湘江航电枢纽船闸通航水位的确定

彭厚德

(湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙 410008)

湘江干流按9个梯级规划进行开发，下游4个梯级依次为土谷塘、大源渡、株洲及长沙枢纽(见图1)，其中大源渡、株洲枢纽分别于2000年、2006年建成，目前正在对二线船闸进行可行性研究。长沙枢纽已于2009年底开工，计划2015年底竣工;土谷塘枢纽于2012年开工，2016年竣工。

湘江下游的航电枢纽均为低水头、大流量的径流式枢纽。枢纽主要建筑物包括船闸、泄水闸、电站及鱼道(大源渡、株洲枢纽原未建鱼道，准备补充建设)。库区淹没是工程的关键点之一，水库淹没范围按开闸预泄回水外包线确定。必须对水库进行合理调度，以降低回水外包线，减少淹没范围，水库调度基本按以下原则:

1)当入库流量小于或等于水轮机组引用流量时，库水位维持正常蓄水位，闸门全关，入库流量全部通过水轮机下泄;

2)当入库流量大于水轮机最大引用流量时，根据洪水预报和库区淹没情况，坝前逐渐降低库水位运行，直至闸门全开，恢复天然行洪状态，以减少对库区的影响。

1 最高通航水位

图1 湘江下游梯级布局示意图

由于洪水期枢纽泄水闸全开敞泄，基本恢复天然行洪状态，坝前水位壅高值仅为20 cm左右。枢纽建设对洪水位影响很小，船闸上游最高通航水位相比枢纽建设前的天然状态，抬高的水位即为壅高值，下游最高通航水位基本没有发生改变。洪水频率按《船闸总体设计规范》(JTJ 305—2001)的确定［1］，土谷塘、株洲一线、大源渡一线船闸均为Ⅲ级，且位于丘陵地区，最高通航水位历时很短，采用10 a一遇洪水标准;株洲二线、大源渡二线、长沙枢纽船闸为Ⅱ级，最高通航水位采用20 a一遇洪水标 准。见表1。

表1 湘江下游航电枢纽船闸通航水位表

2 下游最低通航水位

2.1 下游为水库

为保证整个航道连续畅通，船闸下游最低通航水位应与下游梯级衔接［2］，保证在下游梯级水库死水位时可以正常通航，故船闸下游最低通航水位为下游梯级死水位回水至坝下的相应水位。推算回水的流量应采用枢纽最小下泄流量。

考虑到死水位时，下泄流量很小，且受电站调峰发电的影响，下泄流量同一天的不同时段变化较大，难以稳定，船闸下游最低通航水位也可直接采用下游梯级水库死水位，不考虑水面比降产生的翘尾影响。

2.2 下游为天然航道

长沙枢纽为湘江的最下游一个梯级，其下游最低通航水位按保证率P=98%减去水位下降值确定。根据国内其他水利枢纽下游(如汉江丹江口枢纽)河床的冲刷变形情况、目前砂卵石开采及枯水位下降的实际情况、预测的砂卵石开采量、洞庭湖和城陵矶的水位变化情况，同时考虑到随着可持续发展战略和学习实践科学发展观的深入、对沙石开采市场的监管逐步到位，在河道中无序挖沙的行为将会逐步得到控制等因素，估计长沙枢纽处下游远期设计低水位将下降 1.5 m［3］。

3 上游最低通航水位

船闸上游最低通航水位的确定一般只考虑水库蓄水后枢纽正常运行的情况，枢纽施工期考虑一定时间的断航，并对断航损失进行补偿。枢纽施工一般分二(三)期导流，最后一期围堰合拢、闭气及水库利用围堰蓄水至最低通航水位期间，枢纽河段断航。根据株洲、大源渡枢纽的实践经验，断航天数在40 d左右。如果施工期过往船舶不多，断航造成的社会影响不大，对断航损失的补偿费用不多，这种处理方案是可行的。株洲及大源渡枢纽采用这种方案，土谷塘枢纽也准备采用这种方案。

长沙枢纽坝址位于长沙市下游的湘江干流河段，目前为千吨级航道，施工期间过往船舶多，过坝货运量大，根据河段的实地货运量调查，现阶段水运繁忙季节每天过坝船舶数量将超过500条。如施工期断航40 d，将对整个湘江航运造成巨大损失并产生严重社会影响。船闸上游最低通航水位的确定应按施工期基本不断航考虑。

下面根据运行期及施工期的特点，分别探讨上游最低运行水位的确定方法。

3.1 运行期

一般采用水库死水位和枢纽最低运行水位中的较低值。湘江下游的航电枢纽为径流式枢纽，调节库容很小，调节水位一般在2 m(正常挡水位－死水位)以内。为减少库区淹没损失，入库流量较大时需尽可能多预泄以腾空库容，预泄水位一般在3 m(正常挡水位－枢纽最低运行水位)左右。湘江下游的航电枢纽最低运行水位均低于水库死水位，故运行期上游最低通航水位均按运行低水位控制。

坝前运行低水位均出现在入库流量较大时，相应库尾水位均明显高于正常挡水位，不会影响库区航道及上游梯级的通航。

3.2 施工期

为保证施工期基本不断航，船闸建成后即可投入使用，不需待围堰合拢、闭气及蓄水，船闸上游最低通航水位宜采用施工期船闸建成时段的相应水位。

长沙枢纽船闸上游最低通航水位如采用水库运行低水位，则为28.4 m;如采用船闸建成时段(天然情况下)保证率90%的水位，则为24.0 m，可以实现施工期千吨级船舶基本不断航。水位降低后，工程总投资增加约1 300万(约占船闸工程总投资2%)，低于断航损失补偿费用，同时避免了严重的社会影响及对湘江水运发展造成的伤害。

长沙枢纽船闸闸室有效尺度采用200 m×34 m×4.5 m，按现阶段的船型，一线船闸一天能通过的船舶数量不到300条。故施工期需两线船闸同时运行才能满足需求，两线船闸上游最低通航水位均采用24.0 m，不宜按一线船闸 28.4 m、另一线船闸24.0 m 考虑。

4 结语

通航水位是船闸设计的重要参数，受枢纽调节的影响，航电枢纽船闸通航水位的确定应考虑枢纽正常挡水位、死水位、水库运行调度、施工期通航、梯级衔接及库区淹没损失等多种因素，对工程投资及社会影响较大。对航电枢纽通航水位特别是上游最低通航水位的选择应综合考虑，慎重决策。

［1］JTJ 305—2001，船闸总体设计规范［S］.

［2］JTS 182—1—2009，渠化工程枢纽总体布置设计规范［S］.

［3］周作茂.长沙综合枢纽下游远期设计通航低水位论证分析［J］.水利水运工程学报，2012(4).