金沙江（水富至宜宾）航道整治工程设计最低通航水位的推求

李顺超，刘晓帆

（四川省交通厅交通勘察设计研究院，成都610017）

金沙江是长江源流，发源于青藏高原唐古拉山山脉主峰格拉丹东雪山西南侧的沱沱河，流经青海、西藏、云南和四川。青海玉树至四川宜宾称金沙江，宜宾以下称长江。金沙江流域面积47.32万km2，流域地势北高南低，逐渐向东南倾斜，该江流经高山峡谷、滩险多、流态复杂，但雨量充沛、水资源丰富、水流集中、具有发电航运开发的有利条件。金沙江（水富至宜宾）河段属于金沙江下游河口段，全长30 km。本文研究的航道整治工程河段起始于水富县城上游约1.8 km处的在建向家坝水利枢纽，止于与长江汇合口——宜宾合江门处；在水富下游约2 km处有全长307 km的横江支流从右岸汇入，横江流域面积约1.5万km2。按照交通部《长江干线航道总体规划纲要》确定的建设目标，至2020年金沙江水富至宜宾、长江宜宾至重庆航道等级均达到Ⅲ级航道标准，形成大型船舶江海直达、干支流高等级航道贯通。因此，需对长江干线（水富至宜宾）段航道进行建设，使其达到通行1 000 t级船舶的Ⅲ级航道标准，以满足国家对长江干线航道规划建设目标的需求。

目前金沙江（水富至宜宾）航道等级只达到Ⅴ级，航道尺度为1.8 m×40 m×320 m（水深×航宽×弯曲半径），常年通行220 kW+2×300 t船队，其中半年左右时间可通航350 kW+2×350 t船队。为寻求较佳的整治工程方案，在深入分析天然设计流量和水电站调度运行方式的基础上，采用电站设计日调节流量计算推求方法，结合南京水利科学研究院“向家坝下游一维非恒定流数值计算的分析”的成果，最终计算确定了研究河段航道整治工程的设计最低通航水位［1-3］。

1 水文资料收集

金沙江（水富至宜宾）航道整治河段位于屏山水文站和向家坝水电站的下游，汛期受横江和岷江的影响。为对这些影响进行深入研究，收集了屏山水文站、向家坝水文站、宜宾水位站和安边水文站及向家坝水电站的设计资料，并于河段各滩险处设置了17组基本水尺，对洪、中、枯水位进行了观测。

2 设计最低通航水位的推求

2.1 水文（位）站综合历时曲线的统计

根据《内河航道与港口水文规范》（JTJ214-2000），分别取屏山站1986～2005年逐日平均水位资料、宜宾站1986～2005年的逐日平均水位资料、安边站1951～1955年逐日平均水位资料和横江站1986～2005年逐日平均流量资料进行综合历时曲线统计，并绘制综合历时曲线（图1），图中水位为吴淞高程系统。

图1 水文（位）站综合历时曲线图Fig.1 Synthetic duration curve at hydrological（stage）stations

2.2 水文站水位流量关系曲线的建立

根据屏山站2002年、2003年、2005年的水位流量观测资料点绘出水位流量关系曲线（图2-a），并用大洪水年份的高水水位流量观测资料，对点绘的水位流量关系曲线进行外延［4-5］。图2-a中水位为吴淞高程系统。

根据向家坝站2003年、2004年2月1日～4月31日的水位流量观测资料点绘出水位流量关系曲线（图2-b），图2-b中水位为黄海高程系统。

安边站于1956年撤消，为研究横江汇入后的金沙江研究河段的流量增长情况，根据该站1953～1955年的水位流量观测资料，点绘出该站水位流量关系曲线（图2-c），图2-c中水位为吴淞高程系统。

2.3 水位相关线的建立

为了获得各水文（位）站和基本水尺的设计最低通航水位，根据2004年4月和2005年3月向家坝站水文站和屏山水文站的瞬时水位观测资料，点绘两者水位相关线［6］。上段1#基本水尺位于支流横江与金沙汇入口下游，是金沙江水富至宜宾河段上段第一组水尺，根据其2005年间7个月的瞬时水位观测资料，通过点绘水位过程线，找出与屏山站相应水位，点绘其水位相关线，之后又建立1#基本水尺与上段2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#，下段 1#、2#、3#、4#基本水尺水位相关线。因为下段5#、6#、7#基本水尺位于大雪滩及其下游河段，该河段受岷江顶托影响明显，故与宜宾站相关，同样将这些水尺在2005年间3个月的水位观测资料与宜宾站进行相关性分析。

图2 水文站水位流量关系图Fig.2 Stage-discharge relation curve at hydrological stations

2.4 向家坝电站下泄非恒定流时河段瞬时最小流量

向家坝电站在枯水期（12月至次年4月）设计日调节下泄非恒定流有2种工况，日内流量有一峰一谷的变化，其中工况1最小下泄流量为1 200 m3/s，1 a中有5个月为1 200 m3/s，而工况2最小下泄流量为1 253 m3/s，出现在2月份。

根据《内河通航标准》（GB50139-2004），对枢纽下游河段设计最低通航水位应“按本标准第6.2.2条规定的多年历时保证率，分析选定设计流量，并考虑河床冲淤变化和电站日调节的影响推算确定”的规定，结合上述向家坝电站设计日调节非恒定流的特性，研究论证后确定以电站最不利的工况1日调节下泄非恒定流过程为依据，选定向家坝电站至支流横江汇入口河段的瞬时最小流量为1 200 m3/s，以下河段考虑支流横江汇入50 m3/s，其瞬时最小流量为1 250 m3/s。

2.5 水文（位）站设计最低通航水位的推求

研究河段规划航道等级为Ⅲ级，根据《内河通航标准》（GB50139-2004），天然河流Ⅲ级航道的设计最低通航水位的多年历时保证率为98%～95%。但该河段上游正在修建向家坝水电站，按《内河通航标准》（GB50139-2004）的规定，其设计最低通航水位应采用枢纽瞬时最小下泄流量对应的水位。根据上述各水文（位）站的综合历时曲线成果、电站瞬时最小下泄流量和水位流量关系，查得各水文（位）站的设计最低通航水位及相应流量（表1）。

表1 各水文（位）站设计最低通航水位统计表Tab.1 Design lowest navigable stage at each hydrological station

表2 各基本水尺保证率98%的设计最低通航水位表Tab.2 Design lowest navigable stage with the guarantee rate of 98%at each basic water gaugem

表3 各基本水尺设计最低通航水位表Tab.3 Design lowest navigable stage at each basic water gaugem

2.6 各基本水尺设计最低通航水位的推求

为了研究向家坝水电站修建后对水富至宜宾河段设计最低通航水位的影响，依据本河段拟订的航道等级和《内河通航标准》的规定，分天然和下泄非恒定流2种情况对设计最低通航水位标准进行选取，前者多年历时保证率取98%，后者取向家坝电站日调节下泄瞬时最小流量。

2.6.1 天然情况下各基本水尺设计最低通航水位的推求

根据所推求的各水文（位）站不同保证率的设计最低通航水位和相应流量，选定多年历时保证率为98%对应的水位和流量，通过基本水尺与水文（位）站及基本水尺间水位相关线（低水放大），求得各基本水尺保证率为98%（流量1 331 m3/s）时设计最低通航水位（表2）。

2.6.2 非恒定流情况下各基本水尺设计最低通航水位的推求

根据向家坝电站枯水期设计瞬时最小下泄流量1 200 m3/s（横江河口以下为1250 m3/s），通过前面建立的水位流量关系查得屏山、向家坝等水文站的对应水位，再通过水位相关线，推求得各基本水尺设计最低通航水位（表3）。

表4 各基本水尺设计水位比较表Tab.4 Comparison of design water levels calculated by different methods at each basic water gaugem

2.6.3 研究河段各基本水尺设计最低通航水位的选定

南京水利科学研究院曾在该河段数模研究中提出了研究河段设计最低通航水位。本文推求了天然和非恒定流2种情况下设计最低通航水位值（表4）。由表4可以看出，在河口段，因为受岷江顶托影响，只能采用宜宾站保证率98%的水位通过相关求得，所以下段6#、7#基本水尺几种方法的结果较接近，但以上河段情况不同，南京水利科学研究院的结果最高，其次是天然情况下98%的水位，最低为向家坝站推得。最后通过比较，采用屏山站流量为1 200 m3/s时的相关结果，作为各基本水尺推荐的设计最低通航水位（表 5）。

表5 各基本水尺设计水位表（考虑电站下泄非恒定流影响）Tab.5 Final design water levels at each basic water gauge(considering the effect of unsteady flow)m

3 结语

金沙江（水富至宜宾）段航道位于向家坝水电站下游，受电站下泄非恒定流的影响十分明显，设计最低通航水位计算条件复杂，其成果直接关系到航道整治工程的成败。本文在深入分析天然设计流量和水电站调度运行方式的基础上，结合南京水利科学研究院“向家坝下游一维非恒定流数值计算的分析”的成果进行研究，最终确定采用电站设计日调节流量中最小流量计算研究河段航道整治工程的设计最低通航水位。有效解决了电站下游受电站日调节影响大、设计最低通航水位难以确定的问题，可为同类航道设计最低通航水位的确定提供参考。

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