金沙江（水富至宜賓）航道整治工程設(shè)計最低通航水位的推求

李順超，劉曉帆

（四川省交通廳交通勘察設(shè)計研究院，成都610017）

金沙江是長江源流，發(fā)源于青藏高原唐古拉山山脈主峰格拉丹東雪山西南側(cè)的沱沱河，流經(jīng)青海、西藏、云南和四川。青海玉樹至四川宜賓稱金沙江，宜賓以下稱長江。金沙江流域面積47.32萬km2，流域地勢北高南低，逐漸向東南傾斜，該江流經(jīng)高山峽谷、灘險多、流態(tài)復(fù)雜，但雨量充沛、水資源豐富、水流集中、具有發(fā)電航運(yùn)開發(fā)的有利條件。金沙江（水富至宜賓）河段屬于金沙江下游河口段，全長30 km。本文研究的航道整治工程河段起始于水富縣城上游約1.8 km處的在建向家壩水利樞紐，止于與長江匯合口——宜賓合江門處；在水富下游約2 km處有全長307 km的橫江支流從右岸匯入，橫江流域面積約1.5萬km2。按照交通部《長江干線航道總體規(guī)劃綱要》確定的建設(shè)目標(biāo)，至2020年金沙江水富至宜賓、長江宜賓至重慶航道等級均達(dá)到Ⅲ級航道標(biāo)準(zhǔn)，形成大型船舶江海直達(dá)、干支流高等級航道貫通。因此，需對長江干線（水富至宜賓）段航道進(jìn)行建設(shè)，使其達(dá)到通行1 000 t級船舶的Ⅲ級航道標(biāo)準(zhǔn)，以滿足國家對長江干線航道規(guī)劃建設(shè)目標(biāo)的需求。

目前金沙江（水富至宜賓）航道等級只達(dá)到Ⅴ級，航道尺度為1.8 m×40 m×320 m（水深×航寬×彎曲半徑），常年通行220 kW+2×300 t船隊(duì)，其中半年左右時間可通航350 kW+2×350 t船隊(duì)。為尋求較佳的整治工程方案，在深入分析天然設(shè)計流量和水電站調(diào)度運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上，采用電站設(shè)計日調(diào)節(jié)流量計算推求方法，結(jié)合南京水利科學(xué)研究院“向家壩下游一維非恒定流數(shù)值計算的分析”的成果，最終計算確定了研究河段航道整治工程的設(shè)計最低通航水位［1-3］。

1 水文資料收集

金沙江（水富至宜賓）航道整治河段位于屏山水文站和向家壩水電站的下游，汛期受橫江和岷江的影響。為對這些影響進(jìn)行深入研究，收集了屏山水文站、向家壩水文站、宜賓水位站和安邊水文站及向家壩水電站的設(shè)計資料，并于河段各灘險處設(shè)置了17組基本水尺，對洪、中、枯水位進(jìn)行了觀測。

2 設(shè)計最低通航水位的推求

2.1 水文（位）站綜合歷時曲線的統(tǒng)計

根據(jù)《內(nèi)河航道與港口水文規(guī)范》（JTJ214-2000），分別取屏山站1986～2005年逐日平均水位資料、宜賓站1986～2005年的逐日平均水位資料、安邊站1951～1955年逐日平均水位資料和橫江站1986～2005年逐日平均流量資料進(jìn)行綜合歷時曲線統(tǒng)計，并繪制綜合歷時曲線（圖1），圖中水位為吳淞高程系統(tǒng)。

圖1 水文（位）站綜合歷時曲線圖Fig.1 Synthetic duration curve at hydrological（stage）stations

2.2 水文站水位流量關(guān)系曲線的建立

根據(jù)屏山站2002年、2003年、2005年的水位流量觀測資料點(diǎn)繪出水位流量關(guān)系曲線（圖2-a），并用大洪水年份的高水水位流量觀測資料，對點(diǎn)繪的水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行外延［4-5］。圖2-a中水位為吳淞高程系統(tǒng)。

根據(jù)向家壩站2003年、2004年2月1日～4月31日的水位流量觀測資料點(diǎn)繪出水位流量關(guān)系曲線（圖2-b），圖2-b中水位為黃海高程系統(tǒng)。

安邊站于1956年撤消，為研究橫江匯入后的金沙江研究河段的流量增長情況，根據(jù)該站1953～1955年的水位流量觀測資料，點(diǎn)繪出該站水位流量關(guān)系曲線（圖2-c），圖2-c中水位為吳淞高程系統(tǒng)。

2.3 水位相關(guān)線的建立

為了獲得各水文（位）站和基本水尺的設(shè)計最低通航水位，根據(jù)2004年4月和2005年3月向家壩站水文站和屏山水文站的瞬時水位觀測資料，點(diǎn)繪兩者水位相關(guān)線［6］。上段1#基本水尺位于支流橫江與金沙匯入口下游，是金沙江水富至宜賓河段上段第一組水尺，根據(jù)其2005年間7個月的瞬時水位觀測資料，通過點(diǎn)繪水位過程線，找出與屏山站相應(yīng)水位，點(diǎn)繪其水位相關(guān)線，之后又建立1#基本水尺與上段2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#，下段 1#、2#、3#、4#基本水尺水位相關(guān)線。因?yàn)橄露?#、6#、7#基本水尺位于大雪灘及其下游河段，該河段受岷江頂托影響明顯，故與宜賓站相關(guān)，同樣將這些水尺在2005年間3個月的水位觀測資料與宜賓站進(jìn)行相關(guān)性分析。

圖2 水文站水位流量關(guān)系圖Fig.2 Stage-discharge relation curve at hydrological stations

2.4 向家壩電站下泄非恒定流時河段瞬時最小流量

向家壩電站在枯水期（12月至次年4月）設(shè)計日調(diào)節(jié)下泄非恒定流有2種工況，日內(nèi)流量有一峰一谷的變化，其中工況1最小下泄流量為1 200 m3/s，1 a中有5個月為1 200 m3/s，而工況2最小下泄流量為1 253 m3/s，出現(xiàn)在2月份。

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2004），對樞紐下游河段設(shè)計最低通航水位應(yīng)“按本標(biāo)準(zhǔn)第6.2.2條規(guī)定的多年歷時保證率，分析選定設(shè)計流量，并考慮河床沖淤變化和電站日調(diào)節(jié)的影響推算確定”的規(guī)定，結(jié)合上述向家壩電站設(shè)計日調(diào)節(jié)非恒定流的特性，研究論證后確定以電站最不利的工況1日調(diào)節(jié)下泄非恒定流過程為依據(jù)，選定向家壩電站至支流橫江匯入口河段的瞬時最小流量為1 200 m3/s，以下河段考慮支流橫江匯入50 m3/s，其瞬時最小流量為1 250 m3/s。

2.5 水文（位）站設(shè)計最低通航水位的推求

研究河段規(guī)劃航道等級為Ⅲ級，根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2004），天然河流Ⅲ級航道的設(shè)計最低通航水位的多年歷時保證率為98%～95%。但該河段上游正在修建向家壩水電站，按《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2004）的規(guī)定，其設(shè)計最低通航水位應(yīng)采用樞紐瞬時最小下泄流量對應(yīng)的水位。根據(jù)上述各水文（位）站的綜合歷時曲線成果、電站瞬時最小下泄流量和水位流量關(guān)系，查得各水文（位）站的設(shè)計最低通航水位及相應(yīng)流量（表1）。

表1 各水文（位）站設(shè)計最低通航水位統(tǒng)計表Tab.1 Design lowest navigable stage at each hydrological station

表2 各基本水尺保證率98%的設(shè)計最低通航水位表Tab.2 Design lowest navigable stage with the guarantee rate of 98%at each basic water gaugem

表3 各基本水尺設(shè)計最低通航水位表Tab.3 Design lowest navigable stage at each basic water gaugem

2.6 各基本水尺設(shè)計最低通航水位的推求

為了研究向家壩水電站修建后對水富至宜賓河段設(shè)計最低通航水位的影響，依據(jù)本河段擬訂的航道等級和《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，分天然和下泄非恒定流2種情況對設(shè)計最低通航水位標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選取，前者多年歷時保證率取98%，后者取向家壩電站日調(diào)節(jié)下泄瞬時最小流量。

2.6.1 天然情況下各基本水尺設(shè)計最低通航水位的推求

根據(jù)所推求的各水文（位）站不同保證率的設(shè)計最低通航水位和相應(yīng)流量，選定多年歷時保證率為98%對應(yīng)的水位和流量，通過基本水尺與水文（位）站及基本水尺間水位相關(guān)線（低水放大），求得各基本水尺保證率為98%（流量1 331 m3/s）時設(shè)計最低通航水位（表2）。

2.6.2 非恒定流情況下各基本水尺設(shè)計最低通航水位的推求

根據(jù)向家壩電站枯水期設(shè)計瞬時最小下泄流量1 200 m3/s（橫江河口以下為1250 m3/s），通過前面建立的水位流量關(guān)系查得屏山、向家壩等水文站的對應(yīng)水位，再通過水位相關(guān)線，推求得各基本水尺設(shè)計最低通航水位（表3）。

表4 各基本水尺設(shè)計水位比較表Tab.4 Comparison of design water levels calculated by different methods at each basic water gaugem

2.6.3 研究河段各基本水尺設(shè)計最低通航水位的選定

南京水利科學(xué)研究院曾在該河段數(shù)模研究中提出了研究河段設(shè)計最低通航水位。本文推求了天然和非恒定流2種情況下設(shè)計最低通航水位值（表4）。由表4可以看出，在河口段，因?yàn)槭茚航斖杏绊?，只能采用宜賓站保證率98%的水位通過相關(guān)求得，所以下段6#、7#基本水尺幾種方法的結(jié)果較接近，但以上河段情況不同，南京水利科學(xué)研究院的結(jié)果最高，其次是天然情況下98%的水位，最低為向家壩站推得。最后通過比較，采用屏山站流量為1 200 m3/s時的相關(guān)結(jié)果，作為各基本水尺推薦的設(shè)計最低通航水位（表 5）。

表5 各基本水尺設(shè)計水位表（考慮電站下泄非恒定流影響）Tab.5 Final design water levels at each basic water gauge(considering the effect of unsteady flow)m

3 結(jié)語

金沙江（水富至宜賓）段航道位于向家壩水電站下游，受電站下泄非恒定流的影響十分明顯，設(shè)計最低通航水位計算條件復(fù)雜，其成果直接關(guān)系到航道整治工程的成敗。本文在深入分析天然設(shè)計流量和水電站調(diào)度運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上，結(jié)合南京水利科學(xué)研究院“向家壩下游一維非恒定流數(shù)值計算的分析”的成果進(jìn)行研究，最終確定采用電站設(shè)計日調(diào)節(jié)流量中最小流量計算研究河段航道整治工程的設(shè)計最低通航水位。有效解決了電站下游受電站日調(diào)節(jié)影響大、設(shè)計最低通航水位難以確定的問題，可為同類航道設(shè)計最低通航水位的確定提供參考。

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