梯级枢纽调控下西江干线末端航道设计水位推算

Vol. 42 No.l
Feb. 2021第42卷第1期2021年2月水道邃 口Journal of Waterway and Harbor
梯级枢纽调控下西江干线末端航道设计水位推算
覃昌佩1,王鑫2,冯小香2
(1•广西交通设计集团有限公司，南宁530011 ；2,交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业
重点实验室，天津300456)
摘要:长洲枢纽坝下一界首河段位于西江航运干线广西境内末端，其上游已建或规划建设多座梯级枢纽，该河段河床受到清水冲刷，加之人为无序采砂，河床下切明显。

配合贵港至梧州3 000 t 级航道工 程建设，现状条件下航道设计水位已较前期工可阶段有明显下降。

为了保证贵梧3 000 t 级航道工程的 建设，文章采用长洲枢纽运行后实测地形、水文实测资料，对长洲枢纽坝下一界首河段设计水位进行重 新推求，并根据推求结果提出贵梧3 000 t 级(长洲坝下一界首)河段航道设计水位应充分考虑长洲水利 枢纽运行导致的河床下切以及航道整治开挖为3 000 t 级航道共同影响引起的枯水期水位备降值。

关键词:设计水位;梯级枢纽;河床下切
中图分类号:U617 文献标识码:A 文章编号:1005 - 8443 (2021)01 -0074 - 04广西境内河流众多,大多属山区河流,河流平面形态复杂,河床组成多为砂卵石或基岩相间,汛期洪峰 暴涨暴落,枯季流量小,枯洪水位及流量变幅大,河道水面比降及流速均较大，与平原河流相比航道等级普 遍较低。

考虑枢纽工程的实施可壅高上游水位形成优良的深水库区航道,并调节下游流量,从而提升航道 等级。

因此对于山区河流，通过流域梯级开发并辅以必要的航道整治是促进航道建设的最有效途径。

针对 西江水系，提出“一干七支”建设,截止至2014年年底，一干七支已建枢纽共40个。

其中作为“一干”的西江 航运干线，贵港至梧州航道工程被规划按照3 000 t 航道进行建设，其间长洲水利枢纽坝下至梧州界首河段 为西江下游广西境内的工程末端,长洲水利枢纽对应为最后一个梯级枢纽。

河流枢纽建设后，由于上游水库蓄水拦沙,改变了河道原有的边界条件,下游水沙的输移特性会随之改 变,冯小香等⑷、阮成堂⑵指出三峡蓄水后,库区泥沙落淤,出库泥沙减小,清水下泄使得坝下存在处于严重 次饱和状态，河床出现长距离持续冲刷[3-4]o 山区河流由于其河岸抗冲,河床受清水下泄作用，主槽以下切 为主，引起坝下水位在同流量下的自然降落『句。

万建国通过对万安水库坝下航道进行原型观测，提出坝下 存在强烈冲刷段，且河床断面普遍缩窄⑺。

吴绪权等在航道航标维护管理工作中发现，长洲水利枢纽至界 首河段水位与流量发生了明显变化，河床下切明显悶o 张明、冯小香等针对西江梯级枢纽运行坝下水沙特 点进行系列研究后指出长洲枢纽蓄水运行后坝下枯水水位出现大幅下降，主要原因除自然冲刷外,人为无 序采砂对西江干线河道河床形态影响亦不容忽视2 o
考虑西江干线沿程已建或规划建设梯级枢纽，本文以贵梧3 000 t 级航道工程工可阶段设计方案为依 据，充分考虑长洲枢纽运行及人为采砂活动诱发的河床下切现象，对西江航运干线贵港至梧州3 000 t 级航 道工程(长洲枢纽一界首段，如图1)水文特性进行分析,推算设计水位,为工程设计提供依据。

收稿日期：2020 - 02 - 24；修回日期：2020-06-28
基金项目：国家自然科学基金(51809130)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目(TKS190104) 作者简介:覃昌佩(1976 -)，男,广西南丹县人，高级工程师，主要从事航道工程设计。

Biography : QIN Chang-pei (1976 - ) ,male , senior engineer.
75
2021年2月
6#9#
水尺编号
水尺位置位置说明1#
长洲枢纽坝下2#
龙号航道站右岸3#
梧州西江三桥西归桥上游约400 m 右岸4#
梧州西江大桥西江大桥上游约900 m 右岸5#
长洲尾长洲尾外酝岸6#
洗马滩拟建西江四桥上游约140 m 左岸7#
梧州航务处桂江口上游狒8#
梧州水文站左岸9#
扶典航道站左岸10#白沙角左岸
图1西江航运干线贵港至梧州3 000 t 级航道工程(长洲枢纽一界首段)
Fig. 1 Xijiang 3 000 T Channel Project ( Changzhou Water Project-Jieshou)
1工程背景
西江航运干线长洲枢纽一界首段属西江下游，流域内雨量充沛，多年平均雨量约1 376 mm,但年内分配 极不均匀，汛期5〜10月降水量约占全年的70%〜80%，年雨天一般约为160〜180 d,造成流域较大洪水的暴雨，多出现在6〜8月。

长洲枢纽一界首段基本水文站为位于西江干流与支流桂江汇合口下游约2 km 处的梧洲水文站,以梧州 水文站多年统计资料为依据进行水文分析，测站特征水位如图2所示。

由图表可知，多年平均最高水位 20.73 m,多年平均最低水位3.07 m,年内水位变幅较大。

从图中还可明显看出，自2011年以来梧州水文站 特征水位较之前有明显降落，主要是由于西江梯级枢纽工程相继建设且河道内采砂⑹，枢纽调节、坝下冲刷 等对本河段水位、流量影响明显。

结合表1,2009年长洲枢纽投入使用前，梧州水文站测得航道最高水位介 于17.38-27.48 m,最低水位介于2. 66〜4.25 m ；而2009年投产之后至今，天然航道水位下降明显,航道最 高水位最低降低至14. 1 m,最低水位则低至1.6 m o
因此，针对贵梧3 000 t 级航道工程建设,主要对2011年以来的水文统计资料进行分析,以获得本河段近期水文特征。

Fig. 2 Wuzhou hydrologic station characteristic stag
(National Height Datum 1985)(85 国家高程,2015 -07 -01 -2016 -06 -26)Fig. 3 Water level-discharge curve of Wuzhou hydrologic station
(National Height Datum 1985,2015 -07 -01 〜2016-06-26)
2设计最低通航水位及流量推求
2.1基本水文站设计最低通航水位及流量
计算河段位于长洲枢纽坝下，梧州水文站为河段基本水文站，设计最低通航水位采用保证率频率法计 算确定〔⑴。

76水道港 口第42卷第1期
长洲枢纽自2009年投入运行，按保证瞬时最小下泄流量不小于原天然河流设计最低通航水位相应的流 量1 090 m 3/s 运行。

因此,梧州桂江河口以上河段设计流量取1 090 m 3/s,其中龙号水道外江设计流量为 845 m 3/s ；梧州桂江河口以下河段设计流量由梧州水文站控制，采用梧州水文站保证率98% （5 a 一遇天然 流量）的流量1 100 m 3/s 为设计流量，根据水位-流量关系曲线（图3）确定设计最低通航水位为1.528 m o
2.2沿程设计水位及流量推求表1长洲坝下、龙坏航道站及梧州航务处与梧州水文站水位相关成果表[⑵
在基本站分析结果的基础上，利用沿程并拥有完善逐日观
测资料的长洲坝下（1#）、龙号航 道站（2#）及梧州航务处（7#）3 把固定水尺，分别建立其与梧州 水文站（8#）水位相关关系,进行 水位相关分析（如表1）：12],各固 定水尺与梧州水文站的相关曲 线详见图4。

Tab. 1 Water level correlation between the fixed water gages and Wuzhou hydrologic station 固定水尺位置
相关公式相关 系数人梧州站 水位/m 相关水尺 水位/m 长洲坝下（1#）Y = 0. 006 5X 2 +0. 836 6X + 1.936 40. 997 1
1.528 3.230龙号航道站（2#）Y = 0. 004 4疋 +0 887 0X + 1.511 90. 995 5 1.528
2. 877梧州航务处（7#）丫 二 1.003 2X + 0. 099 90. 999 7
1.528
1.633梧州水文站（8#） 1.528注：1、相关公式中变量X 代表梧州水文站水位，丫代表各固定水尺水位;2、表中水位基面为1985
国家高程基面。

(1#~8#)(7#~8#)
(2#~8#)
图4水位相关曲线Fig. 4 Water-level correlation curve
从图表可以看出，各固定水尺水位与梧州水文站
关系密切（相关系数疋＞0.99）,因此根据长洲坝下、
龙坏航道站、梧州航务处、梧州水文站四站对应最小
通航流量1 100 m 3/s 的水位值进行插值，可得整治前
沿程设计水位成果，如图5。

由图可看到,现阶段河段沿程设计水位较前期工
可阶段出现明显下降，长洲坝下水位降至3. 23 m,梧
洲航务处（8#水尺点）水位降落达最大值,较前期工
可阶段降低1.059 m o 经分析，水位的明显降落主要 是由于长洲枢纽运行对下游河床产生持续的冲刷下
切，加之坝下河段严重的人为采砂造成的。

图5整治前沿程设计水位(85国家高程)Fig. 5 Design water level before the project (National Height Datum 1985 )3工程后设计水位推求
在确定设计流量及设计水位后，采用2010年地形资料及2011〜2016年测得水文资料，根据各滩的整治 方案（前期工可阶段方案，如图2所示），建立水流连续方程和水流运动方程，计算航道整治开挖后的水面曲 线，作为工程后的设计水位。

Q=BhV
(1)
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瞪* /、
Z 2 +a^=Z t +a^ + hj +h f （2）式中卫为计算流量,m 3/s ; B 为计算断面水面宽度,m ；/i 为计算断面平均水深,m ；V 为计算断面平均流速, m/s ；Z2、Z ］为计算段上、下游断面水位,01；他、8为计算段上、下游断面动能修正系数;为计算段上、下游断面平均流速,m/s ；g 为重力加速度,m/s 2 ；h {为沿程水头损失,m,h { = Q 2/^ △厶;K 为计算断面平均流量 模数,K = l/nBh 3/5；M 为上、下断面间距,m ；e 为糙率内为局部水头损失,二“肾/2/g ） ,g 为局部阻力 系数。

全程以各固定水尺为依据，选取10个计算断面,
断面平均间距约为2.1 km,进行整治后水面线推算,
如图6。

由图可知，计算河段在最小通航流量1 100 m 3/s
下，沿程水位较工程前均有所下降，其中工程后梧洲
水文站在最小通航流量1 100 m 3/s 下，设计水位为
1.488 m,较工程前1. 528 m 略有下降（下降0. 04
m ）;水位下降幅度随距坝下距离越近而越大,最大水 位下降幅度发生在长洲坝下，下降0.795 m o 图6整治后沿程设计水位(85国家高程)Fig. 6 Design water level after the project
4结论
(National Height Datum 1985)
西江梯级枢纽的相继建设，使得坝下河段易发生清水冲刷。

对应本文所考虑的西江干线广西段末端 （长洲坝下一界首）河段，自2009年长洲枢纽运行后，加之人为无序采砂影响,水位较2009年前水位下降明 显。

通过对贵梧3 000 t 级航道工程方案实施后航道水位进行计算，工程后航道设计水位较前期有所降低, 因此贵梧3 000 t 级（长洲坝下一界首）河段航道设计水位应充分考虑长洲水利枢纽运行导致河床下切以及 航道整治开挖为3 000 t 级航道共同影响引起的枯水期水位备降值。

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Comparative analysis on superstructure seismic design of gravity quay wall
in China and PLANC
FU Chao,LI Xue-ye
(Ningbo China Communications Water Transportation Design and Research Co.Lid.,Ningbo315040,China)
Abstract:A comparative analysis was made for seismic design methods of gravity quay wall in codes and guidelines of China and PLANC.And an engineering example was adopted.The study shows that the results calculated by Chinese codes and PLANC guidelines are different but similar in trend for the same structure. Meanwhile,the present paper could be served as reference when designing gravity quay wall on seismic design.
Key words:gravity quay wall；superstructure；seismic design；comparison and analysis；PLANC Guidelines；Chinese Codes
(上接第77页)
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Design water level of the end of Xijiang Channel considering
the cascade reservoir scheduling
QIN Chang-pei1,WANG Xin2,FENG Xiao-xiang2
(1.Guangxi Communications Design Group CO.LTD.,Nanning530011,China；2.Tianjin Research Institute far Water Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin3004-56,China)
Abstract:The incoming water and sediment of river channels below the dam can be changed influenced by the cascade reservoir scheduling.The riverbed is scoured,just like the riverbed of the end of Xijiang Channel(river reach below the Changzhou Reservoir to Jieshou),which influences the design water level.In order to determine the water level of the Guigang-Wuzhou3000DWT channel project,the topography and hydrological data after the Changzhou reservoir schedule were used to re-calculate the design water level.The design water level of the end of Xijiang Channel should consider the enough devaluation caused by the riverbed scour and3000DWT channel regulation project simultaneously.
Key words:design water level；cascade reservoir；riverbed scour。