庫區支流通航水域及設計通航水位的確定方法

劉曉帆，陳婷婷，何 熙，陳 剛

(四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610017)

金沙江流域內水力資源豐富，根據2003年水力資源復查成果，金沙江干支流水力資源理論蘊藏量平均功率121.020 GW，占長江全流域理論蘊藏量的43.6%，是我國重要的水電基地。攀枝花—宜賓為金沙江下段，區間流域面積21.4萬km2，河段長768 km，河道平均比降0.93‰。金沙江下段規劃的烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩4個梯級均為高壩大庫，最大壩高分別為265、289、278、162 m，4個梯級建成后將分別形成200、183、194、157 km的深水庫區航道，同時使位于庫區內的支流航道通航條件極大改善，使得原本不通航的支流具備通航條件。目前向家壩、溪洛渡電站均已下閘蓄水，白鶴灘、烏東德電站也已開工建設。本文以溪洛渡庫區支流溜筒河為例，分析研究位于高壩庫區內支流航道的通航水域和設計通航水位的推求方法[1]。

1 航道條件

溜筒河位于四川省涼山州雷波縣南部，是金沙江左岸一級支流，屬于美姑河流域。美姑河干流全長170 km，美姑大橋以上為美姑河，美姑大橋至河口段55 km河段穿行于高山峽谷之中，水流湍急，過去因無橋無船只能用藤索滑至彼岸，故稱溜筒河。溜筒河流經美姑縣、雷波縣，于雷波縣沙坪子村匯入金沙江，匯合口下游37 km為已建金沙江溪洛渡樞紐壩址。雷波縣境內溜筒河沿岸兩側坪頭、莫紅、巴姑等磷礦探明儲量超過1.9億t。研究河段是典型的山區河流，天然落差超過120 m，平均比降高達10.9‰。溪洛渡樞紐修建前，研究河段水面窄、比降大、流速急、流態紊亂，不具備通航條件；溪洛渡樞紐修建后，溜筒河航道條件得到根本性改善，溪洛渡正常蓄水位600 m時溜筒河回水里程為15.6 km到雷波縣莫紅鄉附近，輻射覆蓋沿岸各大磷礦，具備發展水路運輸的優良條件，有條件成為沿岸磷礦等礦產資源運輸的水運通道。目前，溜筒河航道尚未被認定為通航水域，航道等級不明確。

2 通航水域的確定

2.1 溪洛渡壩前水位綜合歷時曲線

收集溪洛渡梯級2013年5月4日—2018年10月31日2:00、8:00、14:00、20:00的水位，計算得到每日平均水位，從而得到溪洛渡蓄水完成后的逐年不同保證率下的水位(表1)。根據統計結果可知，各保證率下的上游水位在各年份間有明顯波動，在溪洛渡梯級蓄水試運營期間(2013年11月—2014年6月)壩前水位明顯偏低。本次溪洛渡壩前水位綜合歷時曲線[2]成果采用去除試運營期間的壩前水位的統計成果(表1最后一行)。溪洛渡壩前水位綜合歷時曲線如圖1所示。

表1 溪洛渡壩上不同保證率P下的水位

圖1 溪洛渡壩前水位綜合歷時曲線

2.2 溜筒河航道起點

溪洛渡梯級正常蓄水位回水長度15.6 km，其中常年回水區8.5 km，變動回水區7.1 km。根據研究河段實測地形圖并結合溪洛渡壩前水位綜合歷時曲線(圖1)確定各級特征水位下溜筒河回水里程、卡口河寬、通航保證率(表2)，各級特征水位的水邊線如圖2所示。

圖2 溜筒河各級特征水位下水邊線

表2 研究河段各級特征水位下回水里程、卡口河寬、通航保證率

由于天然情況下的溜筒河不具備通航條件，只有成為庫區后才可能滿足通航條件，因此航道起點應位于15.6 km回水范圍內。

當研究河段水位為溪洛渡壩前保證率95%、水位548.31 m時，溜筒河回水長度9.0 km，回水范圍內河面寬度44～314 m。當研究河段水位為庫區汛限水位560 m(通航保證率為82.8%)時，溜筒河回水長度13 km，回水末端接近莫紅磷礦，回水范圍內河面寬度21～350 m，10 km以下河段航道條件較好，河面寬度為48～350 m，最小水深大于6 m，彎曲半徑大于480 m；10 km以上河段受兩岸地形限制，山壁陡峭，河道狹窄，航道條件較差，其中10～10.5 km段水面寬度36 m，10.8 km卡口處河寬僅21 m，不滿足Ⅴ級以上單線航道寬度22 m標準[3]，若采取山體切除工程措施，工程投資大且對環境破壞較大。此外，10 km以上河段為峽谷段，河道較窄，沒有優良的碼頭岸線可利用。根據回水里程、水位保證率、航道條件、礦產資源分布、碼頭作業區規劃等因素綜合分析論證，溜筒河航道起點宜設置在航道里程10 km處，即溜筒河的通航水域為河口以上10 km范圍。

3 通航等級的確定

當水位為溪洛渡壩前死水位540.00 m時，溜筒河8.5 km回水范圍內河段水深條件較好，河段較為寬闊，僅在航道里程7 km處受左岸山體深入江心擠占河道影響，最小河寬為40 m。當水位為溪洛渡壩前保證率95%水位548.31 m時，溜筒河9.2 km回水范圍內河段水深條件較好，河面寬度44～314 m。當水位為溪洛渡汛限水位560 m時，溜筒河10 km回水范圍內河段河面寬度48～350 m，最小水深大于6 m。從各級特征水位下航道寬度及水深條件來看，在采取少量航道整治等工程措施的基礎上，研究河段航道等級至少滿足Ⅲ級單線航道尺度(2.0～2.4)m×30 m×480 m(水深×航寬×彎曲半徑)的要求[4]。

除水深、河寬條件外，航道等級的確定還受到彎曲半徑、臨跨河建筑物通航凈空尺度等因素的影響。研究河段彎曲半徑較大，各級特征水位下均大于480 m，臨跨河建筑物以及過江電纜通航凈空尺度較大，均能滿足Ⅲ級及以上航道等級的要求。

同時，研究河段位于溪洛渡壩址上游37 km處，干流金沙江航道等級規劃為內河Ⅲ級及以上，為避免干支航道等級的不一致造成中轉困難，結合航道的基礎條件，確定研究河段溜筒河航道等級為內河Ⅲ級航道。

4 設計通航水位

4.1 設計最高通航水位

溜筒河航道擬規劃為Ⅲ級航道，根據GB 50139—2014《內河通航標準》，Ⅲ級航道設計最高通航水位應采用溪洛渡壩前水位為正常蓄水位時的20 a一遇回水曲線。根據溪洛渡水庫(支流溜筒河庫區)回水計算成果[5]，推求溜筒河航道沿程設計最高通航水位，如表3所示。

表3 溜筒河航道設計最高通航水位

4.2 設計最低通航水位

4.2.1常年回水區

溜筒河多年平均流量為33.7 m3/s，枯水期來流量更小，在溪洛渡樞紐回水范圍內，溜筒河航道水位主要受下游溪洛渡電站壩前水位控制，可忽略溜筒河的回水比降。溜筒河航道擬規劃為Ⅲ級航道，樞紐上游設計最低通航水位應采用多年歷時保證率95%的入庫流量與相應的壩前消落水位組合，以及壩前死水位或最低運行水位與相應的各級入庫流量組合，得出多組回水曲線，取其下包線作為沿程各點的設計最低通航水位。因此，在忽略溜筒河回水比降的情況下，溜筒河常年回水區8.5 km航道設計最低通航水位為溪洛渡樞紐的死水位540.00 m。

4.2.2變動回水區

4.2.2.1方案

1)方案1：變動回水區段設計最低通航水位采用溪洛渡壩前保證率95%水位548.31 m時，其在溜筒河回水位置為航道里程9.0 km處。9.0～10.0 km航道因地形大部分高于設計最低通航水位548.31 m，因此需要開挖一條長1.0 km、深3.0～3.5 m、直線段底寬為30 m的通航明渠，并需要在航道末端開挖范圍適宜的停泊及回旋水域，方便船舶安全?？恳约暗纛^。

2)方案2：變動回水區段設計最低通航水位采用溪洛渡庫區汛限水位560.00 m時，溜筒河回水里程為13.0 km。研究河段范圍(0～10 km)內航道彎曲半徑均大于480 m，最小水深超過6 m。若該段航道采用Ⅲ級單線標準，需要對9.0～9.5 km河段局部突嘴、卡口區域進行切除，使航道寬度滿足規范要求。

4.2.2.2方案比較

從整治工程量和投資的角度看，由于溜筒河平均河道比降高達10.9‰，1.0 km航槽最大開挖深度可達10 m以上，因此方案1航道開挖工程量及投資大，且開挖后航槽非常容易回淤，邊坡穩定性差，維護工作量大；方案2需要對局部不滿足航寬的突嘴、卡口進行切除，工程量及投資較小。從通航保證率和航道通過能力角度看，方案1在采取開挖1.0 km航槽后，該段航道的通航保證率可達到95%，滿足Ⅲ級航道設計最低通航水位保證率的要求；方案2采用溪洛渡汛限水位560.00 m作為該段航道的設計最低通航水位，該水位保證率可達到82.8%(圖1)，每年減少的通航天數約為45 d，對該段航道通過能力影響相對較小。

根據航道整治工程措施可行性、航道整治工程投資、通航保證率以及航道通過能力等綜合分析，確定溜筒河變動回水區(8.5～10.0 km)航道的設計最低通航水位采用溪洛渡梯級汛限水位560.00 m，即采用方案2。

5 結語

1)山區河流高壩大庫建成后，形成了長距離深水庫區航道，同時使位于庫區內的支流航道通航條件極大改善，使得原本不通航的支流具備通航條件。亟需開展庫區支流航道通航水域確定、航道等級論證以及航運規劃等相關工作。

2)由于庫區支流航道是由庫區回水形成，因此通航水域、航道等級與設計通航水位的確定相互關聯。首先，根據壩前水位回水里程、水位保證率、航道條件、礦產資源分布、碼頭作業區規劃等因素綜合分析論證庫區支流航道的起點，確定通航水域；之后再根據水深、河寬、彎曲半徑等航道條件、臨跨河建筑物通航凈空尺度、下游干流航道規劃等級等因素確定庫區支流航道等級；最后確定支流航道設計最低通航水位。

3)由于山區支小河流比降大、流量小，開挖航槽投資大且對環境破壞較大，因此不宜為了延長庫區支流航道而進行開挖航槽。

4)庫區支流航道設計最低通航水位應區分常年回水區和變動回水區，常年回水區的設計最低通航水位應取梯級最低運行水位(死水位)，而變動回水區的設計最低通航水位需要根據航道整治工程措施可行性、航道整治工程投資、通航保證率以及航道通過能力等進行綜合分析確定。如果變動回水區較長，必要時也可對變動回水區進行分段確定設計最低通航水位。