受下游枢纽调度影响某内河码头设计水位分析

◎彭芬 江西省港航设计院有限公司

1.概述

内河港口是指不受潮汐影响或者潮汐影响不明显的感潮河段上建立的供船舶安全进出和停泊的水工建筑物。某内河码头为散货斜坡道码头，位于两枢纽（两枢纽间距约100km）之间，工程河段为内河非感潮河段，距下游枢纽约48km，上游约13km处设有水文站。

1.1 下游枢纽调度情况

枢纽位一座以防洪、发电为主，兼有航运、灌溉等综合利用功能的水利枢纽工程，控制流域面积62710km2，多年平均流量1640m3/s。水库正常蓄水位46.0m，未与石虎塘最低通航水位相衔接，死水位44.0m，汛限水位45.0m（由于库区淹没大，目前降低至44.5m），防洪高水位49.0m，设计洪水位49.0m，校核洪水位49.0m。枢纽调度运行规则为：

当坝址流量Q＜5000m3/s（防洪与兴利运行分界流量）时，水库在正常蓄水位（46.0m）至死水位（44.0m）之间运行，进行径流调节；

当坝址来水流量介于5000～20000m3/s之间时，采取降低坝前水位运行并对坝前水位进行动态控制的洪水调度运行方式进行调度，具体调度方式见表1。

表1 枢纽上游不同来水流量与相应动态控制坝前水位范围关系表

由于库区淹没大，枢纽上游正常蓄水位比规划正常蓄水位降低了1.9m。

1.2 水文站情况

水文站位控制流域面积56223 km2。该站测验河段大致顺直，两岸均为防洪堤。河床由块石、中沙及卵石组成。上游3km有支流加入。

2.水文特性分析

分析水文站1957年后历年流量水位资料，点绘水文站2000～2019年流量水位关系散点图（见图1），统计该站水位特征值（见表2）。

表2 水文站水位特征值统计表

图1 水文站流量水位关系图

由图表可以明显看出，2003年前（即下游枢纽蓄水前），水文站水位～流量关系线基本为单一线，且较稳定。2003～2008年，受最上游枢纽建成使用的影响，导致河段上游来沙量大量减少，河床有冲有淤，但冲淤变幅较小，一般小于±5cm，河段总体呈冲刷态势。2008～2012年底，区间上游枢纽建设，对水文站水位基本无影响。2013年后，受下游枢纽建成蓄水的影响，水文站流量水位未遵循一一对应的关系，主要影响在枯水期。

3.设计水位分析

3.1 设计高水位

根据《港口与航道水文规范》和《河港总体设计规范》相关规定，本工程码头受淹损失类别按二类码头考虑。设计高水位一是采用重现期20年的高水位，并考虑下游枢纽运行对工程处水位的影响；二是枢纽上游河段港口码头设计高水位可根据枢纽坝前正常蓄水位或设计挡水位时的沿程回水曲线确定，并应计入河床可能淤积引起的水位抬高值。后者低于前者时，按前者确定。

图2 水文站、枢纽坝前2019年水位过程线

分析水文站1999～2019年水位资料，采用频率曲线法推算该站20年一遇的高水位为51.89m。根据下游枢纽对应坝前水位，计算出河段高水比降，再利用比降推算至码头处，得出码头处20年一遇的高水位为50.12m。

通过下游枢纽沿程回水曲线，推算工程处20年一遇高水位为51.15m，对应流量为19700m3/s。而分析水文站1964～2019年流量资料，采用起迄年法综合分析确定该流量对应的历史洪水重现期为100年，计算20年一遇洪水流量为16150m3/s，对应枢纽上游库区10年一遇（对应流量为17400m3/s）流量，故采用枢纽上游库区10年一遇（对应流量为17400m3/s）计算沿程回水曲线较合理。经推算，该情况下工程处水位为49.89m。

故工程处设计高水位取50.12m。

3.2 设计低水位

根据《港口与航道水文规范》和《河港总体设计规范》相关规定，本工程码头设计低水位应与所在航道的设计最低通航水位一致，采用多年历时保证率98%的水位。同时，枢纽上游河段设计通航水位应采用98%保证率的入库流量与相应的坝前消落水位组合，并采用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，并应计入河床冲淤可能引起的水位变化值。

从上图及2016年后水文站、枢纽坝前水位资料分析，近年来，枢纽并未按设计的特征水位运行，但其运行方式具有规律性，主要表现在每年的3～5月份，坝前水位降低至汛限水位运行，此时，坝前河段沿程水位受来流量不同而变化。6月份往往会出现最大洪峰流量，此时，枢纽敞泄洪水，坝前虽然可能会出现最低运行水位，导致近坝河段河道比降较大，但影响范围仅出现在近坝河段，出现该情况历时较短。汛后，枢纽恢复至44.5m左右运行，库区河段水面比降较小。

由于建库时间较短，水文站可参考水位资料年限较短，且缺乏坝前低水位时的回水曲线资料，但基本可以确定的是工程处出现最低水位的时间主要在汛前枢纽腾库容时期。因此，工程处设计低水位主要结合水文站近年来水位资料及枢纽汛前运行方式确定。分析水文站2016年～2019年水位资料，保证率98%的水位为43.03m，参考枢纽坝前水位资料，汛前坝前水位降低至43m上下运行。故工程处设计低水位取43m。

4.结论

本文从工程应用的角度出发，充分考虑下游枢纽运行调度对上游码头设计水位的影响，为工程建设提供必要的参考。得出的主要结论如下：

（1）采用河段高水比降推算的设计高水与相应重现期流量对应回水曲线推算的设计高水比较，前者（50.12m）大于后者（49.89m），最终确定工程处设计高水位为：50.12m。

（2）充分考虑枢纽汛前运行方式（每年的3～5月份，坝前水位降低至汛限水位43m运行，），经与枢纽正常蓄水位（46m）比较，取小值。最终确定工程处设计低水位为：43m。