库区支流通航水域及设计通航水位的确定方法

刘晓帆，陈婷婷，何 熙，陈 刚

(四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610017)

金沙江流域内水力资源丰富，根据2003年水力资源复查成果，金沙江干支流水力资源理论蕴藏量平均功率121.020 GW，占长江全流域理论蕴藏量的43.6%，是我国重要的水电基地。攀枝花—宜宾为金沙江下段，区间流域面积21.4万km2，河段长768 km，河道平均比降0.93‰。金沙江下段规划的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4个梯级均为高坝大库，最大坝高分别为265、289、278、162 m，4个梯级建成后将分别形成200、183、194、157 km的深水库区航道，同时使位于库区内的支流航道通航条件极大改善，使得原本不通航的支流具备通航条件。目前向家坝、溪洛渡电站均已下闸蓄水，白鹤滩、乌东德电站也已开工建设。本文以溪洛渡库区支流溜筒河为例，分析研究位于高坝库区内支流航道的通航水域和设计通航水位的推求方法[1]。

1 航道条件

溜筒河位于四川省凉山州雷波县南部，是金沙江左岸一级支流，属于美姑河流域。美姑河干流全长170 km，美姑大桥以上为美姑河，美姑大桥至河口段55 km河段穿行于高山峡谷之中，水流湍急，过去因无桥无船只能用藤索滑至彼岸，故称溜筒河。溜筒河流经美姑县、雷波县，于雷波县沙坪子村汇入金沙江，汇合口下游37 km为已建金沙江溪洛渡枢纽坝址。雷波县境内溜筒河沿岸两侧坪头、莫红、巴姑等磷矿探明储量超过1.9亿t。研究河段是典型的山区河流，天然落差超过120 m，平均比降高达10.9‰。溪洛渡枢纽修建前，研究河段水面窄、比降大、流速急、流态紊乱，不具备通航条件；溪洛渡枢纽修建后，溜筒河航道条件得到根本性改善，溪洛渡正常蓄水位600 m时溜筒河回水里程为15.6 km到雷波县莫红乡附近，辐射覆盖沿岸各大磷矿，具备发展水路运输的优良条件，有条件成为沿岸磷矿等矿产资源运输的水运通道。目前，溜筒河航道尚未被认定为通航水域，航道等级不明确。

2 通航水域的确定

2.1 溪洛渡坝前水位综合历时曲线

收集溪洛渡梯级2013年5月4日—2018年10月31日2:00、8:00、14:00、20:00的水位，计算得到每日平均水位，从而得到溪洛渡蓄水完成后的逐年不同保证率下的水位(表1)。根据统计结果可知，各保证率下的上游水位在各年份间有明显波动，在溪洛渡梯级蓄水试运营期间(2013年11月—2014年6月)坝前水位明显偏低。本次溪洛渡坝前水位综合历时曲线[2]成果采用去除试运营期间的坝前水位的统计成果(表1最后一行)。溪洛渡坝前水位综合历时曲线如图1所示。

表1 溪洛渡坝上不同保证率P下的水位

图1 溪洛渡坝前水位综合历时曲线

2.2 溜筒河航道起点

溪洛渡梯级正常蓄水位回水长度15.6 km，其中常年回水区8.5 km，变动回水区7.1 km。根据研究河段实测地形图并结合溪洛渡坝前水位综合历时曲线(图1)确定各级特征水位下溜筒河回水里程、卡口河宽、通航保证率(表2)，各级特征水位的水边线如图2所示。

图2 溜筒河各级特征水位下水边线

表2 研究河段各级特征水位下回水里程、卡口河宽、通航保证率

由于天然情况下的溜筒河不具备通航条件，只有成为库区后才可能满足通航条件，因此航道起点应位于15.6 km回水范围内。

当研究河段水位为溪洛渡坝前保证率95%、水位548.31 m时，溜筒河回水长度9.0 km，回水范围内河面宽度44～314 m。当研究河段水位为库区汛限水位560 m(通航保证率为82.8%)时，溜筒河回水长度13 km，回水末端接近莫红磷矿，回水范围内河面宽度21～350 m，10 km以下河段航道条件较好，河面宽度为48～350 m，最小水深大于6 m，弯曲半径大于480 m；10 km以上河段受两岸地形限制，山壁陡峭，河道狭窄，航道条件较差，其中10～10.5 km段水面宽度36 m，10.8 km卡口处河宽仅21 m，不满足Ⅴ级以上单线航道宽度22 m标准[3]，若采取山体切除工程措施，工程投资大且对环境破坏较大。此外，10 km以上河段为峡谷段，河道较窄，没有优良的码头岸线可利用。根据回水里程、水位保证率、航道条件、矿产资源分布、码头作业区规划等因素综合分析论证，溜筒河航道起点宜设置在航道里程10 km处，即溜筒河的通航水域为河口以上10 km范围。

3 通航等级的确定

当水位为溪洛渡坝前死水位540.00 m时，溜筒河8.5 km回水范围内河段水深条件较好，河段较为宽阔，仅在航道里程7 km处受左岸山体深入江心挤占河道影响，最小河宽为40 m。当水位为溪洛渡坝前保证率95%水位548.31 m时，溜筒河9.2 km回水范围内河段水深条件较好，河面宽度44～314 m。当水位为溪洛渡汛限水位560 m时，溜筒河10 km回水范围内河段河面宽度48～350 m，最小水深大于6 m。从各级特征水位下航道宽度及水深条件来看，在采取少量航道整治等工程措施的基础上，研究河段航道等级至少满足Ⅲ级单线航道尺度(2.0～2.4)m×30 m×480 m(水深×航宽×弯曲半径)的要求[4]。

除水深、河宽条件外，航道等级的确定还受到弯曲半径、临跨河建筑物通航净空尺度等因素的影响。研究河段弯曲半径较大，各级特征水位下均大于480 m，临跨河建筑物以及过江电缆通航净空尺度较大，均能满足Ⅲ级及以上航道等级的要求。

同时，研究河段位于溪洛渡坝址上游37 km处，干流金沙江航道等级规划为内河Ⅲ级及以上，为避免干支航道等级的不一致造成中转困难，结合航道的基础条件，确定研究河段溜筒河航道等级为内河Ⅲ级航道。

4 设计通航水位

4.1 设计最高通航水位

溜筒河航道拟规划为Ⅲ级航道，根据GB 50139—2014《内河通航标准》，Ⅲ级航道设计最高通航水位应采用溪洛渡坝前水位为正常蓄水位时的20 a一遇回水曲线。根据溪洛渡水库(支流溜筒河库区)回水计算成果[5]，推求溜筒河航道沿程设计最高通航水位，如表3所示。

表3 溜筒河航道设计最高通航水位

4.2 设计最低通航水位

4.2.1常年回水区

溜筒河多年平均流量为33.7 m3/s，枯水期来流量更小，在溪洛渡枢纽回水范围内，溜筒河航道水位主要受下游溪洛渡电站坝前水位控制，可忽略溜筒河的回水比降。溜筒河航道拟规划为Ⅲ级航道，枢纽上游设计最低通航水位应采用多年历时保证率95%的入库流量与相应的坝前消落水位组合，以及坝前死水位或最低运行水位与相应的各级入库流量组合，得出多组回水曲线，取其下包线作为沿程各点的设计最低通航水位。因此，在忽略溜筒河回水比降的情况下，溜筒河常年回水区8.5 km航道设计最低通航水位为溪洛渡枢纽的死水位540.00 m。

4.2.2变动回水区

4.2.2.1方案

1)方案1：变动回水区段设计最低通航水位采用溪洛渡坝前保证率95%水位548.31 m时，其在溜筒河回水位置为航道里程9.0 km处。9.0～10.0 km航道因地形大部分高于设计最低通航水位548.31 m，因此需要开挖一条长1.0 km、深3.0～3.5 m、直线段底宽为30 m的通航明渠，并需要在航道末端开挖范围适宜的停泊及回旋水域，方便船舶安全停靠以及掉头。

2)方案2：变动回水区段设计最低通航水位采用溪洛渡库区汛限水位560.00 m时，溜筒河回水里程为13.0 km。研究河段范围(0～10 km)内航道弯曲半径均大于480 m，最小水深超过6 m。若该段航道采用Ⅲ级单线标准，需要对9.0～9.5 km河段局部突嘴、卡口区域进行切除，使航道宽度满足规范要求。

4.2.2.2方案比较

从整治工程量和投资的角度看，由于溜筒河平均河道比降高达10.9‰，1.0 km航槽最大开挖深度可达10 m以上，因此方案1航道开挖工程量及投资大，且开挖后航槽非常容易回淤，边坡稳定性差，维护工作量大；方案2需要对局部不满足航宽的突嘴、卡口进行切除，工程量及投资较小。从通航保证率和航道通过能力角度看，方案1在采取开挖1.0 km航槽后，该段航道的通航保证率可达到95%，满足Ⅲ级航道设计最低通航水位保证率的要求；方案2采用溪洛渡汛限水位560.00 m作为该段航道的设计最低通航水位，该水位保证率可达到82.8%(图1)，每年减少的通航天数约为45 d，对该段航道通过能力影响相对较小。

根据航道整治工程措施可行性、航道整治工程投资、通航保证率以及航道通过能力等综合分析，确定溜筒河变动回水区(8.5～10.0 km)航道的设计最低通航水位采用溪洛渡梯级汛限水位560.00 m，即采用方案2。

5 结语

1)山区河流高坝大库建成后，形成了长距离深水库区航道，同时使位于库区内的支流航道通航条件极大改善，使得原本不通航的支流具备通航条件。亟需开展库区支流航道通航水域确定、航道等级论证以及航运规划等相关工作。

2)由于库区支流航道是由库区回水形成，因此通航水域、航道等级与设计通航水位的确定相互关联。首先，根据坝前水位回水里程、水位保证率、航道条件、矿产资源分布、码头作业区规划等因素综合分析论证库区支流航道的起点，确定通航水域；之后再根据水深、河宽、弯曲半径等航道条件、临跨河建筑物通航净空尺度、下游干流航道规划等级等因素确定库区支流航道等级；最后确定支流航道设计最低通航水位。

3)由于山区支小河流比降大、流量小，开挖航槽投资大且对环境破坏较大，因此不宜为了延长库区支流航道而进行开挖航槽。

4)库区支流航道设计最低通航水位应区分常年回水区和变动回水区，常年回水区的设计最低通航水位应取梯级最低运行水位(死水位)，而变动回水区的设计最低通航水位需要根据航道整治工程措施可行性、航道整治工程投资、通航保证率以及航道通过能力等进行综合分析确定。如果变动回水区较长，必要时也可对变动回水区进行分段确定设计最低通航水位。