西江梧州水文站设计最低通航水位探讨

2020-11-11李俊娜

水运工程 2020年10期

关键词：长洲水文站河段

李俊娜

(中铁建港航局集团勘察设计院有限公司，广东广州 511442)

1 梧州水文站所处航段情况

1.1 地理位置

梧州水文站位于西江干流上，桂江与西江汇合口下游约1.74 km处，距离长洲水利枢纽下引航道约12.5 km。地理位置见图1。

图1 梧州水文站地理位置

1.2 航道现状

西江干流梧州段现状航道等级为Ⅱ级，通航船舶为2 000吨级，航道尺度为3.5 m×80 m×550 m(深度×宽度×弯曲半径)。设计航道线总体上按枯水期主流进行布置，建成至今发挥了重要作用。但由于长洲坝下河段出现河床下切引起水位下降，枯水期航道水深不足，所以运输船舶需要减载航行。随着航运的迅速发展，2019年长洲枢纽通过量超过1.4亿t，船舶航行密度大，现状航道尺度已不能满足通航要求。因此拟按照Ⅰ级航道进行升级。

2 设计最低通航水位

2.1 河流概况

西江航运干线由郁江、浔江、西江、珠江组成，郁江流至桂平与黔江汇合后称浔江，浔江流至梧州市与桂江汇合后称西江，西江东流至广东省三水市思贤窖后，与北江汇合南流至珠江三角洲河网区，主流由磨刀门出海。本文研究的梧州水文站处于西江长洲枢纽坝下河段。两岸为丘陵平原，阶地、台地发育，河道宽阔，一般为600～1 000 m，最宽达2 000 m。2007年长洲水利枢纽建成蓄水，坝下河段有龙圩水道、洗马滩、鸡笼洲、界首滩4个滩险，枯水落差1.26 m，平均比降0.63‰[1]。

2.2 水文条件

2.2.1枢纽

长洲水利枢纽是西江下游河段广西境内的最后一个规划梯级，位于广西梧州市上游12 km的浔江干流上，距桂平航运枢纽约157 km。枢纽于2003年12月开工，2004年12月和2005年11月先后进行外江和内江截流，2007年10月首台机组发电，枢纽发电及泄洪基本按天然情况进行调度[2]。汛期采用敞泄方式，枯水期可进行较小幅度的日调节。枢纽建成后，库区水流流速降低，水流挟沙能力减弱，大部分悬移质输沙量被拦截在库区内，下游基本呈清水下泄，河床随之下切，但是枢纽清水下泄引起的河床下切会随着时间的推移逐渐降低，最终达到新的平衡状态。

2.2.2梧州水文站

梧州水文站于1900年1月由原梧州海关设立，位于东经111°20′，北纬23°28′，是西江干流的重要控制站，集水面积327.006亿m2，占西江流域集水面积的94.6%，控制了广西境内85%的来水。自建站以来实测最高水位27.63 m，历时最低水位为1.42 m。实测最大流量53 700 m3s，最小流量为582 m3s，汛期水量占年总量的80.5%，其中6—8月最大，占52.6%，非汛期11月至次年4月仅占年总水量的19.5%，其中1—3月为最枯，占7.2%。收集了梧州站1957—2018年的日均流量资料，其特征流量见图2。从图2可知，2012年后98%保证率流量和最小流量均维持在较高水平。由1999—2018年设计流量推算，离差系数Cv=0.29，偏态系数Cs=0.58，5 a一遇流量为1 126 m3s[3]。

图2 梧州站特征流量

2.2.3潮汐

长洲枢纽坝下河段枯季受潮汐影响，高要水文站多年高低潮位显示最低潮位为-0.56 m，潮差不大，沿程自上游至下游呈递增趋势。落、涨潮历时比自下游至上游有递增的趋势，越往上游，涨潮历时越短，落潮历时越长。涨潮量的年内变化是汛期小、枯季大，落潮量则相反；涨落潮量的年际变化不大，但近年受河床采沙等人类活动影响，纳潮量有增大趋势。西江潮区、潮流界和咸水界的界限随洪、枯水及季节而变[4]，“三界”变化范围见表1。2019年枯季实测沿程瞬时水位见图3。从图3可知，下游水位变化大，上游水位变化小，表明封开水位受潮汐影响，越往上游影响越小，至长洲尾其影响程度非常小[5]。

表1 西江“三界”变化范围

图3 2019年2月枯季长洲至封开河段沿程瞬时水面线

2.2.4河床演变

长洲枢纽建坝前后河床地形发生较大变化，受清水冲刷、下游采砂以及航道整治工程的影响，下游河床地形呈下降趋势。受河道左侧丁坝控制，主槽比较稳定。

2010年以来，除局部有人为采沙活动影响外，河段冲刷程度减弱，深槽及河床地形摆动不大，洲滩及深槽逐渐趋向稳定。枢纽坝下航段纵断面见图4。

图4 航道中线纵断面对比

2.3 梧州站设计最低通航水位

2.3.1建设标准

按Ⅰ级航道设计，满足3 000吨级内河船舶、两排一列式一顶2×3 000吨级及一顶2×2 000吨级顶推船队通航，设计最小航道尺度为4.1 m×90 m×670 m，富余水深为0.4 m。

2.3.2资料分析

设计最低通航水位计算分析主要使用梧州水文站和德庆水文站的相关数据。梧州水文站于1900年设站观测水位，1944年9月停测，1945年10月恢复观测至今，期间数次搬迁，先后为梧州(一)～(四)站。建国后水位观测平时为每日3次，视水位变化情况增加测次。流量测验以流速仪的常测法或简测法为主，高水时多为浮标法，资料精度逐年提高。1958年以后按水文测验规范要求进行，资料精度较好。德庆水文站隶属广东省水文局肇庆分局，于1947年设站观测水位，1949年撤销，1950年设立为雨量站，1954年改为水文站，1956年改为水位站。德庆站观测河段顺直，河床稳定，观测资料可靠。

2.3.3水位分析

长洲水利枢纽至界首河段的河床以下切为主，造成相同流量情况下，研究河段水位下降明显。逐年分析2009—2018年的水位流量相关关系，其结果见图5。从图5可知，梧州站水文站枯水流量下水位在逐年下降，未来仍将进一步下降，但下降速度逐渐放缓。

图5 梧州水文站历年流量对应水位

根据2005—2018年德庆站水位资料，98%保证率日均水位1.035 m，98%保证率日最低水位0.714 m。通过建立二维数模模型，计算梧州水文站设计最低通航水位。进口边界：给定入流断面的流量，长洲外江流量为845 m3s，内江流量为245 m3s，桂江流量为28 m3s；出口边界：德庆水文站断面为水位边界1.035 m，全长85 km。经过计算，梧州水文站现状设计最低通航水位为1.53 m。