西江航運干線（廣西段）跨河橋梁最高通航水位標準研究

李國通+韋巨球

摘 要：西江航運干線（廣西段）作為規劃國家Ⅰ級航道，其跨河橋梁最高通航水位在嚴格執行國家標準上存在困難，如嚴格執行國家標準將會給Ⅰ級航道建設帶來較大影響。本文主要通過對西江航運干線（廣西段）跨河橋梁現狀、水文特征、不同重現期洪水位及歷時、不同重現期水位與封航水位對比、降低跨河橋梁高度對社會經濟的影響等分析，結合國家Ⅰ級航道最高通航水位要求，提出符合西江航運干線（廣西段）實際的跨河橋梁最高通航水位標準。

關鍵詞：西江航運干線；跨河橋梁；水文；最高通航水位

中圖分類號：U[6-9] 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）11-0025-04

西江航運干線是珠江水系最重要的航道，由郁江、潯江、西江、珠江組成，西起廣西南寧、東至廣東廣州，橫貫廣西廣東兩省區，全長854km，是全國水運規劃主通道的“一橫”，其中廣西段（南寧民生碼頭至梧州界首）長525km。根據國家發展和改革委員會、交通運輸部、廣西壯族自治區人民政府等相關規劃和國務院國函[2013]37號批復的《珠江流域綜合規劃（2012-2030年）》，西江航運干線航道規劃等級為Ⅰ級。

隨著廣西西江黃金水道建設有序、快速推進，以及西江經濟帶發展對水運的日益依賴，西江航運干線（廣西段）現有Ⅲ-Ⅱ級航道提升到Ⅰ級航道或按Ⅰ級航道標準進行保護勢在必行。而西江航運干線（廣西段）為山區河流，具有洪水暴漲暴落的特點，同時受河流兩岸高程及城市規劃布局條件限制，如其跨河橋梁最高通航水位嚴格執行《內河通航標準》（GB50139-2014）（以下簡稱“14標準”）“Ⅰ級航道跨河橋梁設計最高通航水位取洪水重現期均為20年”規定，因諸多因素影響，技術、經濟層面困難多，社會負面影響大，不利于航道資源開發和河流資源的綜合利用。因此，基于“14標準”原則要求，在有效保護航道資源，推進內河水運健康有序發展條件下，結合廣西經濟社會發展的需求和通航河流的實際情況，開展西江航運干線（廣西段）Ⅰ級航道跨河橋梁最高通航水位標準研究是非常必要和迫切的。

1 西江航運干線（廣西段）跨河橋梁現狀

截至2013年底，西江航運干線（廣西段）河段已建、在建橋梁（以下簡稱“現有橋梁）共43座。經對現有43座橋梁統計表明，西江航運干線南寧至梧州航段在2010年之前，已建橋梁雖然通航凈高尺度相對較小，但除早年建設的貴港鐵路橋（1954年）凈高為6.3m、邕江大橋（1964年）凈高為6m不滿足國家通航標準規定Ⅲ級航道凈高不小于10m的要求外，其它橋梁均滿足所在河道當時航道規劃和相應時期的國家63標準、90標準或04標準要求。2010年后，隨著西江干線航道規劃等級提升至Ⅱ級、遠期預留Ⅰ級航道或3000t級后，新建的跨河橋梁通航凈寬、凈高能滿足Ⅱ級航道國家通航標準的要求，且大部分橋梁通航凈寬滿足Ⅰ級航道國家通航標準的要求，通航凈高偏低但也基本上滿足船舶通航安全的要求。

2 跨河橋梁通航凈高按14標準執行存在現實困難

2.1 河流兩岸高程及城市規劃布局條件影響

西江航運干線（廣西段）從南寧至梧州界首，現有橋梁43座，其中城區橋梁36座，占現有橋梁總數84%。而沿江兩岸臺地地勢較低，如南寧設計最低通航水位61m左右，市區高程75m左右；貴港設計最低通航水位29m，市區高程45m左右。沿江橋梁建設除考慮橋梁工程建設投資外，還滿足鐵路橋梁與火車站接線，城區公路橋與兩岸市區道路接線和便于群眾出行，因此橋梁不能建得過高，但又不具備采用其它方式（隧道）的條件。

2.2 現有橋梁難以按14標準改建

現有橋梁尤其早期建設的橋梁通航凈空尺度和設計最高通航水位標準均較低，若嚴格按照14標準Ⅰ級航道的通航要求，需要擴建大部分橋梁。而這些橋梁都是城區和鐵路、公路路網交通要道的重要橋梁，難以將不達標橋梁全部推倒重建，主要原因：一是交通要道上的橋梁不能較長時間中斷運營；二是很多城區公路橋梁和鐵路橋梁的橋址是唯一的，原橋梁兩側無法另選重建；三是現有橋梁擴建工程投資巨大，資金難以解決，西江航運干線（廣西段）僅南寧牛灣作業區至界首段，就需改擴建27座橋梁，初步估算需投資約190億元。另一方面，現有橋梁的通航建設方案，絕大多數是經過交通主管理部門批準同意的，也是符合建橋時期航道規劃、國家通航標準的。現在，由于航道等級的提升，產生原有跨河橋梁通航條件不滿足水運發展的要求，在我國現行體制下，橋梁擴建工程由誰來負責擴建，仍是個難以解決的關鍵問題。

2.3 海事部門應急封航措施實際降低了最高通航水位標準

在發生大洪水期間，為確保船舶航行安全，海事部門將根據河流水流實際情況，發布通航應急預警，當洪水位超過當地禁航水位后，采取應急封航措施，禁止船舶航行。西江航運干線（廣西段）各航區封航水位均低于5年一遇洪水位，實際上降低了最高通航水位標準。

2.4 沿江樞紐船閘設計通航水位的影響

西江航運干線沿江已建成的樞紐有西津水利樞紐、貴港航運樞紐、桂平航運樞紐和長洲水利樞紐，4座樞紐均建有（或在建）二線或二線以上船閘供船舶通航。其設計最高通航水位均低于20年一遇洪水位。具體為：

西津水利樞船閘已建一線船閘上、下游設計最高通航水位低于5年一遇洪水，在建二線船閘上、下游最高通航水位10年一遇洪水。

貴港和桂平已建一線船閘及長洲已建一、二線船閘，上、下游設計最高通航水位為5年一遇洪水；貴港在建和桂平已建二線船閘及長洲已建三、四線船閘，上、下游設計最高通航水位為10年一遇洪水。

3 橋區河段水文分析

3.1 水文特征

3.1.1 基本水文站及資料情況

本專題主要研究西江航運干線的南寧水文站、貴港水文站、大湟江口水文站和梧州水文站等4個水文站，各站均有1986-2012年共27年的實測水文資料。其中，南寧站在西江航運干線Ⅰ級航道起始斷面（南寧民生碼頭）上游約9.3km。endprint

3.1.2 徑流特征

依據上述4個水文站1986-2012年多年實測水文資料統計分析，研究河段的徑流主要表現為以下兩個特征：

（1）徑流年內分配不均，季節差異較大

西江航運干線（廣西段）徑流主要由降雨形成，流域內干、支流的洪、枯水出現與降雨時空分布具有同一規律性，汛期為5～10月，枯水期為11月～次年4月初。徑流年內分配主要集中在汛期，汛期水量占年總量的74～81%，其中6～8月最大，占51～58%，枯水期11～次年4 月僅占年總水量的19～26%。

（2）徑流年際變化較小，年極值變化較大

上述4個水文站1986～2012年平均流量基本圍繞多年平均值變動，多年來基本穩定，年際變化較小。各站多年最大年平均流量為最小年平均流量的2.4倍左右。大湟江口站日均流量極值比最小為71、日均流量最大為43700m3/s、最小為616 m3/s，其他各站日均流量最大值與最小值相差均較大。

3.1.3 洪枯水特征

通過對上述4個水文站多年逐日水位過程線分析，結果表明各站年內洪水變幅較大，具有山區河流洪水暴漲暴落的特點。以各站2004年水位過程線為例，各站年內日均最高洪水出現在7月23日至24日；從各站2004年7月日均水位過程可以看出，各站漲水期日均水位變幅大于落水期，各站洪峰前4天漲水期水位累計漲幅為4.94～10.76m，日均變幅在1.2～2.7m；洪峰后4天落水期累計降幅為3.26～6.49m，日均變幅在0.8～1.6m。

各站年最高水位不同年份變化幅度均較大、介于10～13m，各站年最低水位不同年份間變化幅度較小，一般介于1～2m。貴港站受下游桂平樞紐1992年蓄水運行影響，年最低水位提升2m左右；梧州站受上游長洲樞紐2007年蓄水運行及下游挖沙等因素影響，年最低水位降落1.5m左右。

3.2 不同重現期洪水位及歷時分析

3.2.1 不同重現期洪水位特征分析

本報告對各水文站1986～2012年27年資料采用洪水水位頻率法分析，即將歷年最高水位按大小排列，計算經驗頻率，點繪頻率曲線，采取皮爾遜Ⅲ型曲線計算理論頻率進行適線，并確定取值。分析各站洪水重現期2年、3年、4年、5年、10年、15年、20年的特征水位。如表1。

從結果可知，各站同一級別重現期水位的差值接近，各站相鄰重現期水位差值均隨洪水重現期的減小逐漸增加。

3.2.2 不同重現期洪水位歷時分析

采用上述各站1986～2012年27年逐日平均水位資料，統計歷年洪水位高于不同洪水重現期對應水位的歷時，結果見表2。

可以看出，研究河段具有洪峰歷時短的山區河流特征，各基本水文站特征洪水歷時隨重現期的減小而增加。以貴港水文站為例，高于20年、5年、2年一遇水位的多年累積歷時分別為9天、29天、116天，平均每年分別為0.3天、1.1天、4.3天。

3.3 不同重現期水位與封航水位對比分析

在發生大洪水期間，為確保船舶航行安全，海事部門將根據河流水流實際情況，發布通航應急預警，當洪水位超過當地禁航水位后，采取應急封航措施，禁止船舶航行。根據廣西海事部門提供的資料，西江航運干線（廣西段）各航區封航水位見表3。

可以看出，各航區封航水位均低于5年一遇洪水位。其中，南寧航區與5年一遇洪水位相當；貴港航區與4年一遇洪水位相當；梧州航區低于4年一遇洪水位，稍高于3年一遇洪水位。

4 橋區設計最高通航水位標準研究

4.1 西江航運干線（廣西段）河流特點

西江航運干線（廣西段）屬于山區河流，其具有以下特點：①洪水暴漲暴落，洪峰歷時短；②沿江兩岸地勢較低，因諸多因素，技術、經濟層面困難多，設計最高通航水位標準難以按照現行技術標準規范的規定執行；③因洪水期水流急、流態差，海事管理機構為了確保船舶通航安全，在各航區水位均低于5年一遇洪水位時便發布封航通告禁止船舶航行。

4.2 降低跨河橋梁高度對社會經濟的影響

根據014標準，西江航運干線Ⅰ級航道跨河橋梁通航凈高取18m。同一跨河橋梁設計最高通航水位取5年一遇洪水位和20年一遇洪水位相比，橋梁高度有較大降低，降低比值在12.8%-17.3%之間，數值達2.6-3.2m。具體見表4。

跨河橋梁高度的降低，會直接產生極大的經濟效益和社會效益：一方面大大節省橋梁建造成本，為國家節約資金；另一方面減短橋梁引橋長度，減少土地占用，極大方便車輛和人員的交通往來。

4.3 西江航運干線（廣西段）橋區河段設計最高通航水位標準確定

根據以上分析結果，提出西江航運干線（廣西段）橋區河段設計最高通航水位標準如下：

①南寧至長洲樞紐河段橋區設計最高通航水位標準重現期5年。

②梧州長洲樞紐以下河段為不受船閘通航限制的天然河段，是一條與珠江三角洲高等級航道聯通出海通道，橋區設計最高通航水位標準重現期仍按照“14標準”取20年。

4.4 新建橋梁設計最高通航水位確定方法

橋位河段設計最高通航水位可通過臨時水位站與基本站水位相關分析確定。橋址處設計水位可采用瞬時水面線觀測資料與臨時站設計水位值按《內河航運工程水文規范》附錄A確定；水面比降平緩河段可采用平均比降內插法確定。

研究河段西江航運干線已建有西津、貴港、桂平及長洲共四座水電、水利或航運樞紐，南寧至長洲樞紐段全線渠化。研究河段除長洲樞紐以下西江航運干線外，其余均為或即將成為樞紐上游常年回水區和變動回水區河段。對于樞紐上游河段橋位處設計最高通航水位確定方法參照“14標準”和《內河航運工程水文規范》的規定，應采用重現期為5年的洪水與相應的汛期壩前水位組合，并采用壩前正常蓄水位或設計擋水位與相應的各級入庫流量組合，得出多組回水曲線，取其上包絡線作為沿程各點的設計最高通航水位，并應計入河床可能淤積引起的水位抬高值。endprint

5 橋區河段設計最高通航水位標準對船舶運輸影響分析

為對比分析前述提出的西江航運干線（廣西段）橋區河段設計最高通航水位標準對船舶運輸影響，對研究河段梧州站以外的3個水文站1986～2012年歷年洪水位高于5年一遇洪水歷時和每場洪水連續的歷時進行了統計，并與“14標準”規定20年一遇洪水進行對比分析，結果是：①各站高于5年一遇水位的多年累積歷時介于10～35天，平均每年0.4～1.3天，洪水保證率介于99.64～99.99%；②高于20年一遇水位的多年累積歷時介于0～9天，平均每年0～0.3天，洪水保證率介于99.91%～100%。

因此，最高通航水位洪水重現期標準為5年與20年相比，對船舶運輸影響平均每年相差僅1天左右。就高于5年一遇水位和20年一遇的一場洪水連續最長歷時而言，相差不大，介于1～5天，但僅在個別年份出現。可見，提出的西江航運干線（廣西段）橋區河段設計最高通航水位標準對船舶運輸影響較小。

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