长江干流宜昌至大通段航行基准面适应性及调整思路

长江干流宜昌至大通段航行基准面适应性及调整思路∗
江凌
【摘要】随着上游水利枢纽的陆续修建,长江干流宜昌至大通段的来水来沙条件与河床发生了重大变化,航行基准面与枯水位出现了不同程度的偏离,因此有必要对航行基准面的适应性及调整思路进行研究.基于宜昌至大通河段现行航行基准面使用以来的流量、水位实测资料,分析最枯水位变化特点、原因及趋势,认为宜昌至枝城段航行基准面基本适应,而枝城—大通段航行基准面适应性较差.在此基础上,探讨航行基准面调整思路.
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2018(000)007
【总页数】7页(P96-102)
【关键词】长江中下游;航行基准面;最枯水位;最小流量;水位流量关系
【作者】江凌
【作者单位】长江航道规划设计研究院, 湖北武汉430040
【正文语种】中文
【中图分类】U612.26
航行基准面指不包括河口潮流段的内河航道图上所载水深的起算基面，大体相当于最枯流量时的水面线[1]。

长江干流航道的航行基准面于1958年制定颁布，一段时期内，它既是航道图的绘图基面，又常被作为疏浚、航道整治工程、码头工程等
的设计最低通航水位，应用范围广，重要性显著。

此后，随着河道自然演变及河道整治，航行基准面经过多次修订，目前宜昌—武汉段、武汉—大通段分别使用的
是1982年修订的航行基准面(习称“82基面”)和1971年修订的航行基准面(习
称“71基面”)。

其中，“71基面”是利用汉口水位站1925—1969年期间的水
位资料，计算出约5 a一遇、相应保证率为99.5%的水位，然后根据枯水期相邻
两站或几站的水位相关关系，往上、往下推求各站的相应水位，以此确定长江中、下游航行基准面；“82基面”是考虑到1967—1972年荆江多处裁弯及1981年宜昌葛洲坝大江截流对长江中游水面线的影响，利用当时的近期观测资料对宜昌至汉口段航行基准面进行了再次修订[2-3]。

近期，受上游水利枢纽的陆续修建的影响，特别是三峡工程蓄水影响，长江宜昌至大通河段来水来沙条件与河床均发生了重大变化[4]，航行基准面与沿程枯水位出
现了不同程度的偏离。

因此，有必要对航行基准面的适应性及调整思路进行研究，为其合理应用及修订提供指导。

基于“71基面”“82基面”使用以来宜昌至大通河段主要水文(位)站流量、水位
实测资料，分析最枯水位变化特点、原因及趋势，揭示航行基准面的适应性，并探讨航行基准面调整思路。

本文所列水位的高程系统均为1985国家高程基准。

1 河道概况
长江中下游宜昌至大通河段全长约1 015 km，其中从枝城至洞庭湖出口的城陵矶称为荆江，荆江又以藕池口为界分为上荆江和下荆江。

沿程主要有清江、汉江、洞庭湖、鄱阳湖出流入汇以及松滋口、太平口、藕池口等分流入洞庭湖。

河床组成沿程发生变化，宜昌至大步街段(长约110 km)为山区向冲积平原过渡的砂卵石河段，大步街以下为冲积平原的沙质河段。

该段干流沿程有宜昌、枝城、沙市、监利、螺山、汉口、九江、大通共8个水文
站(图1)。

其中，宜昌水文站紧邻三峡、葛洲坝下游，控制上游来水来沙；枝城、
沙市、监利水文站位于宜昌至城陵矶之间，分别为清江入汇、松滋口和太平口分流、藕池口分流后的水沙控制站；螺山水文站位于城陵矶与汉口之间，为长江干流与洞庭湖交汇的江湖关系控制站；汉口水文站为长江接纳洞庭湖水系及汉江后的控制站；大通水文站位于下游与河口潮汐影响的分界点，控制着鄱阳湖水系及下游大部分区间来水。

图1 宜昌至大通河段内水文站分布
2 最枯水位变化特点及原因
2.1 最枯水位变化特点
“71基面”“82基面”使用以来宜昌、沙市、监利、螺山、汉口、大通水文站的年最枯水位变化见图2。

经分析统计，年最枯水位变化特点如下：
1)宜昌站年最枯水位总体变化不大。

其中，三峡工程蓄水运用以前，年最枯水位呈下降之势，1982—2003年年最枯水位下降0.92 m；三峡工程蓄水以来，年最枯
水位有所抬高，2003—2010年年最枯水位抬高1.11 m，2010年以来年最枯水
位变化较小。

2)沙市站年最枯水位总体有所下降。

其中，三峡工程蓄水运用以前，年最枯水位呈下降之势，1982—2003年年最枯水位下降2.05 m；三峡工程蓄水以来，年最枯
水位先升后降，2003—2010年年最枯水位抬高1.04 m，2010—2017年年最枯水位下降0.64 m。

3)监利站年最枯水位总体有所抬高。

其中，三峡工程蓄水以前，年最枯水位总体变化不大，但年际波动较大；三峡工程蓄水以来，年最枯水位总体有所抬高，2003—2017年年最枯水位抬高1.01 m，其中2010年以来的年最枯水位抬高趋缓，2010—2017年年最枯水位仅抬升0.25 m，年最枯水位的年际波动减小。

4)螺山站年最枯水位总体有所抬高。

其中，三峡工程蓄水以前，年最枯水位总体有所抬高，且年际波动较大，1982—2003年年最枯水位抬高1.91 m；三峡工程蓄
水以来，年最枯水位缓慢抬升。

5)汉口站年最枯水位总体有所抬高。

其中，三峡工程蓄水以前，年最枯水位总体有所抬高，且年际波动较大，1982—2003年的年最枯水位抬高1.81 m；三峡工程蓄水以来，年最枯水位变化不大。

6)大通站年最枯水位未见明显趋势变化。

另外，由于2016年枯水期区间入流较大，螺山站、汉口站、大通站最枯水位均为三峡工程蓄水后最高。

图2 宜昌至大通河段主要水文站年最枯水位变化
2.2 影响因素分析
2.2.1 枯水流量变化的影响
三峡工程蓄水前后各水文站枯水期(11月—次年4月)多年平均径流量见表1。

从枯水期径流量的沿程变化看，城陵矶以上河段径流量主要来自宜昌以上河段，随着洞庭湖、汉江、鄱阳湖的沿程入汇，上游来流对径流量的影响沿程减小，汉口以下河段上游来流仅占总径流量的35%～48%。

表1 宜昌至大通河段各水文站枯水期多年平均径流量水文站三峡工程蓄水前2003—2015年径流量∕亿m3宜昌来流占比∕%径流量∕亿m3宜昌来流占比∕%宜昌9121 009枝城9331 061沙市9191 059监利9061 058螺山1 674541 74058汉口1 900482 02450九江2 127432 09048大通2 620352 66538
主要水文站1970年以来不同时期多年平均最小流量见表2。

由表2可以看出：三峡工程蓄水后，宜昌站年最小流量稳步增加，三峡工程175 m试验性蓄水以来(2008—2015年)的年均最小流量较蓄水前1990—2003年增加约2 000 m3s；但城陵矶以下河段的最小流量，由于受区间入流的影响较大，仅三峡工程蓄水后的
175 m蓄水阶段才较蓄水前有所增加，且增加幅度较小，螺山站2008—2015年的年均最小流量较蓄水前仅增加约1 000 m3s。

2015年11月—2016年4月，宜昌站最小流量较2008—2015年仅增加500 m3s，而受区间入流影响，螺山、汉口站最小流量增幅超过2 000 m3s，大通站最小流量增幅超过4 000 m3s。

可见，三峡工程枯水流量补偿对城陵矶以上河段的枯水位变化影响较大，对城陵矶以下河段的枯水位变化影响较小。

表2 宜昌至大通河段主要水文站不同时段多年平均最小流量时段多年平均最小流量∕(m3·s-1)宜昌螺山汉口大通1970-11—1980-043 3155 2246 3278 3621980-11—1990-043 3855 7606 9499 1841990-11—2003-043 3706 8538 11210 8302003-11—2008-043 9406 5328 2249 6122008-11—2015-045 4617 8979 71011 7712015-11—2016-045 96010 20011 30016 200
2.2.2 河床冲淤变化的影响
枯水期同流量水位变化反映了河床冲淤变化对枯水位的影响。

各水文站不同时期的枯水水位流量关系见图3，同流量枯水位变化特点如下：
1)宜昌站“82基面”启用至三峡工程蓄水，受河床冲刷影响，宜昌站同流量枯水位不断下降；三峡工程蓄水后，河床冲刷加剧，宜昌站同流量枯水位进一步下降；但随着宜昌至枝城段河床粗化，河床冲刷逐渐减弱，2012年以来宜昌站同流量枯水位变化较小。

2003—2012年宜昌站6 000 m3s对应水位年均下降0.07 m。

2)沙市站“82基面”启用以来，所在的上荆江均以河床冲刷为主，沙市站同流量枯水位不断下降。

其中，葛洲坝枢纽运行的前10年，上荆江冲刷强度相对较大，沙市站6 000 m3s流量对应水位年均下降0.13 m；此后，河床基本恢复平衡，沙市站同流量枯水位年均下降仅0.03 m；三峡工程蓄水后，上荆江年均冲刷强度是蓄水前的近3倍，2003—2015年沙市站同流量枯水位年均下降0.12 m。

3)监利站“82基面”启用至三峡工程蓄水，所在的下荆江河床冲淤交替，监利站
同流量枯水位变化较小；三峡工程蓄水以来，下荆江河床以冲刷为主，监利站同流量枯水位有所下降。

2003—2015年监利站6 000 m3s对应水位年均下降0.13 m。

4)螺山站“82基面”启用至三峡工程蓄水，城陵矶至武汉段河床微淤，螺山站同
流量枯水位变化较小；三峡工程蓄水以来，城陵矶至武汉段河床总体有所冲刷，螺山站同流量枯水位有所下降。

2003—2015年螺山站8 000 m3s对应水位年均下
降0.05 m。

5)汉口站“71基面”启用至三峡工程蓄水，武汉至湖口段河床有所淤积，汉口站
同流量枯水位有所抬高；三峡工程蓄水以来，武汉至湖口段河床有所冲刷，汉口站同流量枯水位有所下降。

2003—2015年汉口站10 000 m3s对应水位年均下降0.08 m。

6)大通站“71基面”启用至今，湖口至大通段河床冲淤变化总体较小，大通站流
量水位关系变化较小。

图3 宜昌至大通河段主要水文站枯水期水位流量关系
3 最枯水位变化趋势
受河床冲淤及枯水流量增加的双重影响，宜昌至大通河段最枯水位变化复杂。

三峡工程蓄水前，宜昌站年径流量和年最小流量均变化较小，但由于宜昌至枝城段、上荆江以冲刷为主，宜昌、沙市站年最枯水位有明显下降；由于下荆江总体有所淤积，监利站年最枯水位有所抬高；由于城陵矶至湖口段以淤积为主，同时最小流量有所增加，螺山、汉口站最枯水位呈抬高之势；由于湖口至大通段冲淤变化总体较小，
主要受最小流量增加影响，大通站最枯水位略有增加。

三峡工程蓄水以来，枯水流量补偿对宜昌至城陵矶河段枯水位的影响较大，2010年以前，枯水流量补偿的作用程度大于河床冲刷，宜昌、枝城、沙市、监利站的最枯水位均不断抬高；2010
年以来，随着宜昌至枝城河段冲刷减弱，强冲刷下移至上荆江，且下荆江冲刷强度仍不大，宜昌站年最枯水位变化较小、枝城站年最枯水位略有下降、沙市站年最枯水位下降明显、监利站最枯水位抬升趋缓。

城陵矶以下段，受三峡工程枯水流量补偿的作用沿程减小，加上河床冲刷强度也较小，三峡工程蓄水以来，螺山站年最枯水位缓慢抬升，汉口、九江、大通站年最枯水位变化均较小。

另外，由于区间入流对城陵矶以下河段枯水位影响较大，2016年枯水期螺山、汉口、九江、大通站均出现了较高水位。

三峡工程实现175 m正常蓄水后，河床冲刷对枯水位的影响逐渐增大。

随着河床
冲刷持续及自上而下发展[5]，不同河段最枯水位变化趋势为：1)宜昌至枝城段，
目前河床冲刷已减弱，未来宜昌、枝城站最枯水位下降幅度将较小；2)上荆江，目前河床冲刷强度已大于上游宜昌至枝城段且为中下游各区段最大，未来强冲刷仍将持续一段时间，沙市站最枯水位仍有一定程度下降；3)下荆江，目前冲刷强度仍小于上荆江，未来冲刷强度将呈增加之势，枯水位下降速率将有所增加；4)城陵矶至武汉段，目前年均河床冲刷强度仅为上荆江的13、下荆江的12，未来冲刷强度也将呈增加之势，但在一段时间内仍将小于下荆江，当前的枯水位下降速率仍将可能维持一段时间；5)武汉以下段，随着上游河段冲刷不断加剧，河床冲刷强度将增加缓慢，当前的枯水位下降速率也将维持一段时间，同时受区间入流影响，最枯水位的年际波动较上游河段明显。

4 航行基准面的适应性
三峡工程175 m试验性蓄水以来各水文站实测最枯水位及其航行基面对比见表3。

结合上文最枯水位变化趋势，宜昌至大通河段航行基准面的适应性存在差异。

宜昌
至枝城河段，近期最枯水位与航行基准面差别不大，而且未来最枯水位降幅有限，因此航行基准面基本适应。

枝城至大通河段，近期最枯水位较航行基准面差异较大，如沙市站最枯水位较基面低1 m左右、沙市以下各站最枯水位均较基面高1 m以上，而且未来沿程最枯水位将有不同程度的下降，因此航行基准面适应性较差。

表3 长江中下游航行基准面与近期最枯水位对比水文站航行基准面∕m三峡工程175 m蓄水以来最枯水位∕m最枯水位与基面差值∕m宜昌37.2837.17-0.11枝城35.3835.690.31沙市29.4128.21-1.20监利20.9722.591.62螺山
14.7616.912.15汉口9.9011.401.50九江5.196.180.99大通1.492.440.95
5 航行基准面调整思路
由于长江干线航道枯水位发生较大变化，目前长江航行基准面仅作为航道图的绘图基面，航道维护或船舶航行均采取航道图上水深+实际水位的方法获取实际水深。

因此，针对航行基准面的不适应性，有2种解决思路：1)按照航行基准面仅是航
道水深图绘制、航行水尺读取相对水位的高程基面的应用现状，将航行基准面取值冻结下来，不进行调整；2)延续长江航行基准面颁布之初作为航道测绘、疏浚、整治设计的起算基准面的综合定位，根据上游枢纽运行条件下设计最低通航水位计算成果对航行基面进行调整。

2种解决思路各有利弊。

若冻结航行基准面，虽然从当前的长江干线航道维护特点以及长江电子航道图的使用看，既不会对航道水深维护、行轮航运效益发挥产生较大影响，也可维持近30
年航道图、航行水尺使用的延续性及保持船员对航行基准面的认知习惯。

但由于现行航行基准面已不能真实反映实际枯水位，前期的整治工程设计中常将设计最底通航水位与航行基准面混为一谈，因此，需要注意以下问题：
1)现行航行基准面只是用于航道水深图绘制、航行水尺读取相对水位的高程基面，航道实际水深必须严格按航道图上水深+实时水位确定。

2)现行航行基准面只反映了历史时期的较枯水位，仅供设计最低通航水位确定参考。

设计最低通航水位应按照相关标准、已有成果进行计算，并结合工程特点进行确定。

若调整航行基准面，以此绘制的航道图将能较直观地反映航道实际枯水位，便于船舶航行参考。

但根据船舶航行、航道维护实际情况，须注意以下问题：
1)给历史航道图延用带来不便并增加相关工作量。

长江航道图可分为纸质航道图、电子航道图、航行参考图3类，积累了大量的历史资料，纸质测图就有数十万张。

航行基面调整后，进行航道条件的对比分析时存在“新”“旧”航道图的基面换算问题，因此需要开展各类航道图的制作、调整等配套工作。

2)重新调整、建设航行水尺，完善基于调整后的航行基面的沿江架空电缆等水工建筑物通航数据。

3)对船舶航行和管理单位进行调整后的航行基准面的宣贯。

4)主要受三峡水库调度影响，宜昌至大通河段河床处于长期的冲刷调整中，水位相应不断变化，后期需适时对航行基准面进行再次调整。

6 结语
1)现行航行基准面使用以来，总体而言，宜昌站年最枯水位变化不大，沙市站年最枯水位有所下降，监利、螺山、汉口三站的年最枯水位有所抬高，大通站年最枯水位变化不大。

2)现行航行基准面使用以来同流量枯水位变化特点为：宜昌、沙市站持续下降，监利、螺山站在三峡工程蓄水前变化较小、在三峡工程蓄水以来有所下降，汉口站在三峡工程蓄水前有所抬高、在三峡工程蓄水以来有所下降，大通站变化较小。

3)现行航行基准面使用以来不同河段最枯水位变化的原因为：三峡工程蓄水前，宜昌至城陵矶段主要受河床冲刷影响，城陵矶至湖口段主要受河床淤积和区间来流增加双重影响，湖口至大通段主要受区间来流增加影响；三峡工程蓄水以来，宜昌至城陵矶段枯水流量补偿的影响迅速显现，近几年河床冲刷的影响逐渐发展为主导地位；城陵矶以下段，受三峡工程枯水流量补偿、河床冲刷的影响均较小。

4)最枯水位变化趋势为：宜昌至枝城段将有小幅下降，荆江河段将有较大幅度的下降，城陵矶以下段一段时间内将维持当前下降速率。

5)宜昌至枝城段的航行基准面基本适应近期最枯水位变化及趋势，枝城至大通段的航行基准面适应性较差。

6)航行基准面既可按照其仅是航道水深图绘制、航行水尺读取相对水位的高程基面的应用现状，不作调整；也可延续长江航行基准面颁布之初其作为航道测绘、疏浚、整治设计的起算基准面的综合定位，根据上游枢纽运行条件下设计最低通航水位计算成果进行调整。

不同的调整思路各有利弊。

参考文献：
【相关文献】
[1] 长江航道局.航道工程基本术语标准:JTJT 204—1996[S].北京：人民交通出版社，1996.
[2] 长江航务管理局.内河航道技术等级评定材料(长江干流宜宾—浏河口)[R].武汉：长江航务管理局,1998.
[3] 荣天富，万大斌.略谈长江干流航行基面及其有关问题[J].水运工程，1994(8)：27-30.
[4] 许全喜，朱玲玲，袁晶.长江中下游水沙与河床冲淤变化特性研究[J].人民长江，2013，44(23)：16-21.
[5] 胡向阳.三峡工程运用后长江中下游河道演变趋势探讨[C] 中国水力发电工程学会.中国水力发电
工程学会水文泥沙专业委员会第七届学术讨论会论文集(上册).成都：四川科学技术出版社，2007：159-162.。