彭厚德

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，湖南長(zhǎng)沙 410008)

湘江干流按9個(gè)梯級(jí)規(guī)劃進(jìn)行開(kāi)發(fā)，下游4個(gè)梯級(jí)依次為土谷塘、大源渡、株洲及長(zhǎng)沙樞紐(見(jiàn)圖1)，其中大源渡、株洲樞紐分別于2000年、2006年建成，目前正在對(duì)二線船閘進(jìn)行可行性研究。長(zhǎng)沙樞紐已于2009年底開(kāi)工，計(jì)劃2015年底竣工;土谷塘樞紐于2012年開(kāi)工，2016年竣工。

湘江下游的航電樞紐均為低水頭、大流量的徑流式樞紐。樞紐主要建筑物包括船閘、泄水閘、電站及魚(yú)道(大源渡、株洲樞紐原未建魚(yú)道，準(zhǔn)備補(bǔ)充建設(shè))。庫(kù)區(qū)淹沒(méi)是工程的關(guān)鍵點(diǎn)之一，水庫(kù)淹沒(méi)范圍按開(kāi)閘預(yù)泄回水外包線確定。必須對(duì)水庫(kù)進(jìn)行合理調(diào)度，以降低回水外包線，減少淹沒(méi)范圍，水庫(kù)調(diào)度基本按以下原則:

1)當(dāng)入庫(kù)流量小于或等于水輪機(jī)組引用流量時(shí)，庫(kù)水位維持正常蓄水位，閘門(mén)全關(guān)，入庫(kù)流量全部通過(guò)水輪機(jī)下泄;

2)當(dāng)入庫(kù)流量大于水輪機(jī)最大引用流量時(shí)，根據(jù)洪水預(yù)報(bào)和庫(kù)區(qū)淹沒(méi)情況，壩前逐漸降低庫(kù)水位運(yùn)行，直至閘門(mén)全開(kāi)，恢復(fù)天然行洪狀態(tài)，以減少對(duì)庫(kù)區(qū)的影響。

1 最高通航水位

圖1 湘江下游梯級(jí)布局示意圖

由于洪水期樞紐泄水閘全開(kāi)敞泄，基本恢復(fù)天然行洪狀態(tài)，壩前水位壅高值僅為20 cm左右。樞紐建設(shè)對(duì)洪水位影響很小，船閘上游最高通航水位相比樞紐建設(shè)前的天然狀態(tài)，抬高的水位即為壅高值，下游最高通航水位基本沒(méi)有發(fā)生改變。洪水頻率按《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 305—2001)的確定［1］，土谷塘、株洲一線、大源渡一線船閘均為Ⅲ級(jí)，且位于丘陵地區(qū)，最高通航水位歷時(shí)很短，采用10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn);株洲二線、大源渡二線、長(zhǎng)沙樞紐船閘為Ⅱ級(jí)，最高通航水位采用20 a一遇洪水標(biāo) 準(zhǔn)。見(jiàn)表1。

表1 湘江下游航電樞紐船閘通航水位表

2 下游最低通航水位

2.1 下游為水庫(kù)

為保證整個(gè)航道連續(xù)暢通，船閘下游最低通航水位應(yīng)與下游梯級(jí)銜接［2］，保證在下游梯級(jí)水庫(kù)死水位時(shí)可以正常通航，故船閘下游最低通航水位為下游梯級(jí)死水位回水至壩下的相應(yīng)水位。推算回水的流量應(yīng)采用樞紐最小下泄流量。

考慮到死水位時(shí)，下泄流量很小，且受電站調(diào)峰發(fā)電的影響，下泄流量同一天的不同時(shí)段變化較大，難以穩(wěn)定，船閘下游最低通航水位也可直接采用下游梯級(jí)水庫(kù)死水位，不考慮水面比降產(chǎn)生的翹尾影響。

2.2 下游為天然航道

長(zhǎng)沙樞紐為湘江的最下游一個(gè)梯級(jí)，其下游最低通航水位按保證率P=98%減去水位下降值確定。根據(jù)國(guó)內(nèi)其他水利樞紐下游(如漢江丹江口樞紐)河床的沖刷變形情況、目前砂卵石開(kāi)采及枯水位下降的實(shí)際情況、預(yù)測(cè)的砂卵石開(kāi)采量、洞庭湖和城陵磯的水位變化情況，同時(shí)考慮到隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和學(xué)習(xí)實(shí)踐科學(xué)發(fā)展觀的深入、對(duì)沙石開(kāi)采市場(chǎng)的監(jiān)管逐步到位，在河道中無(wú)序挖沙的行為將會(huì)逐步得到控制等因素，估計(jì)長(zhǎng)沙樞紐處下游遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)低水位將下降 1.5 m［3］。

3 上游最低通航水位

船閘上游最低通航水位的確定一般只考慮水庫(kù)蓄水后樞紐正常運(yùn)行的情況，樞紐施工期考慮一定時(shí)間的斷航，并對(duì)斷航損失進(jìn)行補(bǔ)償。樞紐施工一般分二(三)期導(dǎo)流，最后一期圍堰合攏、閉氣及水庫(kù)利用圍堰蓄水至最低通航水位期間，樞紐河段斷航。根據(jù)株洲、大源渡樞紐的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，斷航天數(shù)在40 d左右。如果施工期過(guò)往船舶不多，斷航造成的社會(huì)影響不大，對(duì)斷航損失的補(bǔ)償費(fèi)用不多，這種處理方案是可行的。株洲及大源渡樞紐采用這種方案，土谷塘樞紐也準(zhǔn)備采用這種方案。

長(zhǎng)沙樞紐壩址位于長(zhǎng)沙市下游的湘江干流河段，目前為千噸級(jí)航道，施工期間過(guò)往船舶多，過(guò)壩貨運(yùn)量大，根據(jù)河段的實(shí)地貨運(yùn)量調(diào)查，現(xiàn)階段水運(yùn)繁忙季節(jié)每天過(guò)壩船舶數(shù)量將超過(guò)500條。如施工期斷航40 d，將對(duì)整個(gè)湘江航運(yùn)造成巨大損失并產(chǎn)生嚴(yán)重社會(huì)影響。船閘上游最低通航水位的確定應(yīng)按施工期基本不斷航考慮。

下面根據(jù)運(yùn)行期及施工期的特點(diǎn)，分別探討上游最低運(yùn)行水位的確定方法。

3.1 運(yùn)行期

一般采用水庫(kù)死水位和樞紐最低運(yùn)行水位中的較低值。湘江下游的航電樞紐為徑流式樞紐，調(diào)節(jié)庫(kù)容很小，調(diào)節(jié)水位一般在2 m(正常擋水位－死水位)以內(nèi)。為減少庫(kù)區(qū)淹沒(méi)損失，入庫(kù)流量較大時(shí)需盡可能多預(yù)泄以騰空庫(kù)容，預(yù)泄水位一般在3 m(正常擋水位－樞紐最低運(yùn)行水位)左右。湘江下游的航電樞紐最低運(yùn)行水位均低于水庫(kù)死水位，故運(yùn)行期上游最低通航水位均按運(yùn)行低水位控制。

壩前運(yùn)行低水位均出現(xiàn)在入庫(kù)流量較大時(shí)，相應(yīng)庫(kù)尾水位均明顯高于正常擋水位，不會(huì)影響庫(kù)區(qū)航道及上游梯級(jí)的通航。

3.2 施工期

為保證施工期基本不斷航，船閘建成后即可投入使用，不需待圍堰合攏、閉氣及蓄水，船閘上游最低通航水位宜采用施工期船閘建成時(shí)段的相應(yīng)水位。

長(zhǎng)沙樞紐船閘上游最低通航水位如采用水庫(kù)運(yùn)行低水位，則為28.4 m;如采用船閘建成時(shí)段(天然情況下)保證率90%的水位，則為24.0 m，可以實(shí)現(xiàn)施工期千噸級(jí)船舶基本不斷航。水位降低后，工程總投資增加約1 300萬(wàn)(約占船閘工程總投資2%)，低于斷航損失補(bǔ)償費(fèi)用，同時(shí)避免了嚴(yán)重的社會(huì)影響及對(duì)湘江水運(yùn)發(fā)展造成的傷害。

長(zhǎng)沙樞紐船閘閘室有效尺度采用200 m×34 m×4.5 m，按現(xiàn)階段的船型，一線船閘一天能通過(guò)的船舶數(shù)量不到300條。故施工期需兩線船閘同時(shí)運(yùn)行才能滿足需求，兩線船閘上游最低通航水位均采用24.0 m，不宜按一線船閘 28.4 m、另一線船閘24.0 m 考慮。

4 結(jié)語(yǔ)

通航水位是船閘設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，受樞紐調(diào)節(jié)的影響，航電樞紐船閘通航水位的確定應(yīng)考慮樞紐正常擋水位、死水位、水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度、施工期通航、梯級(jí)銜接及庫(kù)區(qū)淹沒(méi)損失等多種因素，對(duì)工程投資及社會(huì)影響較大。對(duì)航電樞紐通航水位特別是上游最低通航水位的選擇應(yīng)綜合考慮，慎重決策。

［1］JTJ 305—2001，船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JTS 182—1—2009，渠化工程樞紐總體布置設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］周作茂.長(zhǎng)沙綜合樞紐下游遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)通航低水位論證分析［J］.水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2012(4).