北江清远枢纽～三水河口设计最低通航水位分析与预测

赵学问，车进胜，林超明，覃益官

(广东省综合交通勘察设计院有限公司，广州510115)

0 前言

北江是珠江水系的第二大河流，其主流浈水发源于江西省信丰县石碣大茅坑，干流在三水河口与西江连通后进入珠江三角洲，干流全长468 km，流域面积38 362 km2作为连接广东省北部和珠江三角洲地区唯一水上通道，北江水运历史悠久，为沿河两岸社会经济发展起到了重要作用。特别是随着北江下游清远水利枢纽开工建设，自韶关市～清远水利枢纽河段将基本渠化，为北江中、下游(韶关市～三水河口)航道等级的提升创造了契机。而清远枢纽以下河段仍属于天然河道，近年来受人类活动的影响河床和水位变化剧烈［1］，分析并合理预测该河段设计最低通航水位是航道等级提升的基础条件。

根据《广东省内河航运发展规划》［2］北江濛里～三水河口规划为内河Ⅲ级，清远枢纽～三水河口属于其下游河段，本文有关水文分析均基于该航道规划等级进行。以下根据清远枢纽～三水河口河段基本水文站的水文资料，对该河段设计最低通航水位进行分析与预测。

1 基本水文站水位变化分析

清远枢纽～三水河口河段全长58 km，其中三水水文站位于三水河口，石角水文站位于三水河口上游55 km，北下游示意图见图1。上述两个水文站的水文资料基本能反映该河段水位变化情况。

图1 北江(清远枢纽～三水河口)地理位置示意图

1.1 三水水文站

自20世纪90年代以来，珠江三角洲地区河道受人类采砂活动的影响，河床普遍下切，引起中、上游干流河道水位显著下降。为此，收集了三水水文站1990—2010年日均水位、流量和潮位资料。

统计该站1990—2010年年均流量和年均水位变化情况见图2。由图2可知，1993年以前以及2003年以后该站年均流量和年均水位相对关系较为稳定，其中1993年以前年均水位曲线位于上部，2003年以后年均水位曲线位于下部，而1993—2003年期间年均流量和年均水位相对关系较为错乱，相同年均流量对应年均水位逐年下降。因此，2003—2010年短系列的水位资料能更反映该站近期实际情况。

图2 三水水文站1990—2010年年均流量和年均水位情况

统计该站2003—2010年月平均潮位年变幅均值为2.68 m，多年平均潮差为0.60 m，月平均潮位年变幅均值/多年平均潮差＞1，可见该站所在河段受潮汐影响不明显。根据规范［3］［4］的规定，对于天然河流设计最低通航水位，若受潮汐影响不明显则可采用综合历时曲线法或保证率频率法计算确定。

如前文所述，年平均流量与年均水位自2003年以后基本稳定的情况，且属于受潮汐影响不明显河段。因此，其设计最低通航水位采用综合历时曲线法计算，统计该站2003—2010年日均水位多年综合历时曲线见图3，其中保证率90%、95%、98%的水位分别为0.07 m、0.00 m和 -0.08 m(珠江基面，下同)。

图3 三水水文站2003—2010年日均水位综合历时保证率曲线

1.2 石角水文站

相对三水水文站而言，近年来石角水文站水位与流量关系稳定程度更差，见图4。由图4可知，自1990—2010年期间历年年均流量位于多年平均流量(1349m3/s)上下波动，一致性良好，但相同年均流量对应的年均水位却普遍呈逐年下降趋势。如1993年和2010年年均流量均为1 500 m3/s，对应的年均水位却分别为12.5 m和8.86 m，下降幅度超过3.6 m。

图4 石角水文站1990—2010年年均流量和年均水位情况

根据规范［4］的规定，当基本站所处河段河床和水文条件出现明显变化时，应采用流量系列统计分析确定设计流量，通过近期水位流量关系推求设计水位。

图5 石角站1990—2010年日均流量综合历时保证率曲线

统计该站1990—2010年日均水位多年综合历时曲线见图5，其中保证率90%、95%、98%的流量分别为290 m3/s、250 m3/s和198 m3/s，根据该站2010年水位流量关系得到相应水位分别为0.58 m、0.43 m和0.16 m。同时，根据清远枢纽设计文件，该枢纽设计航运基流为237 m3/s，根据2010年下半年水位～流量关系查得该流量对应的水位为0.38 m。

但是，由于石角水文站河段河床仍处于变化中，河道的进下切将进一步导致水位继续下降，航道整治或水利工程均需一定的建设周期，届时该站水位又将发生变化。

2 设计最低通航水位预测与取值

2.1 三水水文站

从前有关三水水文站水位变化分析可知，该站年均流量与年均水位关系在2003年以后趋于稳定，其2003—2010年日均水位应能反映所在河段水位情况，设计最低通航水位可按航道规划等级按规范［4］选择相应保证率的水位值。

同时，考虑到三水水文站位于珠江三角洲与珠江干流交界位置，而与之连通的东平水道在该位置设计最低通航水位为日最低潮年保证率98%，5年一遇的日最低潮水位-0.37 m(水位系列为1990—2006年)。目前北江中、下游正在开展千吨级航道整治工程前期研究工作，设计最低通航水位保证率与东平水道可保持一致。考虑到2003年以后河床下切对水位影响较小，并将水文系列延长，按综合历时曲线法复核1999—2010年三水水文站日最低潮累积频率98%对应水位为-0.50 m。可见三水水文站近年来低潮也基本保持稳定，变化幅度甚小。

为与东平水道设计最低通航水位保持衔接，基于上述分析，三水水文站设计最低通航水位可与东平水道设计最低通航水位保持一致，取-0.37 m。

2.2 石角水文站

如前所述，石角水文站水位流量关系一直处于变化中，目前尚未达到稳定状态，无论保证率98%的流量或清远枢纽设计航运基流对应的水位未来仍将进一步下降。因此，仅仅基于流量保证率出发，按现状水位流量关系推算石角水文站位置设计最低通航水位不合适。

为此，收集并分析了北江下游河段历年河道地形测量图，其中2007年河床下切自三水河口已上溯至界牌洲附近河段。同时，该年度北江三水河口～飞来峡水利枢纽河段开展了枯水水文测验工作，其中三水河口～界牌洲河床已下切河段水面落差仅为0.12 m。

因此，考虑到目前北江下游河段河床下切尚未完全上溯至石角水文站位置，宜参考下游已下切河段水面比降进行推算，根据三水水文站取值情况，据此预测石角水文站的设计最低通航水位为-0.22 m。亦即当该水文站日均水位保证率98%的水位下降至-0.22 m左右时将趋于稳定，不再出现显著变化。

3 结语

前文根据有关水文分析技术规范，对北江清远枢纽～三水河口河段三水水文站和石角水文站的水位近年变化情况进行了分析。由分析结果可知，三水水文站近年来水位流量关系基本稳定，基于近期的水位资料推算该站所在位置的设计最低通航水位是合适的;而石角水文站近年来水位流量关系仍处于变化中，随着河床下切未来一段时期内该站所在位置的水位仍将继续下降，因此该站最低通航水位宜参考下游水位流量关系已趋于稳定的河段进行。

综合上述分析，并结合相关水文测验、水利枢纽和周边水道航道整治工程建设情况，三水水文站设计最低通航水位取-0.37 m，并预测石角水文站设计最低通航水位未来将在-0.22 m左右达到稳定。上述两个基本水文站设计最低通航水位的分析结果，可作为该河段航道整治或水利工程建设的参考。

［1］彭钜新.北江下游枯水河床下切与水位下降分析［J］.水运工程，2004(07):56-58.

［2］广东省发改委.广东省内河航运发展规划［R］.广东省发展和改革委员会，2011.

［3］中华人民共和国交通部.GB50139—2004内河通航标准［S］.北京:中国交通出版社，2004.

［4］中华人民共和国交通部.JTS 145—1—2011内河航运工程水文规范［S］.北京:中国交通出版社，2011.