以洪水頻率確定山區(qū)性河流船閘最高通航水位的方法探討

李　靖（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖北　武漢　430000）

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以洪水頻率確定山區(qū)性河流船閘最高通航水位的方法探討

李靖（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖北武漢430000）

本文結(jié)合某航電樞紐船閘工程，根據(jù)山區(qū)性河流水位變幅較大、暴漲暴落的特點(diǎn)，探討確定該樞紐船閘最高通航水位。一般山區(qū)性河流船閘設(shè)計(jì)最高通航水位現(xiàn)行洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)偏高，在設(shè)計(jì)中適當(dāng)降低洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)，不僅通航保證率變化不大，還能節(jié)約工程投資，對(duì)工程建設(shè)是好處良多的。

山區(qū)性河流；洪水頻率；最高通航水位

引言

船閘水工建筑物主要包括上、下閘首、閘室以及上、下游導(dǎo)航墻等，各部位的高程一般都是通過(guò)設(shè)計(jì)水位加超高來(lái)確定。根據(jù)《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ305-2001）（下文簡(jiǎn)稱(chēng)總體設(shè)計(jì)規(guī)范），船閘擋水前緣閘首的閘門(mén)頂部高程應(yīng)為上游校核高水位加安全超高確定。船閘非擋水前緣閘首的閘門(mén)頂部高程應(yīng)為上游設(shè)計(jì)最高通航水位加安全超高。設(shè)計(jì)水位的選取特別是最高通航水位的選取關(guān)系到船閘水工建筑物頂高程的確定，而船閘水工建筑物的頂部高程，又直接關(guān)系到工程的造價(jià)，故合理地選取設(shè)計(jì)水位，對(duì)船閘水工建筑物的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

本文結(jié)合某航電樞紐船閘工程，根據(jù)山區(qū)性河流水位變幅較大、暴漲暴落的特點(diǎn)，探討確定該樞紐船閘最高通航水位。一般山區(qū)性河流船閘設(shè)計(jì)最高通航水位現(xiàn)行洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)偏高，在設(shè)計(jì)中適當(dāng)降低洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)，不僅通航保證率變化不大，還能節(jié)約工程投資，對(duì)工程建設(shè)是好處良多的。

1　設(shè)計(jì)最高通航水位的確定

根據(jù)《總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，Ⅰ、Ⅱ級(jí)船閘最高通航水位設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為100～20年，Ⅲ、Ⅳ級(jí)船閘最高通航水位設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為20～10年，Ⅴ～Ⅶ級(jí)船閘最高通航水位設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為10～5年。

由于我國(guó)幅員遼闊，地貌多樣，河流眾多，山區(qū)河流與平原河流，其水文特性有很大差別。即使在同一河流上，對(duì)于同等級(jí)的船閘，其上、中、下游各河段的自然地理?xiàng)l件、水文特性也不盡相同。目前通行的確定最高通航水位的方法是以每年最高瞬時(shí)洪水位或洪峰流量值，作為統(tǒng)計(jì)系列的樣本，進(jìn)行頻率計(jì)算，按選配的理論頻率曲線，推算某一指定頻率的洪水位或流量，作為設(shè)計(jì)最高通航水位。所確定的設(shè)計(jì)最高通航水位，僅反映其峰值的大小，并不反映該值的歷時(shí)長(zhǎng)短。而相比水位值的大小，對(duì)船閘運(yùn)行起控制作用的往往是該設(shè)計(jì)水位的歷時(shí)長(zhǎng)短。再者山區(qū)性河流的水位過(guò)程線呈尖而瘦的駝峰形，一次洪水漲落過(guò)程歷時(shí)較短，水位暴漲暴落，變幅大，水位與歷時(shí)的關(guān)系與平原河流有較大差異，往往是峰值水位持續(xù)時(shí)間很短，只有當(dāng)水位下降至一定值后，水位的變化才會(huì)引起歷時(shí)的顯著增加。且即使采用同一設(shè)計(jì)頻率的設(shè)計(jì)最高通航水位（或流量），也會(huì)出現(xiàn)上、下游通航歷時(shí)不一致的情形。因此，按洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)確定船閘的最高通航水位有待商榷。

2　工程實(shí)例

由于山區(qū)河流特有的水文特性，根據(jù)《總體設(shè)計(jì)規(guī)范》確定船閘最高通航水位，一般山區(qū)性河流船閘設(shè)計(jì)最高通航水位現(xiàn)行洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)偏高，造成工程造價(jià)不合理的增加。目前的做法是適當(dāng)降低設(shè)計(jì)洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)，避免浪費(fèi)。

以某航電樞紐工程船閘為例，該船閘級(jí)別為Ⅲ級(jí)，有效尺度為200m×23m×4.2m。按照《總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，Ⅲ級(jí)船閘永久水工建筑物閘室以及閘首按2級(jí)設(shè)計(jì)，導(dǎo)航、靠船建筑物按3級(jí)設(shè)計(jì)。樞紐設(shè)計(jì)水位如下：

正常蓄水位：236.80m。

設(shè)計(jì)洪水位：255.20m（P=2%）

校核洪水位：259.46m（P=0.2%）

根據(jù)《總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，山區(qū)性河流Ⅲ、Ⅳ級(jí)船閘最高通航水位的洪水重現(xiàn)期采用5～10年，對(duì)于出現(xiàn)高于設(shè)計(jì)最高通航水位歷時(shí)很短的山區(qū)性河流，Ⅲ級(jí)船閘的洪水重現(xiàn)期可采用10年。

該樞紐水位資料及水力計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1　

從表1可以看出：洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)越高，通航保證率也越高。但對(duì)本具體工程而言，洪水頻率由10%（十年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)）降低到20%（五年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)），通航保證率僅由99.96%降低到99.93%，僅提高0.03%，幾乎可以忽略。但是水位卻由252.25m降低到250.22m，降低2.03m，由此節(jié)約的混凝土工程量卻是巨大的。綜上，該船閘最高通航水位采用5年重現(xiàn)期洪水位250.22m。

3　結(jié)束語(yǔ)

（1）一般山區(qū)河流船閘設(shè)計(jì)最高通航水位現(xiàn)行洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)偏高，在設(shè)計(jì)中適當(dāng)降低洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)，不僅通航保證率變化不大，還能節(jié)約工程投資，對(duì)工程建設(shè)是好處良多的。

（2）文中工程實(shí)例船閘最高通航水位選取5年重現(xiàn)期洪水位250.22m，既滿(mǎn)足了通航保證率的要求，又帶來(lái)了工程投資的節(jié)省。但樞紐設(shè)計(jì)洪水位為255.20m，較選取的最高通航水位高出近5m，即在設(shè)計(jì)洪水位時(shí)船閘將被完全淹沒(méi)在水下，帶來(lái)很大的安全隱患。由此可見(jiàn)，協(xié)調(diào)好設(shè)計(jì)水位和水工建筑物頂高程之間的關(guān)系，使船閘既安全穩(wěn)定運(yùn)行，又經(jīng)濟(jì)合理，是在具體設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)一步探討研究的問(wèn)題。

［1］中華人民共和國(guó)交通部.《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ305-2001）［S］.北京：人民交通出版社，2001.

［2］郝 嶺，譚先澤，吳文鳳.山區(qū)河流船閘設(shè)計(jì)最高通航水位研究［J］.水運(yùn)工程，2014（04）.

［3］閔朝斌.關(guān)于內(nèi)河設(shè)計(jì)最高通航水位的標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方法的研究［J］.水運(yùn)工程，2015（07）.

李靖（1989-），男，碩士，主要從事水運(yùn)工程設(shè)計(jì)工作。

U641

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2095-2066（2016）19-0125-01

2016-6-20