长江叙渝段航道最大开发尺度研究

　　摘要:长江上游叙渝段航道尺度不足问题日益凸显，评估该段航道最大开发尺度对其建设规划具有重要意义。采用叙渝段实测水文地形数据，对稳定航深法中的河相关系参数和水深修正系数进行改进：基于2230m3/s、12100m3/s和20291m3/s三级特征流量下的实测水位，获得了河相关系参数随流量的变化关系，朱沱站实测数据验证表明枯水期较可靠;引入断面形状系数，建立了水深修正系数随设计航道宽度的变化关系。基于改进后的稳定航深法计算叙渝段航道最大开发尺度，结果表明叙渝段通过航道整治能达到Ⅱ级航道3.5m×100m及I级航道4.5m×150m的设计标准，向家坝下泄流量相对设计流量增加400m3/s可提升航道水深0.39m左右。所提的改进稳定航深法简化了航道最大开发尺度的计算过程，可为叙渝段后续的航道建设规划提供支撑。

　　关　键　词：长江上游叙渝段;航道开发尺度;河相关系;水深修正系数

　　长江三峡工程蓄水后，大坝至重庆涪陵常年回水区已建设成高等级航道，通航条件明显改善[1]，基本满足通航船舶大型化的航道尺度需求。重庆至宜宾段航道经泸渝段航道建设工程后技术等级为Ⅲ级，维护水深仅为2.9m，而长江上游航运需求发展导致船舶大型化趋势明显，低水位时期航道尺度不足的问题越发凸显[2]。

　　基于自然条件评估航道最大开发尺度是合理利用航道资源的先决条件，也是航道开发建设的基础，我国学者曾总结国内航道整治实践，建立航道最大可开发尺度与流量和比降关系的经验式[3]，但该式缺乏理论支撑，相关学者又提出了稳定航深法和等级流量法[4]。等级流量法是将航道开发成各标准航道等级理论上所需的通航流量，与天然情况下的设计最低通航流量比较，进而确定航道最大开发尺度。稳定航深法是假定整治后枯水断面与优良河段断面形态相近，并基于优良河段特征流量下河相关系，推求整治后航道可能达到的最大航道深度。目前上述方法已在西江、岷江等流域的航道建设规划中得到初步应用[5-8]，但实际操作过程较为复杂。

　　本文拟根据长江宜宾至重庆河段的实测水文地形资料，基于河相关系对稳定航深法进行优化改进，简化稳定航深值的计算过程，针对长江上游航道尺度亟待提升的宜宾至重庆河段，运用改进稳定航深法计算该河段不同航宽标准下的最大航深值，评估其航道的最大可开发尺度，以期为该河段后续的航道建设规划提供支撑。

　　1数据来源及研究方法

　　1.1　数据来源长江上游宜宾(上游航道里程1044km)至重庆江津(上游航道里程726km)河段地形数据使用2015年实测地形数据，由于长江上游属于典型山区河流，山区河流河床以岩质河床和卵石河床为主，其河床形态相对稳定[9]，认为选择2015年地形具有代表性。以该河段最低设计通航流量2230m3/s，流量12100m3/s以及流量20291m3/s为三种特征流量，最低设计通航流量有35个设计水位点，其余两种特征流量下水位来源于2016年实测的30个水尺点数据，用于研究不同流量下河相关系参数的变化规律。

　　用于验证河相关系变化规律。根据设计最低通航水位求得宜宾至江津河段枯水平均比降为0.253‰。张有林等[10]在建立向家坝至朱沱的计算模型时，模拟糙率范围为0.022~0.048，平均糙率为0.035;朱代臣等[6]认为长江干线泸渝段河床糙率取值范围为0.030~0.045，平均糙率为0.038;何大伟等[11]认为川江河段糙率取值为0.025。本文综合上述资料，为计算方便，取叙渝段平均河床糙率为0.033。

　　1.2　稳定航深法原理

　　稳定航深法需先确定天然河道的优良河段，优良河段可被认为是航道整治工程参考的样板。一般认为在河流演变过程中河道形态比较顺直，且经过历年冲淤后河床变形不显著，对航行没有障碍的河段属于优良河段[4]。优良河段的河相关系[12-14]意在描述天然状态下河流通过整治后可达到的最稳定的河床断面形态。

　　综上，采用稳定航深估算法估算某河段的航道可开发尺度时，首先需要根据特定流量下断面形状数据率定沿程的河相关系参数α和β，计算航道整治断面可达到的稳定平均水深;然后确定某个设计航宽标准，量测该航宽下的航道边缘水深，推求水深修正系数η，进而将稳定平均水深转化为稳定航道水深，根据航宽和航深可判定河道可开发的航道尺度。

　　1.3　稳定航深法的改进思路

　　1.3.1　河相关系改进

　　长江上游修建有梯级水库群，考虑到水库调度等因素的影响，虽然相关管理部门颁布了设计通航流量，但该流量仍有调整的空间。当最低设计通航流量发生改变时，平均水深和河面宽度会随之改变，该方法所需参数数α和β则需重新率定得到。因此，为提升稳定航深法的计算简易性，应考虑寻求建立河相关系参数与流量的直接联系。拟先统计分析不同流量下叙渝段河相关系，然后提出河相关系参数随流量的变化规律，进而直接求得给定流量下稳定航深法所需的河相关系参数。

　　2稳定航深法改进结果

　　提出的叙渝段河相关系参数与流量的关系，在10000m3/s下与朱沱站实际断面的吻合程度较高。由于长河段水位资料有限，只在三级流量下分析了河相关系参数与流量的关系，因此拟合的河相关系式在洪水期的验证误差相对较大。

　　3叙渝段航道最大开发尺度估算

　　叙渝段设计最低通航流量2230m3/s是在向家坝水电站设计下泄流量1200m3/s的基础上加上岷江流量入汇等计算得到，而向家坝水电站实际运行以来最低下泄流量稳定在1600m3/s以上。虽然设计通航流量不考虑此流量的增加。

　　本文初步分析设计通航流量增加400m3/s时稳定航深值的变化情况，即分析流量为2230m3/s和2630m3/s两种工况。在改进稳定航深法的公式基础上，结合沿程优良河段河相关系，计算叙渝段航道整治后在两种流量下开发成各航道等级(设定航道整治宽度b=60~150m)可能达到的最大稳定航深，后续将理论稳定航深值与标准内河航道等级下不同设计航宽的航深对比，即可判定河道可开发航道尺度。

　　4结　语

　　长江上游枯水期航道尺度不足问题日渐严重，而航道建设开发需要在考虑自然条件的基础上估算最大开发尺度。本文基于河相关系理论，针对叙渝段实际航道情况，在传统稳定航深法的基础上，对其存在的部分繁琐工作进行相应改进，计算了不同设计航宽标准下的稳定航深值，提出了宜宾至重庆段河相关系参数随流量的变化关系，当特征流量发生变化时，无需重新率定河相关系，可直接求得相关参数。

　　提出河道断面形状系数，建立了水深修正系数与设计航道宽度的关系式，可直接计算设计航宽变化下的水深修正系数。基于改进后的稳定航深法对宜宾至重庆段航道开发尺度进行估算，结果表明：叙渝河段通过航道整治可达到Ⅱ级航道3.5m×100m及Ⅰ级航道4.5m×150m的标准，可为长江上游河段的航道建设规划提供支撑。

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　　本文虽然通过改进后的稳定航深法计算得到稳定航深值，但在计算的过程中，一些重要参数并没有根据实际情况分河段取值，如河流比降和糙率等，所以其计算结果对于较长河段来说往往只具有参考性，研究结果适用于类似河道、河岸组成相对接近的山区河流特定河段。由于资料有限的原因，只在三级流量条件下研究了叙渝段河相关系参数和断面形状系数的变化规律，后续应测量分析更多级流量下的变化规律以及糙率的取值，增强本研究的适用性。

　　参　考　文　献：

　　伍文俊,余新明.三峡水库运行后库区航道条件变化及趋势[J].武汉大学学报(工学版)，2010，43(3)：344-347.(WUWenjun,YUXinming.ChangesandtrendsofwaterwayinreservoirareaafteroperationofThreeGorgesReservoir[J].EngineeringJournalofWuhanUniversity,2010,43(3):344-347.(inChinese))

　　[1]刘怀汉,杨胜发,曹民雄.长江黄金航道整治技术研究构想与展望[J].工程科学与技术，2017，49(2)：17-27.(LIUHuaihan,YANGShengfa,CAOMinxiong.Advancesin‘GoldenWaterway’regulationtechnologiesoftheYangtzeRiver[J].AdvancedEngineeringSciences,2017,49(2):17-27.(inChinese))

　　[2]长江航道局.航道工程手册[M].北京:人民交通出版社,2004.(ChangjiangWaterwayBureau.Waterwayengineeringmanual[M].Beijing:ChinaCommunicationsPress,2004.(inChinese))

　　[3]冯宏琳.西江航道尺度开发潜能研究[D].南京:河海大学,2006.(FENGHonglin.StudyonexploitablepotentialofwaterwaydimensionintheXijiangRiver[D].Nanjing:HohaiUniversity,2006.(inChinese))

　　[4]曾亚东.老堡口—新圩河段Ⅳ级航道建设条件分析[J].水运工程，2016(8)：135-138.(ZENGYadong.Theconditionofconstructingalevel-4navigationchannelatthereachfromLaobaokoutoXinxu[J].Port&WaterwayEngineering,2016(8):135-138.(inChinese))

　　作者：李文杰1，王皓2，龙浩2，杨胜发1，肖毅1，杨威1

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