長洲樞紐壩下3000噸級航道設計最低通航水位可靠性研究

◎陳藝 黃賢智

1.廣西壯族自治區梧州航道養護中心；2.廣西交通職業技術學院

1.工程概況

西江航運干線貴港至梧州3000噸級航道工程，起于貴港航運樞紐，止于梧州界首，建設內河3000噸級航道290.5公里，滿足3000噸級內河船舶、兩排一列式一頂2×3000噸級及一頂2×2000噸級頂推船隊通航，航道主尺度為4.1米×90米×670米（水深×航道寬度×彎曲半徑）。項目分兩期實施：一期工程自貴港航運樞紐至長洲水利樞紐壩上266.5公里庫區航道；二期工程自長洲水利樞紐壩下至梧州界首24公里天然航道。

長洲樞紐壩下至界首段位于西江干流潯江下游河段，屬丘陵地區。在壩址附近因江中有泗洲島、長洲島將潯江由南向北分為外江、中江、內江，外江、中江匯合成龍圩水道，龍圩水道與內江又匯合成潯江（洗馬灘），潯江與桂江匯合成西江（雞籠洲、界首灘）。該河段河床多為基巖或沙卵石組成，部分區域有沙層覆蓋。3000t級航道整治工程于2019年年底開工建設，2022年12月底開通試運行。河段上邊界為長洲水利樞紐，是西江干流最后一座樞紐，位于梧州市上游約12km處，是以發電為主，兼顧航運、灌溉和養殖一體的低水頭徑流式水利工程。樞紐于2007年蓄水運行，總庫容56億m3，設計洪水位28.21m，正常蓄水位20.6m，水庫汛期無調節功能，枯水期具有日調節特性，調節庫容1.33億m3。樞紐右岸布置了四線船閘：1000t級、2000t級船閘各1線分別于2007年3月、5月建成通航，3000t級船閘2線于2015年1月建成通航。長洲樞紐壩下3000噸級航道示意圖見圖1。

圖1 長洲樞紐壩下3000噸級航道示意圖

2.3000噸級航道設計最低通航水位

2.1 設計流量

按98%保證率、5年一遇統計，貴港至梧州3000噸級航道工程二期工程航道設計流量[1]以梧州水文站1118m3/s為準。其中長洲樞紐壩下最小下泄流量1090m3/s（外江即龍圩水道845m3/s，內江245m3/s）；桂江流量28m3/s。

2.2 設計最低通航水位

施工圖設計階段，考慮工程河段受潮汐、長洲水利樞紐清水下泄及不穩定下泄流量的影響，預測3000噸級航道工程實施后河床仍存在下切的可能，因此整治后的設計最低通航水位[2]在計算結果的基礎上考慮了0.3m的下降富余。經審查3000噸級航道工程整治后沿程設計最低通水位見表1。

表1 3000噸級航道工程整治后沿程設計最低通水位表

表2 設計方案實施前后沿程水位變化情況表單位：m

表3 實測水位參數表 單位：m

表4 實測水位參數表 單位：m

表5 實測水位參數表 單位：m

表6 實測水位參數表 單位：m

表7 實測水位參數表 單位：m

3.物理模型試驗結果

3.1 物理模型范圍邊界

物理模型[3]范圍為長洲樞紐至界首段，模擬天然河段長約24km，模型邊界為2019年2月實測地形，模型平面比尺1：200、垂直比尺1：80，模型通過水流驗證與原型河道具有較好的相似性。

3.2 沿程水位變化情況

物理模型試驗表明，3000t級航道工程設計方案實施后，沿程水位發生不同程度的降落[4]，流量1140m3/s（長洲樞紐設計建設時，長洲樞紐壩下設計最小下泄流量1090m3/s，加上桂江流量50m3/s）時長洲壩下水尺水位降落0.56m，長洲尾水位降落0.26m，梧州水文站水位降落0.05m，各灘段水面比降減緩，龍圩水道水面比降由0.132‰減小至0.088‰，洗馬灘水面比降由0.062‰減小至0.024‰，雞籠洲和界首灘水面比降分別由0.028‰、0.021‰減小至0.021‰、0.016‰。設計方案實施后，長洲壩下水尺設計水位降至2.23m，較長洲一二線船閘下游設計最低通航水位5.20m低2.97m。設計方案實施前后沿程水位變化情況見表2。

3.3 設計水位結果對比情況

設計方案實施后，物理模型設計流量（梧州1140m3/s）與二期工程數模專題設計流量（梧州 1118m3/s）沿程水面線對比可知，龍圩航道站至梧州水文站之間部分航段物理模型設計水位略低于設計方案水位，最大偏差約0.05m；界首段物理模型設計水位高于設計方案水位，最大偏差 0.07m；其余航段兩者設計水位基本吻合。

表8 實測水位參數表 單位：m

4.實測水位參數

進入2022年下半年以來，梧州市及上游地區降雨持續性偏少，造成西江水位持續偏低。據水文監測，10月以來，全區降雨量比歷年同期偏少6成多，特別是11月上旬，降雨量偏少達9成，各江河來水量比歷年同期偏少6成。11月上旬，梧州市各主要江河來水量比歷年同期偏少3至8成，西江梧州水文站平均流量1660m3/s，比歷年同期偏少59.0%。

2022年11月13日梧州水文站出現了該站有水文記載以來實測最小流量708m3/s、最低水位1.37m。此后仍有出現低于或接近壩下3000噸級航道設計流量1118m3/s的情況，為驗證壩下3000噸級航道設計最低通航水位可靠性提供了較好的水情工況。實測水位參數見表3～表9。

表9 實測水位參數表 單位：m

5.實測水位與設計最低通航水位參數對比情況

各級流量下實測水位與設計最低通航水位參數對比情況見表10。

表10 各級流量下實測水位與設計最低通航水位參數對比情況表 單位：m

6.結論

（1）從實測水位與設計最低水位參數對比表可知：實測流量從708～1230m3/s，梧州水文站對應的實測水位從1.37～1.74m，均大于設計流量1118m3/s時的設計最低通航水位1.18m，差值為0.19～0.56m；界首實測了708、1050、1230m3/s流量的水位，分別為1.07、1.17、1.57m，也均大于設計流量1118m3/s時的設計最低通航水位1.04m，差值為0.03～0.53m。可見設計流量下，長洲樞紐壩下3000噸級航道的設計最低通航水位是可靠的。

（2）在一定程度上能滿足極端天氣更低水位通航需求。實測流量1050m3/s時，3000噸級航道起點水位為2.16m（推算），梧州水文站水位為1.57m，3000噸級航道終點界首水位1.17m，均高于設計最低通航水位為0.15、0.39、0.13m；梧州水文站有水文記載以來出現實測最小流量708m3/s、低水位1.37m時，壩下3000噸級航道終點界首實測水位1.07m，比3000噸級航道梧州水文站設計斷面的最低通航水位1.18m高0.19m，比界首設計通航水位1.04m高0.03m。可見壩下3000噸級航道的設計最低通航水位在設計流量時具有一定的富余值，在一定程度上可滿足更低水位的通航需求。