流量的制約，長洲壩下龍圩水道—界首段航道整治技術難度大，在建設長洲至界首3 000噸級航道前，應做更充分的研究論證工作，可結合船舶交通組織形式，對該段航道的整治方案進行河工模型試驗研究。試驗研究的內容可包括：①航道整治設計方案試驗研究;②航道整治開挖等引起的長洲壩下水位下降值研究;③提出控制長洲壩下河床下切的具體工程措施;④船舶交通組織形式研究。

參考文獻：

[1]JTS 181-2016，航道工程設計規范[S].

[2]GB 50139-2014，內河通航標準[S].

[3]JTS 145-2015，港口與航道水文規范[S].