普曉剛，韋巨球，劉俊濤

（1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300456；2.廣西壯族自治區(qū)港航管理局，南寧530012）

西江航運(yùn)干線（廣西段）設(shè)計(jì)最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)探討

普曉剛1，韋巨球2，劉俊濤1

（1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300456；2.廣西壯族自治區(qū)港航管理局，南寧530012）

依據(jù)南寧、貴港、大湟江口和梧州水文站多年實(shí)測(cè)水位、流量資料，分析了西江航運(yùn)干線（廣西段）水文特征，統(tǒng)計(jì)分析了各站不同洪水重現(xiàn)期洪水位及歷時(shí)，依據(jù)現(xiàn)行《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2014），結(jié)合研究河段山區(qū)河流特點(diǎn)，探討了研究河段I級(jí)航道設(shè)計(jì)最高通航水位的洪水重現(xiàn)期采用5 a的可行性，并分析了其對(duì)西江航運(yùn)干線通航的影響。

最高通航水位；洪水重現(xiàn)期；標(biāo)準(zhǔn)；西江

內(nèi)河設(shè)計(jì)最高通航水位是指河流中標(biāo)準(zhǔn)船舶或船隊(duì)容許在港口、航道、船閘、升船機(jī)和船廠水工建筑物等進(jìn)行正常營(yíng)運(yùn)作業(yè)時(shí)的上限臨界水位。對(duì)于無(wú)潮暢流河道設(shè)計(jì)最高通航水位的確定方法，國(guó)際上的計(jì)算方法大體上可分為高水保證率（或歷時(shí)率）法、頻率-保證率法、頻率（或重現(xiàn)期）法和警示水位法等［1-2］。我國(guó)現(xiàn)行《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，不受潮汐影響和潮汐影響不明顯的河段，設(shè)計(jì)最高通航水位采用洪水頻率法確定，如I～I(xiàn)II級(jí)航道設(shè)計(jì)最高通航水位的洪水重現(xiàn)期采用20 a［3］。然而，國(guó)內(nèi)不少學(xué)者對(duì)于內(nèi)河設(shè)計(jì)最高通航水位確定的方法提出了不同觀點(diǎn)，例如，唐存本［4］提出對(duì)于山區(qū)天然河流應(yīng)根據(jù)其實(shí)際情況由頻率法改成保證率法較合理；郝嶺［5］研究探討了采用高水通航歷時(shí)保證率法確定內(nèi)河船閘設(shè)計(jì)最高通航水位的可行性和合理性，并對(duì)嘉陵江IV級(jí)船閘水位選用標(biāo)準(zhǔn)提出了高水通航歷時(shí)保證率99%的建議值。本文主要結(jié)合西江航運(yùn)干線（廣西段）水文特點(diǎn)，依據(jù)現(xiàn)行《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，探討了研究河段I級(jí)航道設(shè)計(jì)最高通航水位的洪水重現(xiàn)期建議標(biāo)準(zhǔn)值，并分析了其對(duì)西江航運(yùn)干線通航的影響，供其他類似項(xiàng)目參考。

1 西江航運(yùn)干線概況

西江航運(yùn)干線由郁江、潯江、西江、珠江組成，西起南寧，過(guò)貴港、梧州，東達(dá)廣州，全長(zhǎng)851 km，為我國(guó)內(nèi)河高等級(jí)航道“兩橫一縱兩網(wǎng)十八線”主骨架中的“一橫”，根據(jù)《珠江流域綜合規(guī)劃（2012～2030年）》，西江航運(yùn)干線為Ⅰ級(jí)航道。

西江航運(yùn)干線廣西段航道里程570 km，起于南寧市民生碼頭，止于兩省界。經(jīng)過(guò)多次航道規(guī)劃技術(shù)等級(jí)提升和多年航道建設(shè)，廣西段現(xiàn)基本達(dá)到了Ⅱ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)。其中，2009年12月，貴港至梧州Ⅱ級(jí)航道工程建成，廣西首條Ⅱ級(jí)航道通航，航道建設(shè)尺度為3.5 m×80 m×550 m。南寧至貴港Ⅱ級(jí)航道工程于2011年11月正式開(kāi)工建設(shè)，航道建設(shè)尺度為3.5 m×80 m×550 m，已于2013年底試通航，2 000 t級(jí)船舶或船隊(duì)可從南寧港直航粵港澳，聯(lián)通我國(guó)大西南和粵港澳的西江航運(yùn)干線“水上大動(dòng)脈”運(yùn)能將大幅提升。

西江航運(yùn)干線沿江已建成了西津水利樞紐、貴港航運(yùn)樞紐、桂平航運(yùn)樞紐和長(zhǎng)洲水利樞紐，樞紐上、下游水位基本銜接，渠化了航道里程547 km，為Ⅰ級(jí)航道建設(shè)打下了較好基礎(chǔ)。

2 水文特征

西江航運(yùn)干線（廣西段）自上至下分別有南寧、貴港、大湟江口、梧州等4個(gè)水文站（以下統(tǒng)稱“站”），水文特征分析依據(jù)各站1986～2012年共27 a的逐日水位、流量資料。

2.1 徑流特征

（1）徑流年內(nèi)分配不均，季節(jié)差異較大。

研究河段所處的西江流域徑流主要由降雨形成，流域內(nèi)干、支流的洪、枯水出現(xiàn)與降雨時(shí)空分布具有同一規(guī)律性，汛期為5～10月，枯水期為11月～次年4月初。徑流年內(nèi)分配主要集中在汛期，汛期水量占年總量的80%，其中6～8月最大，占55%，枯水期11～次年4月僅占年總水量的20%。

（2）徑流年際變化較小，年極值變化較大。

南寧、貴港、大湟江口、梧州等4站的年平均流量基本圍繞著多年平均值變動(dòng)，多年來(lái)基本穩(wěn)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。各站最大與最小流量相差均較大，其中，貴港站日均流量極值比最大，為213，日均流量最大為16 000 m3/s，最小為75 m3/s；大湟江口站日均流量極值比最小，為71，日均流量最大為43 700 m3/s，最小為616 m3/s。

2.2 洪枯水特征

通過(guò)對(duì)南寧、貴港、大湟江口、梧州等4站多年逐日水位過(guò)程線分析，結(jié)果表明各站年內(nèi)洪水變幅較大，具有山區(qū)河流洪水暴漲暴落的特點(diǎn)。以各站2004年水位過(guò)程線為例（圖1），各站年內(nèi)日均最高洪水出現(xiàn)在7月23～24日，最高洪水位前后4 d水位變幅統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。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 d漲水期水位累計(jì)漲幅為4.94～10.76 m，日均變幅在1.2～2.7 m；洪峰后4 d落水期累計(jì)降幅為3.26～6.49 m，日均變幅在0.8～1.6 m。

各站逐年最高、最低水位變化分析結(jié)果表明，年最高水位不同年份變化幅度均較大，介于10～13 m；年最低水位不同年份間變化幅度較小，一般介于1～2 m。

圖12004年4站日均水位過(guò)程線Fig.1Daily average water level hydrographs of 4 hydrological stations in 2004

3 不同重現(xiàn)期洪水位及歷時(shí)分析

3.1 不同重現(xiàn)期洪水位特征分析

（1）分析資料系列。

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》和《內(nèi)河航運(yùn)工程水文規(guī)范》［6］關(guān)于對(duì)設(shè)計(jì)通航水位資料要求的規(guī)定：“當(dāng)基本站資料具有良好的一致性時(shí)，應(yīng)取近期連續(xù)資料系列，取用年限不短于20年”。雖然研究河段基本為渠化或即將被渠化河段，但沿江已建梯級(jí)除西津樞紐外，基本為徑流式樞紐，洪水期泄水閘敞泄，河道基本恢復(fù)天然狀態(tài)，洪水期水位具有較好的一致性；而西津樞紐建成年代較早（1961年開(kāi)始蓄水），不影響上游南寧水文站洪水位資料的一致性。因此，采用各水文站1986～2012年27 a資料進(jìn)行分析，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

（2）分析方法及成果。

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(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率，點(diǎn)繪頻率曲線，采取皮爾遜Ⅲ型曲線計(jì)算理論頻率進(jìn)行適線，并確定取值。分析得各站洪水重現(xiàn)期2 a、3 a、4 a、5 a、10 a、15 a、20 a的特征水位如表2、表3。

可以看出，各站同一級(jí)別重現(xiàn)期水位的差值接近，且相鄰重現(xiàn)期水位差值均隨洪水重現(xiàn)期的減小逐漸增加。以南寧水文站為例，洪水重現(xiàn)期20 a與15 a間水位差值為0.53 m，相鄰重現(xiàn)期年均差值約為0.11 m；洪水重現(xiàn)期10 a與5 a間水位差值為1.64 m，相鄰重現(xiàn)期年均差值約為0.33 m；洪水重現(xiàn)期5 a與4 a間水位差值增至0.55 m，而洪水重現(xiàn)期3 a與2 a間水位差值最增至1.28 m。

表12004年4站最高洪水位前后4 d水位變幅統(tǒng)計(jì)Tab.1Water levels changes in 4 d before and after the highest flood water level of 4 hydrological stations in 2004

表2各站不同洪水現(xiàn)期水位Tab.2Different flood recurrence intervals in hydrological stations m

表3各站不同洪水現(xiàn)期水位之間差值Tab.3Differences between flood recurrence intervals in hydrological stations m

3.2 不同重現(xiàn)期洪水位歷時(shí)分析

采用上述各站1986～2012年27 a逐日平均水位資料，各站歷年洪水位高于不同洪水重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)水位的歷時(shí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4?？梢钥闯?，研究河段具有洪峰歷時(shí)短的山區(qū)河流特征，高于某一特征洪水歷時(shí)隨重現(xiàn)期的減小而增加。以貴港水文站為例，高于20 a、5 a、2 a一遇水位的多年累積歷時(shí)分別為9 d、29 d、116 d，平均每年分別為0.3 d、1.1 d、4.3 d。

此外，通過(guò)對(duì)各站不同重現(xiàn)洪水位與歷時(shí)進(jìn)行相關(guān)分析（圖2），可以看出，在5 a一遇洪水附近存在一處臨界點(diǎn)，即重現(xiàn)期大于5 a一遇和小于5 a一遇時(shí)，洪水水位與高于該水位的歷時(shí)服從不同的線性相關(guān)。

表4各站1986～2012年高于各洪水重現(xiàn)期水位歷時(shí)統(tǒng)計(jì)Tab.4Duration statistics of which the water level was higher than that in flood recurrence intervals in hydrological stations during 1986 to 2012d

圖2不同水文站特征洪水歷時(shí)與重現(xiàn)期進(jìn)行相關(guān)性Fig.2Correlation between durations and recurrence intervals in hydrological stations

當(dāng)重現(xiàn)期大于5 a一遇時(shí)，隨洪水位增加，高于相應(yīng)洪水位的歷時(shí)雖有所減小，但幅度不大，南寧、貴港、大湟江口、梧州等4站，特征洪水位與歷時(shí)線性相關(guān)中K值分別為-8.60、-7.44、-6.33、-6.04，即水位每升高1 m，統(tǒng)計(jì)27 a間洪水歷時(shí)分別減少8.60、7.44、6.33、6.04 d，年均減少0.32、0.28、0.23、0.22 d。

而重現(xiàn)期小于5 a一遇時(shí)，隨洪水水位減小，洪水歷時(shí)明顯增加，4站特征洪水位與歷時(shí)線性相關(guān)中K值分別為-23.93、-39.06、-20.03、-24.36，即水位每降低1 m，年均增加0.89、1.45、0.74、0.90 d，約為前者的3～5倍。

4 不同重現(xiàn)期水位與封航水位對(duì)比分析

廣西主要通航河流多屬山區(qū)性河流，在大洪水期間河道水流急、流態(tài)差，漂浮物多。因此，在發(fā)生大洪水期間，為確保船舶航行安全，海事部門將根據(jù)河流水流實(shí)際情況，發(fā)布通航應(yīng)急預(yù)警，當(dāng)洪水位超過(guò)當(dāng)?shù)亟剿缓螅扇?yīng)急封航措施，禁止船舶航行。根據(jù)廣西海事部門提供的資料，各航區(qū)封航水位見(jiàn)表5?？梢钥闯?，各航區(qū)封航水位均低于5 a一遇洪水位。其中，南寧航區(qū)與5 a一遇洪水位相當(dāng)；貴港航區(qū)與4 a一遇洪水位相當(dāng)；梧州航區(qū)低于4 a一遇洪水位，稍高于3 a一遇洪水位。

表5各航區(qū)封航水位與不重洪水期水位對(duì)比表Tab.5Comparison of navigational bound water level and the varied flood recurrence interval water levels in hydrological stations m

5 Ⅰ級(jí)航道設(shè)計(jì)最高通航水位建議標(biāo)準(zhǔn)值

現(xiàn)行《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》已經(jīng)注意到平原河流和山區(qū)河流水文過(guò)程特點(diǎn)的差異，對(duì)于較低等級(jí)的航道，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“對(duì)出現(xiàn)高于設(shè)計(jì)最高通航水位歷時(shí)很短的山區(qū)河流，Ⅲ級(jí)航道洪水重現(xiàn)期可采用10年；Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)航道可采用5-3年；Ⅵ級(jí)和Ⅶ級(jí)航道可采用3-2年”。

由前述分析可知，研究河段屬于山區(qū)河流，其具有以下特點(diǎn)：①洪水暴漲暴落，洪峰歷時(shí)短；②因洪水期水流急、流態(tài)差，海事管理機(jī)構(gòu)為了確保船舶通航安全發(fā)布封航通告禁止船舶航行，實(shí)際上降低了最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)研究河段各站不同重現(xiàn)期洪水位及歷時(shí)特征分析，洪水重現(xiàn)期小于5 a一遇時(shí)，高于不同重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)水位的歷時(shí)隨重現(xiàn)期的減小顯著增加；此外，各航區(qū)封航水位均低于5 a一遇洪水位，即設(shè)計(jì)最高通航水位洪水重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)取5 a已大于實(shí)際通航標(biāo)準(zhǔn)。因此，提出西江航運(yùn)干線（廣西段）設(shè)計(jì)最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期5 a的建議值。

6 建議標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)船舶運(yùn)輸影響分析

為對(duì)比分析前述提出的西江航運(yùn)干線（廣西段）設(shè)計(jì)最高通航水位建議標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)船舶運(yùn)輸影響，4站1986～2012年歷年洪水位高于5 a一遇洪水歷時(shí)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并與《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定20 a一遇洪水及各航區(qū)封航水位進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表6。

可以看出，各站高于5 a一遇水位的多年累積歷時(shí)介于10～35 d，平均每年0.4～1.3 d，洪水保證率介于99.64～99.99%；高于20 a一遇水位的多年累積歷時(shí)介于0～9 d，平均每年0～0.3 d，洪水保證率介于99.91～100%；高于封航水位多年累積歷時(shí)介于43～45 d，平均每年約1.6 d，洪水保證率約99.55%。因此，最高通航水位洪水重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)為5 a與20 a相比，對(duì)船舶運(yùn)輸影響平均每年相差僅1 d左右，而高于各航區(qū)封航水位的要求。因此，提出的西江航運(yùn)干線（廣西段）設(shè)計(jì)最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)對(duì)船舶運(yùn)輸影響較小。

表6不同最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的多年平均歷時(shí)及洪水保證率對(duì)比Tab.6Comparison of the multiyear average flood duration and the flood guaranteed rate corresponding to different highest navigable stage standards

7 結(jié)語(yǔ)

（1）西江航運(yùn)干線（廣西段）具有洪水暴漲暴落、洪峰歷時(shí)短的山區(qū)河流特征，特征洪水歷時(shí)隨重現(xiàn)期的減小而增加。在5 a一遇洪水附近存在一處臨界點(diǎn)，即重現(xiàn)期大于5 a一遇和小于5 a一遇時(shí)，洪水水位與高于該水位的歷時(shí)服從不同的線性相關(guān)。當(dāng)重現(xiàn)期大于5 a一遇時(shí)，高于不同重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)水位的歷時(shí)隨重現(xiàn)期的增加稍有增加；而重現(xiàn)期小于5 a一遇時(shí)，高于不同重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)水位的歷時(shí)隨重現(xiàn)期的減小顯著增加。

（2）依據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合（1）水文特點(diǎn)及洪水期封航的實(shí)際情況，提出西江航運(yùn)干線（廣西段）設(shè)計(jì)最高通航水位的洪水重現(xiàn)期選取5 a的建議值。最高通航水位洪水重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)為5 a與20 a相比，對(duì)船舶運(yùn)輸影響平均每年相差僅1 d左右，影響較小，而高于各航區(qū)封航水位的要求。

（3）建議對(duì)于洪峰期歷時(shí)短的山區(qū)河流，可根據(jù)不同洪水重現(xiàn)期水位以上的歷時(shí)情況，考慮采用適當(dāng)降低洪水重現(xiàn)期的方法，確定設(shè)計(jì)最高通航水位標(biāo)準(zhǔn)。

［1］閔朝斌.關(guān)于內(nèi)河設(shè)計(jì)最高通航水位的標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方法的研究［J］.水運(yùn)工程，2004，366（7）：52-55. MIN C B.Research on Standards and Calculation Methods of Designed Highest Navigable Water Level of Inland River［J］.Port& Waterway Engineering，2004，366（7）：52-55.

［2］閔朝斌.從美國(guó)橋梁的最高通航設(shè)計(jì)水位談起［J］.水運(yùn)工程，2007，402（5）：83-85. MIN C B.On the Maximum Navigable Designed Water Level of Bridge in the USA［J］.Port&Waterway engineering，2007，402（5）：83-85.

［3］GB50139-2014.內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］唐存本，貢炳生，張賢明.山區(qū)天然河流設(shè)計(jì)最高通航水位確定方法的探討［J］.水運(yùn)工程，2007，401（4）：66-69. TANG C B，GONG B S，ZHANG X M.On Methods for Determining the Design Highest Navigable Stage of Natural Rivers in Moun?tain Areas［J］.Port&Waterway Engineering，2007，401（4）：66-69.

［5］郝嶺，譚先澤，吳文鳳.山區(qū)河流船閘設(shè)計(jì)最高通航水位研究［J］.水運(yùn)工程，2005，375（4）：52-55. HAO L，TAN X Z，WU W F.Designed Highest Navigable Stage of Shiplock in Mountainous River［J］.Port&Waterway Engineer?ing，2005，375（4）：52-55.

［6］JTS 145-1-2011，內(nèi)河航運(yùn)工程水文規(guī)范［S］.

Discussion on designed highest navigable stage standard of Xijiang River trunk route in Guangxi

PU Xiao?gang1,WEI Ju?qiu2,LIU Jun?tao1
（1.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin 300456,China;2.Guangxi Zhuang Autonomous Region Port and Shipping Administration Bureau,Nanning 530012,China）

Based on the multiyear measured water level and discharge data of the Nanning,Guigang,Da?huangjiangkou and Wuzhou hydrological stations,the hydrological characteristics of Xijiang River trunk route in Guangxi and the flood duration and water level in different flood recurrence intervals of varied hydrological stations were analyzed in this paper.In accordance with currentStandards for Inland Navigation(GB50139-2014)and com?bined with understudied mountain river channel features,the paper discussed the feasibility of which the flood re?currence interval of the highest navigable stage in the understudied river channel would be five years and analyzed how would the flood recurrence interval affect the navigation in the Xijiang River main channels.

the highest navigable stage;flood recurrence interval;standard;Xijiang River

U 612；TV 135

A

1005-8443（2015）06-0550-05

2015-08-11；

2015-10-28

交通運(yùn)輸部科技項(xiàng)目重大專項(xiàng)黃金水道通過(guò)能力提升技術(shù)（2011 328 000 80）

普曉剛（1979-），男，河南省周口市人，副研究員，主要從事水利工程及航道工程研究。Biography：PU Xiao?gang（1979-），male，associate professor.