大藤峽樞紐運行方式調整對來桂航道方案的影響

江 濤

(中交水運規劃設計院有限公司，北京 100007)

大藤峽樞紐位于珠江流域西江干流的黔江，下距廣西桂平市區約6 km，是紅水河水電基地規劃梯級電站的最末一級，是一座以防洪、航運為主，發電與水資源配置并重，兼顧灌溉的綜合利用工程，目前正在建設中。大藤峽樞紐項目建議書于2011年2月獲得批復，工可于2014年10月獲得批復。

來賓—桂平2 000噸級航道工程(簡稱“來桂航道”)起點位于來賓港興賓港區賓港作業區，終點位于桂平兩江匯流口段。航道長度為193.876 km，其中賓港作業區至石龍三江口屬于紅水河段、石龍三江口至桂平兩江匯流口屬黔江河段，航道按2 000噸級航道設計，大藤峽樞紐上游設計航道尺度為3.5 m×80 m×550 m(水深×寬度×轉彎半徑)，開挖水深為3.8 m。來桂航道及大藤峽樞紐位置見圖1。

圖1 來桂航道及大藤峽樞紐位置

由于大藤峽樞紐工程可行性研究階段調度運行方式相對項目建議書批復做了調整，將對其上游的來桂航道設計方案造成影響。文獻[1-3]從樞紐日調節、電站建成、梯級水庫調度等方面分析樞紐運行對航道通航的影響，但鮮有關于樞紐設計過程中調度運行方式變化影響航道設計方案的文獻。筆者從大藤峽樞紐調度運行方式的調整情況分析來桂航道設計最低通航水位(簡稱“設計水位”)和開挖引起的航道水位下降值的變化，論述其對航道整治方案、工程量及投資的影響，根據大藤峽樞紐蓄水計劃、施工水位論述分期實施的必要性和經濟性。

1 大藤峽樞紐運行方式調整對設計水位的影響

1.1 運行方式調整概況

大藤峽樞紐項目建議書和工可階段的樞紐運行方式發生了重大變化：項目建議書批復[4]的調度運行方式由主汛期、次汛期和枯水期組成；工可批復[5]的運行方式從庫區淹沒等角度考慮將枯水期分為非汛期(10月至次年3月)和非汛期(4月)2個時段，將8月從次汛期納入主汛期，且主汛期調度水位大幅降低，非汛期流量對應的水位也明顯降低(表1)。對航道設計水位的影響主要在主汛期6—8月，其入庫流量低于2萬m3/s時，項目建議書階段大藤峽水利樞紐壩前水位為49.6～59.6 m，而工可階段壩前水位則持續維持在47.6 m，入庫流量大于2萬m3/s，大藤峽樞紐壩前水位可調至44 m。

1.2 運行方式調整對設計水位的影響

根據收集到的遷江水文站、武宣水文站1990—2014年逐日實測流量資料復核本次14種工況采用的入庫最小流量和遷江最小流量關系，確定4種工可運行方式工況為航道設計水位計算的控制工況(表2)。根據文獻[6]的計算方法可計算項目建議書和工可階段大藤峽樞紐上游的航道設計水位。按工可運行方式計算可以得出近壩段(從大藤峽壩址至距大藤峽壩址22 km)的設計水位受大流量行洪的工況4控制，近壩段上游的紅水河和黔江均受汛期小流量的工況3控制。建壩前及大藤峽樞紐運行方式調整前后設計水位對比見圖2。

表2 工可階段大藤峽上游航段設計水位計算控制工況

圖2 大藤峽樞紐上游設計水位對比

從圖2可以看出大藤峽建壩前和工可運行方式下的設計水位隨著與大藤峽樞紐距離的增加，水位差呈減小的趨勢，至距大藤峽約170 m的上游航道位置，水位差已接近1 m。大藤峽運行方式的變化導致大藤峽樞紐上游的設計水位在-7.72～-1.95 m之間變化，因工況流量差異，越往上游差異越小。其中-7.72 m出現在黔江和紅水河、柳江交匯的石龍三江口(距大藤峽約120 km)；-1.95 m出現在浪灘(距大藤峽31.4 km)。

1.3 運行方式調整對開挖引起的水位下降值的影響

航道整治開挖后，由于河床降低、過水斷面擴大，同流量下的水面線隨之下降[7]。整治后的糙率采用實測水面擬合糙率結合相關河道糙率參考值范圍綜合考慮確定。由于黔江大藤峽上游段僅存在零星礁石礙航，故僅計算紅水河段水位下降值，工可運行方式下最大下降值為0.846 m，項目建議書運行方式下最大下降值為0.013 m，均位于航道上游起點附近，符合航道挖槽水面下降的規律(圖3)。

圖3 大藤峽樞紐上游開挖引起水位下降值對比

2 設計水位變化對航道設計方案的影響

設計水位大幅降低導致航道需整治的灘險由11個增加至26個，增加的15個灘險全部位于紅水河段；原需整治的灘險也因航道整治底高程降低而大幅增加了整治工程量(表3)。增加航道疏浚和炸礁工程投資約6.58億元。以蓬萊灘為例，其斷面開挖對比見圖4。從圖4可知，設計水位降低導致工程量大幅增加。

表3 大藤峽樞紐上游工程量對比 萬m3

圖4 典型斷面開挖對比(單位：m)

3 大藤峽一期蓄水前后施工水位

根據大藤峽一期蓄水安排[8]，一期蓄水的最高水位為52 m。來桂航道設計時根據大藤峽運行方式、樞紐蓄水計劃、樞紐上游的航道開挖工程量及施工難易程度、施工工期要求等，對一期蓄水前開展陸上炸石施工和全部在一期蓄水之后開展疏浚和炸礁施工方案進行比選。

3.1 施工水位計算

3.1.1大藤峽一期蓄水前施工水位

根據紅水河和黔江上游來水特性，施工時間放在非汛期的每年10月至翌年4月，歷時約7個月。統計分析橋鞏電站2010—2017年逐日平均流量資料，得出電站下泄流量1 600～1 750 m3/s時全年施工時間能滿足6～7個月的要求，結合水文測驗流量時1 650 m3/s的水面線確定沿線的施工水位。

3.1.2大藤峽一期蓄水后施工水位

計算大藤峽蓄水至52 m不同流量保證率下的施工水位，經分析計算采用50%流量保證率下的施工水位。此時回水至來賓高鐵橋附近(馬灘和高書洲2個灘險分界位置，距石龍三江口59.2 km)其施工水位和大藤峽一期蓄水前施工水位接近，來賓鐵路大橋上游施工水位取一期蓄水前的施工水位。

由于大藤峽樞紐上游的黔江段水深條件良好，僅局部零星礁石礙航，故僅對比石龍三江口以上紅水河段的一期蓄水前后施工水位，最大水位差位于石龍三江口達9.1 m(圖5)。

圖5 大藤峽一期蓄水前后施工水位對比

3.2 施工水位的影響

因距大藤峽一期蓄水節點的施工工期僅半年左右，考慮陸上炸石施工工程量及工效，將古笪灘—古排灘共計12個灘險及黔江庫區零星礁石納入一期陸上炸石。對部分按施工水位確定的灘險陸上炸石底高程與水下炸礁底高程差值不大于0.5 m的灘險，為方便施工、避免二次進場，考慮將其在一期陸上炸石全部清除。為方便陸上水下開挖工作交接的界面區分，避免陸上和水下施工單位之間因工程量而推諉，對于在一期蓄水后尚需實施水下炸礁和疏浚的灘險，陸上炸石不考慮超深和超寬；對一期陸上炸石即達到航道底高程的灘險，考慮0.2 m超深，不考慮超寬。葫蘆峽分兩期實施的斷面見圖6，若納入二期則47.86～52.86 m填充區域將由陸上炸石變為水下炸礁的范圍。統計得出12個灘險的一期陸上炸石工程量31.3萬m3，工程費用3 206.97萬元；剩余水下炸礁工程量22.5萬m3，工程費用6 986.25萬元。若在大藤峽一期蓄水之前不實施陸上炸石，其大部分工程量將轉換為水下炸礁，則工程費用將達到1.67億元，增加6 511.68萬元。因此從減少水下炸礁工程量、節約投資、減少施工難度等角度考慮，在大藤峽一期蓄水之前開展陸上炸石是經濟且必要的。

圖6 分2期實施的開挖斷面(單位：m)

4 結語

1)根據大藤峽樞紐項目建議書和工可運行方式，選定對應的水位計算控制工況分別計算樞紐上游航道設計水位及開挖引起的下降值，通過對比確定需增加12個整治灘險，并結合航道整治方案開展了運行方式調整前后的工程量和工程投資對比，結果顯示需增加整治方量181.18萬m3、相應增加工程投資6.58億元。

2)依據大藤峽樞紐蓄水計劃，結合橋鞏電站逐日平均流量、水文測驗流量確定蓄水前施工水位，采用50%流量保證率確定了樞紐一期蓄水后航道施工水位，開展施工水位對比，并考慮陸上炸石工程量、可施工時間、施工工效等因素，論述開展一期陸上炸石的必要性和經濟合理性。

3)庫區航道整治方案受樞紐調度運行方式影響巨大，在類似航道設計與樞紐設計同步開展的項目中，應重點分析調度運行方式對設計水位和設計方案的影響，并結合樞紐蓄水計劃，在蓄水前適當開展陸上整治作業以控制投資。