向家磧至僧背梁河段航道尺度預測預報精準性分析

鄭肖

（長江涪陵航道處，重慶 涪陵408000）

向家磧至僧背梁河段內存在王家灘、黃草峽控制河段，因其復雜的河床地形，彎、淺、亂的水流流態以及彎曲，狹窄的航道通航環境，一直是長江上游船舶航行重點關注的航段之一。由于受到變動回水區水流泥沙變化和航道天然條件的限制，該段河床泥沙淤積量不斷增加，汛期水位常處于低水位區段，不僅增加了汛期該河段航道維護壓力，同時對進一步精準預測該河段航道尺度帶來了一定的困難。

1 水位變化及航道尺度管理現狀

1.1 相關水位分析

通過分析近年來羊角堡水尺水位變化，可以更為清楚地反映出向家磧至僧背梁河段水位變化與航道尺度預測預報之間的關聯性。近三年羊角堡水尺水位在5月至7月時間段內，呈現出“先降后升”的趨勢。可以看出，近三年6月份的最低水位呈現出逐年降低的趨勢。水位的不斷降低為航道尺度的預測預報精準度提出了更高的要求，該河段近年5月至7月水位變化如下所示。

圖1 羊角堡水尺近年5月至7月水位變化圖

1.2 航道尺度管理現狀

隨著長江干線航道維護尺度標準的不斷提升，向家磧至僧背梁河段航道尺度預測也在隨之進行優化，按照“深水深用，淺水淺用”的原則，積極開展航道尺度預測預報，以便最大可能地發揮航道利用效果，滿足船舶航行及貨物運輸的需要。2022年向家磧至僧背梁河段航道分月維護水深如下表所示。

表1 2022年航道分月維護水深表（單位：m）

通過分月維護水深數據可以看出，向家磧至僧背梁河段航道維護水深隨著水位的降低，其維護水深也在不斷降低。

目前，長壽水道作為重點淺險水道，探測頻率高，探測覆蓋范圍廣，包括棺材石、餓狗堆等航道淺灘區域。當水位在短期內出現大幅度消落時，加大了河段航道探測頻率，及時掌握航道實際水深，提高航道尺度預報的精準性。

2 航道尺度預測預報及驗證分析

2.1 航道尺度預測預報分析

實際的航道尺度預測預報過程中，其預測預報數值多受到水位漲落、航道通航環境變化、航道演變的影響。其中，航道尺度周預測預報的數值是由周實測水深數值、預測水位變化、富裕水深三部分數值確定。其中周實測水深數值在實際探測時已經確定。關于富裕水深的判定，本文結合近兩年羊角堡水尺每日水位數據進行對比與確定。對比2020年1月份至2022年1月份羊角堡水尺日變化幅度數據可知，羊角堡水尺日水位平均變幅在0.51米左右，最大日變幅為6.1 米，如圖2所示。通過水位的分析可以將長壽水道航道的富余水深定確定為0.5 米。因此對長壽水道航道尺度預測預報分析的關鍵在于確定預測水位變化。

圖2 2020年至2022年羊角堡水尺水位變幅圖

對于下周預測水位變化情況的確定，研究數據選取了2020年11月至2021年12月期間長壽水道的具體實測及水位數據作為分析對象。

圖3 長壽水道實測水位、實測最小水深與對應航寬對比圖

2020年11月至2021年12月統計周期內長壽水道共計70 組數據，其中實測最小水深為4.2m，實測最大水深為22m，實測最小水位為149.00m，實測最大水位為175.00m，實測水位最大差值為26 米。綜合對比統計數據實測水位與實測最小水深之間的數據變化，發現水位、水深以及對應航寬存在著一定的規律，如表2所示。

表2 長壽水道對應水位與水深統計表

2.2 航道尺度預測預報合理性分析

通過構建多項式驗證模型，可以進一步驗證向家磧至僧背梁河段航道尺度預測預報數據的合理性。假設該段河床穩定，維護水深滿足相關維護要求的情況下，維護航段內存在著航寬收窄，水深趨向于變深。因此通過航寬與水深之間的關聯性，建立如下驗證模式：

其中：a 為實際航寬、b 為實測水深、A 為計劃航寬、B 為計劃水深。

由于該河段航道維護的特殊性，在驗證該段航道維護尺度預測合理性時，綜合選取汛期和非汛期期間維護尺度預測預報數據進行分析，如下表3所示。

表3 驗證數據表

通過觀察P 值的變化結合該航段水位變化情況可知，汛期水位不斷下降，P 值小于1，說明航道條件較為穩定，航道維護尺度預測預報滿足當前航道維護要求。反之，航道條件變差，需要調整航道寬度，保證水深維護的需要，其維護尺度預測預報也應隨著航道條件的變化做出相應的預測改變。

3 結論

航道尺度預測預報過程中，實測水位對于其具體預測數值有著較大的影響，因此在航道尺度預測過程中，需要充分考慮水位的變化。綜合分析長壽水道統計數據，將該段航道尺度預測分為以下四部分；

當實測水位處于≤152.0m 時，結合航道實際，以3.5米計劃維護水深為基礎，保證航道通航安全，水位每變化1.0 水深變化0.3；當實測水位處于152.1m-155.0m 時，進一步擴大航道水深，水位每變化1.0 水深變化0.5；當實測水位處于155.1m-160.0m 時，在計劃航寬適當拓寬的基礎上，提供更大水深，水位每變化1.0 水深變化0.5-0.8；當實測水位處于≥160.1m 時，以改善航寬為主。