大藤峡枢纽运行方式调整对来桂航道方案的影响

江 涛

(中交水运规划设计院有限公司，北京 100007)

大藤峡枢纽位于珠江流域西江干流的黔江，下距广西桂平市区约6 km，是红水河水电基地规划梯级电站的最末一级，是一座以防洪、航运为主，发电与水资源配置并重，兼顾灌溉的综合利用工程，目前正在建设中。大藤峡枢纽项目建议书于2011年2月获得批复，工可于2014年10月获得批复。

来宾—桂平2 000吨级航道工程(简称“来桂航道”)起点位于来宾港兴宾港区宾港作业区，终点位于桂平两江汇流口段。航道长度为193.876 km，其中宾港作业区至石龙三江口属于红水河段、石龙三江口至桂平两江汇流口属黔江河段，航道按2 000吨级航道设计，大藤峡枢纽上游设计航道尺度为3.5 m×80 m×550 m(水深×宽度×转弯半径)，开挖水深为3.8 m。来桂航道及大藤峡枢纽位置见图1。

图1 来桂航道及大藤峡枢纽位置

由于大藤峡枢纽工程可行性研究阶段调度运行方式相对项目建议书批复做了调整，将对其上游的来桂航道设计方案造成影响。文献[1-3]从枢纽日调节、电站建成、梯级水库调度等方面分析枢纽运行对航道通航的影响，但鲜有关于枢纽设计过程中调度运行方式变化影响航道设计方案的文献。笔者从大藤峡枢纽调度运行方式的调整情况分析来桂航道设计最低通航水位(简称“设计水位”)和开挖引起的航道水位下降值的变化，论述其对航道整治方案、工程量及投资的影响，根据大藤峡枢纽蓄水计划、施工水位论述分期实施的必要性和经济性。

1 大藤峡枢纽运行方式调整对设计水位的影响

1.1 运行方式调整概况

大藤峡枢纽项目建议书和工可阶段的枢纽运行方式发生了重大变化：项目建议书批复[4]的调度运行方式由主汛期、次汛期和枯水期组成；工可批复[5]的运行方式从库区淹没等角度考虑将枯水期分为非汛期(10月至次年3月)和非汛期(4月)2个时段，将8月从次汛期纳入主汛期，且主汛期调度水位大幅降低，非汛期流量对应的水位也明显降低(表1)。对航道设计水位的影响主要在主汛期6—8月，其入库流量低于2万m3/s时，项目建议书阶段大藤峡水利枢纽坝前水位为49.6～59.6 m，而工可阶段坝前水位则持续维持在47.6 m，入库流量大于2万m3/s，大藤峡枢纽坝前水位可调至44 m。

1.2 运行方式调整对设计水位的影响

根据收集到的迁江水文站、武宣水文站1990—2014年逐日实测流量资料复核本次14种工况采用的入库最小流量和迁江最小流量关系，确定4种工可运行方式工况为航道设计水位计算的控制工况(表2)。根据文献[6]的计算方法可计算项目建议书和工可阶段大藤峡枢纽上游的航道设计水位。按工可运行方式计算可以得出近坝段(从大藤峡坝址至距大藤峡坝址22 km)的设计水位受大流量行洪的工况4控制，近坝段上游的红水河和黔江均受汛期小流量的工况3控制。建坝前及大藤峡枢纽运行方式调整前后设计水位对比见图2。

表2 工可阶段大藤峡上游航段设计水位计算控制工况

图2 大藤峡枢纽上游设计水位对比

从图2可以看出大藤峡建坝前和工可运行方式下的设计水位随着与大藤峡枢纽距离的增加，水位差呈减小的趋势，至距大藤峡约170 m的上游航道位置，水位差已接近1 m。大藤峡运行方式的变化导致大藤峡枢纽上游的设计水位在-7.72～-1.95 m之间变化，因工况流量差异，越往上游差异越小。其中-7.72 m出现在黔江和红水河、柳江交汇的石龙三江口(距大藤峡约120 km)；-1.95 m出现在浪滩(距大藤峡31.4 km)。

1.3 运行方式调整对开挖引起的水位下降值的影响

航道整治开挖后，由于河床降低、过水断面扩大，同流量下的水面线随之下降[7]。整治后的糙率采用实测水面拟合糙率结合相关河道糙率参考值范围综合考虑确定。由于黔江大藤峡上游段仅存在零星礁石碍航，故仅计算红水河段水位下降值，工可运行方式下最大下降值为0.846 m，项目建议书运行方式下最大下降值为0.013 m，均位于航道上游起点附近，符合航道挖槽水面下降的规律(图3)。

图3 大藤峡枢纽上游开挖引起水位下降值对比

2 设计水位变化对航道设计方案的影响

设计水位大幅降低导致航道需整治的滩险由11个增加至26个，增加的15个滩险全部位于红水河段；原需整治的滩险也因航道整治底高程降低而大幅增加了整治工程量(表3)。增加航道疏浚和炸礁工程投资约6.58亿元。以蓬莱滩为例，其断面开挖对比见图4。从图4可知，设计水位降低导致工程量大幅增加。

表3 大藤峡枢纽上游工程量对比 万m3

图4 典型断面开挖对比(单位：m)

3 大藤峡一期蓄水前后施工水位

根据大藤峡一期蓄水安排[8]，一期蓄水的最高水位为52 m。来桂航道设计时根据大藤峡运行方式、枢纽蓄水计划、枢纽上游的航道开挖工程量及施工难易程度、施工工期要求等，对一期蓄水前开展陆上炸石施工和全部在一期蓄水之后开展疏浚和炸礁施工方案进行比选。

3.1 施工水位计算

3.1.1大藤峡一期蓄水前施工水位

根据红水河和黔江上游来水特性，施工时间放在非汛期的每年10月至翌年4月，历时约7个月。统计分析桥巩电站2010—2017年逐日平均流量资料，得出电站下泄流量1 600～1 750 m3/s时全年施工时间能满足6～7个月的要求，结合水文测验流量时1 650 m3/s的水面线确定沿线的施工水位。

3.1.2大藤峡一期蓄水后施工水位

计算大藤峡蓄水至52 m不同流量保证率下的施工水位，经分析计算采用50%流量保证率下的施工水位。此时回水至来宾高铁桥附近(马滩和高书洲2个滩险分界位置，距石龙三江口59.2 km)其施工水位和大藤峡一期蓄水前施工水位接近，来宾铁路大桥上游施工水位取一期蓄水前的施工水位。

由于大藤峡枢纽上游的黔江段水深条件良好，仅局部零星礁石碍航，故仅对比石龙三江口以上红水河段的一期蓄水前后施工水位，最大水位差位于石龙三江口达9.1 m(图5)。

图5 大藤峡一期蓄水前后施工水位对比

3.2 施工水位的影响

因距大藤峡一期蓄水节点的施工工期仅半年左右，考虑陆上炸石施工工程量及工效，将古笪滩—古排滩共计12个滩险及黔江库区零星礁石纳入一期陆上炸石。对部分按施工水位确定的滩险陆上炸石底高程与水下炸礁底高程差值不大于0.5 m的滩险，为方便施工、避免二次进场，考虑将其在一期陆上炸石全部清除。为方便陆上水下开挖工作交接的界面区分，避免陆上和水下施工单位之间因工程量而推诿，对于在一期蓄水后尚需实施水下炸礁和疏浚的滩险，陆上炸石不考虑超深和超宽；对一期陆上炸石即达到航道底高程的滩险，考虑0.2 m超深，不考虑超宽。葫芦峡分两期实施的断面见图6，若纳入二期则47.86～52.86 m填充区域将由陆上炸石变为水下炸礁的范围。统计得出12个滩险的一期陆上炸石工程量31.3万m3，工程费用3 206.97万元；剩余水下炸礁工程量22.5万m3，工程费用6 986.25万元。若在大藤峡一期蓄水之前不实施陆上炸石，其大部分工程量将转换为水下炸礁，则工程费用将达到1.67亿元，增加6 511.68万元。因此从减少水下炸礁工程量、节约投资、减少施工难度等角度考虑，在大藤峡一期蓄水之前开展陆上炸石是经济且必要的。

图6 分2期实施的开挖断面(单位：m)

4 结语

1)根据大藤峡枢纽项目建议书和工可运行方式，选定对应的水位计算控制工况分别计算枢纽上游航道设计水位及开挖引起的下降值，通过对比确定需增加12个整治滩险，并结合航道整治方案开展了运行方式调整前后的工程量和工程投资对比，结果显示需增加整治方量181.18万m3、相应增加工程投资6.58亿元。

2)依据大藤峡枢纽蓄水计划，结合桥巩电站逐日平均流量、水文测验流量确定蓄水前施工水位，采用50%流量保证率确定了枢纽一期蓄水后航道施工水位，开展施工水位对比，并考虑陆上炸石工程量、可施工时间、施工工效等因素，论述开展一期陆上炸石的必要性和经济合理性。

3)库区航道整治方案受枢纽调度运行方式影响巨大，在类似航道设计与枢纽设计同步开展的项目中，应重点分析调度运行方式对设计水位和设计方案的影响，并结合枢纽蓄水计划，在蓄水前适当开展陆上整治作业以控制投资。