梅林航运枢纽受下游回水影响的水位流量关系推求分析

高 卫，梁思伟

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 概述[1]

梅林航运枢纽坝址位于都柳江下游河段，地处广西柳州市三江县，其开发任务以航运为主、结合发电等综合利用，是《珠江流域西江水系柳江流域综合规划修编报告》、《珠江流域综合规划（2012-2030年）》提出的“梅林+洋溪”两级开发方案中的上游梯级，可研阶段初拟的坝址方案为省口坝址，坝址控制流域面积为10 940 km2，正常蓄水位为176 m，总库容为2.1亿m3。梅林航运枢纽坝址距离下游洋溪水利枢纽坝址约39.74 km，位于洋溪梯级库区，属洋溪水库的库中库，坝下水位受洋溪水库运行影响。梅林航运枢纽的水位流量关系直接影响发电保证出力、电站厂房以及大坝的安全，确定不同工况下枢纽坝下断面水位流量关系曲线尤为重要。

2 基础资料

2.1 地形资料

（1）天然地形资料。河道现状地形资料主要采用2017年实测的大断面资料，洋溪至梅林坝址干流河段现有实测大断面共有51 个，断面平均间距约0.85 km。

（2）疏浚后地形资料。对河道进行开挖和拓宽，从洋溪枢纽P=95%日平均流量的回水成果看，匡里以上河段部分断面底高程较高或河宽较窄，不能满足航道要求，需要考虑河道疏浚。对现状河道进行疏浚，主要是对河床高、河道窄的位置进行开挖和拓宽，开挖后的河底高程约为149.6 m，底宽51.2 m。疏浚后的大断面航道规格符合《内河通航标准》（GB50139-2014）要求。

2.2 水文资料

柳州市以上的柳江流域内共有水文、水位站26个，洋溪坝址以上流域有寨高、把本、石灰厂和涌尾水文站，其中涌尾水文站距洋溪坝址最近，在洋溪坝址上游6.13 km，水文站集水面积为13 045 km2，是都柳江流域的控制站，站址距融江河口23.44 km，有1959年至今的水位、流量资料，洋溪坝址、梅林坝址及区间河段控制断面的设计流量以涌尾站作为参证站，采用水文比拟法推求，《珠江流域西江水系柳江综合规划修编水文分析专题》中分析了计算河段主要控制断面各频率洪水成果分析的河段洪水面积比指数，设计成果通过珠江委协调同意，本文分析也采用该面积比指数：低于P=50%的设计洪水洪峰流量相对较小，面积比指数统一采用0.65，P=10%、5%、1%、0.2%、0.05% 。洋溪坝址～梅林坝址河段不同流量级各代表断面设计流量见表1。

代表断面洋溪坝址涌尾站南江口大年河口匡里洛香河口梅林坝址不同频率设计流量50%4760 4760 4740 4599 4390 4373 4250 10%9670 9670 9632 9363 8950 8931 8690 5%11700 11700 11658 11358 10900 10876 10600 1%16500 16500 16445 16060 15500 15438 15100 0.2%21200 21200 21137 20690 20000 19966 19500 0.05%25300 25300 25228 24717 23900 23889 23400

1996、2000、2016、2017 年实测、调查了梅林枢纽坝址断面的水位及流量（见表2），可以作为水位流量关系的验证资料。

水位/m 176.25 177.19 161.30 158.92流量/（m3/s）11 500 12 700 1030 243备注1996年（调查）2000年（调查）2016年（实测）2017年（实测）

2.3 河段糙率

根据1996、2000 年调查水面线拟合洋溪坝址～梅林上坝址河段糙率，采用糙率在0.039～0.055 之间，其中梅林枢纽坝址河段断面处糙率采用0.039～0.041。考虑到河道疏浚只是对河道局部进行开挖和拓宽，均是在较低水位下的断面与疏浚前不同，疏浚后过水断面面积占露出河床后的面积比例不大，因此，疏浚断面的糙率与疏浚前取值相同。

2.4 洋溪水利枢纽的运行方式

洋溪水利枢纽是以防洪为主，兼顾发电、航运综合利用的水库，目前洋溪水利枢纽正在开展可行性研究，可研报告初步拟定的洋溪水库运行方式如下：

（1）汛期兴利运行维持在汛限水位153 m，当汛期柳州流量超过19 000 m3/s 时，洋溪进入防洪调度，此时，电站上下游水头差小于机组最小发电水头或上游水位超过正常蓄水位163 m 时，电站停止发电。

（2）非汛期水库在正常蓄水位162.5～163 m 运行，允许发电消落深度0.5 m。

3 水位流量关系的推求分析

根据发电及水工设计要求，结合水工设计，本文分析的设计断面水位流量关系包括：坝下天然综合水位流量关系、洋溪影响情况下坝下水位流量关系上、下包线。

3.1 天然综合水位流量关系

梅林枢纽坝址处除了少数断续几年观测的水位流量资料外，没有长时间持续观测的水文资料，坝址距离下游的涌尾水文站33.64 km，不宜采用比降法直接搬涌尾站水位流量关系至坝下断面，拟建洋溪坝址下游约43 km 处的麻石水电站，是以发电为主，结合航运、过木等综合利用的工程，正常蓄水位、汛限水位、水库防洪高水位均为134 m，是一座日调节水库，在正常蓄水位时，调节能力很小，根据麻石水电站回水计算成果，麻石库区回水不会影响至梅林坝址河段，所以采用曼宁公式法推求坝下断面水位流量关系曲线。

根据实测梅林枢纽坝址的大断面地形资料，水面坡降和1996、2000 年调查水面线反推糙率，采用曼宁公式计算不同水位级的流量，即得坝址水位流量关系曲线。2016 年5 月及2017 年5 月实测了坝址水位，属低水情况，因此，其相应流量按面积比例搬涌尾站的同时刻流量，将实测水位点、1996 及2000 年历史洪水调查点与推求的坝址水位流量关系放于同一图中，发现推求的梅林枢纽坝下水位流量关系曲线与实测点、历史洪水调查点吻合较好，成果见表3及图1。

序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0水位/m 157.34 159.33 160.98 165.35 167.92 173.22 175.29 179.30 182.62 185.39流量/（m3/s）39.2 357 892 2680 4250 8690 10 600 15 100 19 500 23 400

图1 梅林坝下天然综合水位流量关系曲线

3.2 洋溪影响后水位流量关系

根据洋溪的调度情况，洋溪不动用防洪库容情况下，坝前最高水位为正常蓄水位163 m，最低为死水位153 m，故河道疏浚后的水位流量关系上包线为洋溪坝前水位在正常蓄水位163 m对应的梅林枢纽坝下水位流量关系；河道疏浚后的水位流量关系下包线为洋溪坝前水位在死水位153 m对应的梅林枢纽坝下水位流量关系，当流量大于10年一遇洪峰流量（梅林坝址洪峰流量为8690 m3/s）时，洋溪回水尖灭，梅林坝址不受洋溪影响，偏安全考虑，梅林枢纽坝下水位流量关系直接采用河道疏浚前天然情况下水位流量关系成果。

根据不同来水情况及洋溪坝址处163、153 m水位，河道断面疏浚后的大断面地形资料，按明渠不均匀流水力学公式，计算不同流量级洋溪水利枢纽坝址至梅林枢纽坝下河段的水面线，再摘录得到坝下断面的水位流量关系上、下包线，成果见表4及图2。

序号下包线水位/流量/（m3/s）39.2 357 892 2680 4250 8690 10 600 15 100 19 500 23 400上包线水位/1234567891 0 m 153.00 156.10 159.15 163.84 166.76 173.22 175.29 179.30 182.62 185.39 m 163.00 163.08 163.46 165.58 167.92 173.22 175.29 179.30 182.62 185.39流量/（m3/s）39.2 357 892 2680 4250 8690 10 600 15 100 19 500 23 400

图2 洋溪影响后梅林坝下水位流量关系曲线

4 结语

（1）天然情况下的水位流量关系不受下游枢纽回水影响，可以采用曼宁公式推求，推求成果与实测及调查点拟合较好，鉴于梅林枢纽坝址河段实测水位资料有限，应设立坝址临时水位观测站，继续进行下坝址水位流量观测，根据实测的水文资料进一步率定修正本文推求分析的水位流量关系。

（2）洋溪影响后的梅林枢纽坝下水位流量关系推求无法采用曼宁公式或者坡降法推求，只能采用明渠不均匀流水力学公式分别分析下游枢纽不同级流量水位组合的水面线成果，由此绘制成上游断面的水位流量关系曲线，该方法需在测量下游洋溪枢纽～梅林枢纽区间河段的多个横断面地形，河段长度较长，工作量较大。另外河段的走向、缩窄、扩宽或者河床地形突变等特征断面是否参与计算；参与计算的河段长、代表断面多，每个大河段的糙率不尽相同，这些都与计算的精度息息相关。

（3）洋溪防洪调度控泄情况下水位流量关系不能绘制成曲线，是单独的数据点，需要根据洋溪水利枢纽的防洪调度规则单独分析。