岷江下游非恒定流傳播規律初步研究

趙江，謝玉杰，李家世，周玉潔

（四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610017）

岷江是四川省運輸大型設備的唯一水上出川通道，其下游在每年的6～9月的洪水期，水量豐盈，能夠滿足大件運輸船舶航行條件，但在12月～次年3月的枯水期受上游銅街子等水電站調峰影響，航道水位時高時低，水深時深時淺，既影響船舶安全航行，又影響航道維護整治。為保證中枯水期大件運輸的需求，大件船往往采取“等水航行”、“追峰通航”的方式航行，為此進一步對岷江下游大件航道中枯水期水流波峰、波谷傳播規律進行研究是必要的。為了分析上游電站下泄的非恒定流對岷江下游中枯水期航道的影響，本文以岷江五通橋水文站和高場水文站資料為基礎，通過沿程布設一定數量的水尺來監測水位傳播情況，結合水文站資料與沿程水尺數據研究岷江下游航道中枯水期水流傳播規律，進而為受非恒定流影響的岷江下游航道船舶航行提供參考。

1 基本情況

岷江流域地跨上游高原氣候區及中下游盆地亞熱帶濕潤季風氣候區，上游汶川以上地區長年夏無酷夏，年降水量低于850mm，中下游地區氣候溫和，四季分明，夏秋多雨，年降水量1000～1200mm（不含大渡河）。一般6～9月為洪水期，徑流量約占全年的66.2%；12月至翌年的3月為枯水期，徑流量占全年的7%。年內最大流量與最小流量相差60 倍，水位暴漲暴落，洪枯水位變幅達8～15m。歷年實測最大流量31400m/s，最小流量364m/s（高場站）。

1.1 上游電站

截止目前，岷江上游已建紫坪鋪、龔嘴、銅街子、沙灣等電站。本文主要分析上述電站下泄的非恒定流在岷江樂山至宜賓162km 航段的水流傳播規律。各樞紐的工程特性見表1。

表1 岷江干流及支流相關樞紐工程特性表

1.2 水文站

岷江樂山至宜賓段內有烏尤寺水位站、五通橋和高場三個水文站。烏尤寺水位站位于大渡河與岷江匯流口以下的烏尤寺，五通橋站上距樂山市27km，控制樂山至犍為縣河口鎮64km 河段；高場站位于宜賓市上游28km，控制犍為縣河口鎮至宜賓78km 河段。

1.3 大件運輸航道

岷江樂山至宜賓162km 大件航道雖然經過了幾次大的整治，提高了航道標準，但岷江大件運輸船舶的滿載吃水一般為2.2～2.4m，中枯水期大件船只能減載航行。同時，受上游多級電站非恒定流下泄影響，中枯水期航道流量不定、水位多變，特別是近年來原整治建筑物水毀嚴重，灘險礙航因素明顯，導致岷江中枯水期大件運輸船通航困難。

2 水位數據收集統計

2.1 水文站水位流量關系

本文根據岷江大件航道受上游電站調峰下泄非恒定流影響，對五通橋和高場水文站斷面進行了流量和水位資料收集，繪制了1980～2010年五通橋水文站和1980～2016年高場水文站實測的斷面水位～流量關系圖，見下圖1、圖2。

圖1 五通橋水文站水位～流量關系圖

圖2 高場水文站水位～流量關系圖

2.2 水尺布設及觀讀

本文為分析研究岷江大件航道中枯水期受上游電站調峰下泄非恒定流的傳播規律，于3月～6月對大渡河沙灣至岷江銅鑼灣航道沿江布設了1#～20#共20 組基本水尺進行觀測水位變化，其中7#水尺布設斷面為五通橋水文站斷面，19#水尺布設斷面即為高場水文站斷面，各水尺位置見圖3。

圖3 水尺位置示意圖

除烏尤水位站、五通橋水文站和高場水文站3 組水尺的逐時水位資料為基本站資料外，其余17 組水尺均采取現場觀讀，觀讀時間為3月15日～6月15日每天24 小時，每小時觀讀一次。本文選定谷峰水位變化幅度小的、大的和一般情況，共8 組有代表性的水位過程進行統計分析，其中3月3 次、4月3 次、5月2 次水位過程，其谷峰水位傳播時間和水位變幅見圖4、圖5。

圖4 波峰傳播時間統計

圖5 谷峰水位變幅統計

3 水位傳播規律研究

3.1 相關性分析

為檢驗各水尺水位資料觀測的合理性，用水文站的峰谷水位與各水尺的峰谷水位進行水位相關性進行研究。經分析，除1#與2#、1#與4#、3#與4#水尺的相關系數在0.7～0.85 外，其他大部分水尺之間的水位相關系數基本都在0.9 左右，具有比較顯著的線性相關性。特別是各水尺斷面與所在河段的五通橋水文站（7#）和高場水文站（19#）的水文斷面水位過程呈線性相關，說明本次岷江大件航道20 組水尺的水位觀測成果數據符合上下游的水位關系，可以用于進一步的水位波峰傳播規律分析。

3.2 谷峰水位流量變化分析

根據選定的8 組有代表性的谷峰水位過程，結合五通橋水文站、高場水文站的水位～流量關系曲線，上游水電站發電調峰下泄的流量形成的谷峰水位情況是：

（1）下泄流量在五通橋水文站谷峰流量為640～800m/s、700～800m/s 和580～950m/s 時（3月的Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號峰谷），各水尺水位變幅逐漸隨流程變化而變化，上游水位變幅0.35m 左右，下游變幅為0.15m左右，最大變幅為0.58m（2#水尺），最小變幅為0.1m，一般變幅在0.2m 左右，每小時變幅在0.1m 以下。

（2）下泄流量在五通橋水文站的谷峰流量為950～1170m/s 時，從5月的VIII 號谷峰過程線得知，上游水尺變幅基本在1m 左右，下游水尺變幅基本在0.8m左右；各水尺水位變幅逐漸隨流程變化而變化，最大水位變幅為1.4m 以上，最小在0.58m，一般水位變幅在0.75m 以上，每小時變幅在0.1m 以下。

（3）谷峰流量差越大，上游水位變幅越大。

3.3 谷峰水位傳播時間和頻次分析

通過對20 組水尺觀測的水位過程數據進行統分析計，整理出各水尺每天出現水位谷峰的次數。根據統計成果，各水尺每天出現從波谷至波峰水位變動的次數在1 次或2 次的頻次最高，每次波峰歷時約4～5 小時最為普遍，這與上游電站每日發電調峰運行是相符合的。

根據前文3月、4月、5月的谷峰水位延程變幅、谷峰水位傳播時間分析成果可知，雖然不同谷峰水位傳播的時間不盡相同，但是從3月15日～6月15日的各級流量下的谷峰水位傳播來看，不同谷峰的水位傳播規律大致是控制在一定范圍之內的，主要表現為：

（1）五通橋水文站流量上漲350m/s 以上，峰谷水位從谷到峰頂一般歷時12-14小時，最短歷時10小時，最長歷時17 小時；

（2）五通橋水文站上漲流量為200m/s 左右時，水位上漲至峰頂，上漲歷時一般為4-5 小時，最長歷時7 小時，最短歷時3 小時。

原因在于從3月～5月這段時間屬于全年河流流量的中水期，河流水文情況基本相似，故3月～5月的谷峰水位傳播規律可以概化為一組水位傳播規律，根據統計的谷峰傳播數據，概化出的3月～5月岷江大件航道枯期谷峰水位傳播規律見圖6。根據岷江大件航道概化后延程谷峰傳播時間分布可知，一次水位過程傳遞時間約為18 個小時，傳播平均速度約為8.8km/h。

圖6 岷江大件航道枯期谷峰水位傳播時間

4 結論

（1）岷江樂山至宜賓段162km 航道中枯水期每天出現從波谷至波峰水位變動的次數在1 次或2 次最為普遍。

（2）上游電站下泄非恒定流谷峰流量差越大，上游水位變幅越大，當五通橋水文站的谷峰流量為580～950m/s 時，上游水尺最大變幅0.58m，最小變幅為0.1m，一般水位變幅在0.2m 以上，每小時變幅在0.1m以下。

（3）受電站下泄非恒定流后，五通橋水文站上漲流量200m/s 左右時，水位上漲至峰頂，上漲歷時一般為4-5 小時，最長歷時7 小時，最短歷時3 小時。

（4）岷江樂山至宜賓段航道受上游電站下泄非恒定流，一次水位過程傳遞時間約為18 個小時，傳播平均速度約為8.8km/h。

（5）對岷江大件航道設置的20 組水尺進行3月～6月水位觀測資料采用數理統計方法分析研究，概化得出岷江大件航道波峰水位傳播規律的成果，可作為岷江大件運輸追峰通航使用。