长洲枢纽坝下3000吨级航道设计最低通航水位可靠性研究

◎陈艺 黄贤智

1.广西壮族自治区梧州航道养护中心；2.广西交通职业技术学院

1.工程概况

西江航运干线贵港至梧州3000吨级航道工程，起于贵港航运枢纽，止于梧州界首，建设内河3000吨级航道290.5公里，满足3000吨级内河船舶、两排一列式一顶2×3000吨级及一顶2×2000吨级顶推船队通航，航道主尺度为4.1米×90米×670米（水深×航道宽度×弯曲半径）。项目分两期实施：一期工程自贵港航运枢纽至长洲水利枢纽坝上266.5公里库区航道；二期工程自长洲水利枢纽坝下至梧州界首24公里天然航道。

长洲枢纽坝下至界首段位于西江干流浔江下游河段，属丘陵地区。在坝址附近因江中有泗洲岛、长洲岛将浔江由南向北分为外江、中江、内江，外江、中江汇合成龙圩水道，龙圩水道与内江又汇合成浔江（洗马滩），浔江与桂江汇合成西江（鸡笼洲、界首滩）。该河段河床多为基岩或沙卵石组成，部分区域有沙层覆盖。3000t级航道整治工程于2019年年底开工建设，2022年12月底开通试运行。河段上边界为长洲水利枢纽，是西江干流最后一座枢纽，位于梧州市上游约12km处，是以发电为主，兼顾航运、灌溉和养殖一体的低水头径流式水利工程。枢纽于2007年蓄水运行，总库容56亿m3，设计洪水位28.21m，正常蓄水位20.6m，水库汛期无调节功能，枯水期具有日调节特性，调节库容1.33亿m3。枢纽右岸布置了四线船闸：1000t级、2000t级船闸各1线分别于2007年3月、5月建成通航，3000t级船闸2线于2015年1月建成通航。长洲枢纽坝下3000吨级航道示意图见图1。

图1 长洲枢纽坝下3000吨级航道示意图

2.3000吨级航道设计最低通航水位

2.1 设计流量

按98%保证率、5年一遇统计，贵港至梧州3000吨级航道工程二期工程航道设计流量[1]以梧州水文站1118m3/s为准。其中长洲枢纽坝下最小下泄流量1090m3/s（外江即龙圩水道845m3/s，内江245m3/s）；桂江流量28m3/s。

2.2 设计最低通航水位

施工图设计阶段，考虑工程河段受潮汐、长洲水利枢纽清水下泄及不稳定下泄流量的影响，预测3000吨级航道工程实施后河床仍存在下切的可能，因此整治后的设计最低通航水位[2]在计算结果的基础上考虑了0.3m的下降富余。经审查3000吨级航道工程整治后沿程设计最低通水位见表1。

表1 3000吨级航道工程整治后沿程设计最低通水位表

表2 设计方案实施前后沿程水位变化情况表单位：m

表3 实测水位参数表 单位：m

表4 实测水位参数表 单位：m

表5 实测水位参数表 单位：m

表6 实测水位参数表 单位：m

表7 实测水位参数表 单位：m

3.物理模型试验结果

3.1 物理模型范围边界

物理模型[3]范围为长洲枢纽至界首段，模拟天然河段长约24km，模型边界为2019年2月实测地形，模型平面比尺1：200、垂直比尺1：80，模型通过水流验证与原型河道具有较好的相似性。

3.2 沿程水位变化情况

物理模型试验表明，3000t级航道工程设计方案实施后，沿程水位发生不同程度的降落[4]，流量1140m3/s（长洲枢纽设计建设时，长洲枢纽坝下设计最小下泄流量1090m3/s，加上桂江流量50m3/s）时长洲坝下水尺水位降落0.56m，长洲尾水位降落0.26m，梧州水文站水位降落0.05m，各滩段水面比降减缓，龙圩水道水面比降由0.132‰减小至0.088‰，洗马滩水面比降由0.062‰减小至0.024‰，鸡笼洲和界首滩水面比降分别由0.028‰、0.021‰减小至0.021‰、0.016‰。设计方案实施后，长洲坝下水尺设计水位降至2.23m，较长洲一二线船闸下游设计最低通航水位5.20m低2.97m。设计方案实施前后沿程水位变化情况见表2。

3.3 设计水位结果对比情况

设计方案实施后，物理模型设计流量（梧州1140m3/s）与二期工程数模专题设计流量（梧州 1118m3/s）沿程水面线对比可知，龙圩航道站至梧州水文站之间部分航段物理模型设计水位略低于设计方案水位，最大偏差约0.05m；界首段物理模型设计水位高于设计方案水位，最大偏差 0.07m；其余航段两者设计水位基本吻合。

表8 实测水位参数表 单位：m

4.实测水位参数

进入2022年下半年以来，梧州市及上游地区降雨持续性偏少，造成西江水位持续偏低。据水文监测，10月以来，全区降雨量比历年同期偏少6成多，特别是11月上旬，降雨量偏少达9成，各江河来水量比历年同期偏少6成。11月上旬，梧州市各主要江河来水量比历年同期偏少3至8成，西江梧州水文站平均流量1660m³/s，比历年同期偏少59.0%。

2022年11月13日梧州水文站出现了该站有水文记载以来实测最小流量708m³/s、最低水位1.37m。此后仍有出现低于或接近坝下3000吨级航道设计流量1118m³/s的情况，为验证坝下3000吨级航道设计最低通航水位可靠性提供了较好的水情工况。实测水位参数见表3～表9。

表9 实测水位参数表 单位：m

5.实测水位与设计最低通航水位参数对比情况

各级流量下实测水位与设计最低通航水位参数对比情况见表10。

表10 各级流量下实测水位与设计最低通航水位参数对比情况表 单位：m

6.结论

（1）从实测水位与设计最低水位参数对比表可知：实测流量从708～1230m3/s，梧州水文站对应的实测水位从1.37～1.74m，均大于设计流量1118m3/s时的设计最低通航水位1.18m，差值为0.19～0.56m；界首实测了708、1050、1230m3/s流量的水位，分别为1.07、1.17、1.57m，也均大于设计流量1118m3/s时的设计最低通航水位1.04m，差值为0.03～0.53m。可见设计流量下，长洲枢纽坝下3000吨级航道的设计最低通航水位是可靠的。

（2）在一定程度上能满足极端天气更低水位通航需求。实测流量1050m3/s时，3000吨级航道起点水位为2.16m（推算），梧州水文站水位为1.57m，3000吨级航道终点界首水位1.17m，均高于设计最低通航水位为0.15、0.39、0.13m；梧州水文站有水文记载以来出现实测最小流量708m³/s、低水位1.37m时，坝下3000吨级航道终点界首实测水位1.07m，比3000吨级航道梧州水文站设计断面的最低通航水位1.18m高0.19m，比界首设计通航水位1.04m高0.03m。可见坝下3000吨级航道的设计最低通航水位在设计流量时具有一定的富余值，在一定程度上可满足更低水位的通航需求。