西江干线邕宁至西津枢纽段通航水深条件研究

袁鹏 覃海林 马爱兴 邓涯

摘要：为充分利用西江干线航道水深资源，支撑平陆运河工程建设规模，文章以西江干线邕宁至西津枢纽航段为对象，利用两枢纽间二维水流数学模型研究了汛期、非汛期不同流量保证率及西津坝上运行水位下的航段通航水深条件。结果表明：最小航深随着流量保证率的减小而增大；西津坝上水位常遇情景下，汛期、非汛期流量保证率40%～90%对应最小通航水深分别为7.44～6.74 m、8.97～8.92 m；西津坝上水位下限情景下，汛期、非汛期沿线最小通航水深基本达到5.4 m。研究成果可为平陆运河工程初步设计中船闸门槛水深等确定提供相关依据。

关键词：平陆运河；西江干线；西津枢纽；流量保证率；数学模型

中图分类号：U612.23 A 14 041 3

0 引言

西部陆海新通道（平陆）运河（简称“平陆运河”）始于广西南宁横州市西津库区平塘江口，经钦州灵山县陆屋镇沿钦江进入北部湾，全长约135 km，按内河Ⅰ级航道标准建设，可通航5 000吨级船舶。运河开发任务以航运为主，结合供水、灌溉、防洪、改善水生态环境等。运河建成后将串联以西江干线为核心的广西内河高等级航道网与北部湾国际港口群，工程建成后，西江流域中上游船舶可经平陆运河从钦州港出海，相比经现状广州出海缩短约560 km航程，有力提升了运河运输能力和效率，降低西南地区运输成本。由于平陆运河工程的建设规模需考虑西江干线、黔柳江等高等级航道网在不同水情及不同梯级下的航道水深条件，同时梯级间航道条件受枢纽调度影响，汛期、非汛期水深差异较大，如何充分利用不同时期的航道水深资源，也是行业关注的问题。

目前对航道水深条件的研究，主要聚焦在航道设计最低通航水位、通航保证率等问题，国内学者在长江、西江、赣江、金沙江、澜沧江、淮河等通航河流［1-4］的研究上取得了许多代表性成果，可为相应河段航道设计提供参考。闻云呈［5］采用综合历时曲线法来计算最低通航水深，罗淼通［6］通过实测数据和模拟相结合的方式，计算航道通航水深和保证率。但目前对受梯级影响下汛期、非汛期不同保证率的通航水深研究相对较少。

本文依托西江干线航道网中邕宁枢纽至西津枢纽段，利用两梯级间二维水流数学模型，对汛期、非汛期不同保证率航道水深条件进行模拟，分析不同保证率下的通航水深。研究成果有助于平陆运河工程航道设计底标高、船闸门槛底高程等建设规模的确定，同时可为水运部门在汛期、非汛期可通航最大船舶吃水管理提供技术参考。

1 工程河段概况

平陆运河与西江干线在郁江交汇，郁江是西江水系的一级支流，区间流域面积6.81×104 km2。西江干线沿线建有老口、邕宁、西津、贵港、桂平、长洲等梯级，其中西江干线航道规划为Ⅰ级航道，通航3 000吨级船舶，航道维护标准为4.1 m×90 m×670 m（水深×宽度×弯曲半径，下同），通航保证率为98%。邕宁至西津段属于西江干线南宁至贵港段航道，现状为Ⅱ级航道，航道尺度3.5 m×80 m×550 m，目前正在开展Ⅰ级航道设计工作。

根据郁江下游控制性水文站贵港站逐月特征流量（最大、最小、平均值）年内分配（图1），汛期（5～9月）水量占年总量的66.25％，其中7～9月最大，占45.79％；枯水期10月至次年4月仅占年总量的33.75％，其中1～3月为最枯，仅占10.15％。

西津水库正常运行水位62.12 m、死水位57.62 m、汛限水位61.62 m。根据2010—2020年西津入库流量和坝上水位过程（图2），可以看出，西津坝上水位运行有明显

的汛期与非汛期区分。经分析，非汛期水位在61～62 m，概率密度峰值为61.90 m；汛期流量小于2 000 m3/s的水位变幅较大，基本在58～62 m，概率0.3以上的密度峰值在59.6～61.7 m，而流量在2 000 m3/s以上的基本在汛限水位61.62 m。

2 二维水流数学模型建立与验证

本段研究范围为西江邕宁枢纽至西津枢纽，全长122 km。数学模型基于有限体积法，采用三角形网格离散计算区域，网格大小疏密沿河道河势宽窄变化不等，对主河槽及沿程航道线的局部网格进行加密，对滩地及其他区域的网格进行适量控制，保证重点区域计算精度的同时提高计算效率。河段布置网格单元共235 064个，网格节点120 098个，网格节点间距20～50 m，地形采用2022年7月实测地形（图3）。

河段内糙率是个综合影响因素，针对模型上下游河段不同的水流特性，分别给定滩槽内糙率。通过对模型的验证，主槽内糙率为0.02～0.033，浅滩或边滩内糙率为0.034～0.05。采用2021年6月郁江流量2 224 m3/s、西津壩上水位61.85 m的实测水文资料对模型沿程水位、断面流速分布进行验证，验证结果符合相关规范要求。

3 研究工况

考虑到邕宁至西津枢纽段无国家基本水文站，同时邕宁枢纽自2020年4月蓄水运行以来出库流量资料序列较短，该河段汛期与非汛期保证率流量基于2010—2020年西津水库入库流量资料进行分析。依据研究河段流量保证率曲线，得到汛期、非汛期各保证率流量，其中汛期保证率为98%、90%、80%、70%时流量分别为328 m3/s、605 m3/s、787 m3/s、1 004 m3/s，根据西津水库坝上运行水位特征，确定汛期、非汛期不同保证率流量对应的坝上水位，具体见表1。

4 通航水深保证率分析

本研究按照3 000吨级航道工程实施后作为计算边界，航道尺度根据设计按90 m×5.4 m（航宽×航深），模型根据3 000吨级工程后设计水面线对沿线出浅航槽进行了开挖。

4.1 汛期

4.1.1 沿程水位

对汛期1%～98%不同保证率下的流量和西津坝上水位（下限和常遇）工况进行了计算，并分析沿程水位。其中坝上水位常遇情景下，邕宁至西津坝上的水位落差在0.16～1.00 m，整体比降较小，基本在0.1以下；相同保证率下西津坝上水位常遇情景下水位落差比下限水位运行时小，坝上水位在下限时40%～90%保证率下水位落差在0.29～1.56 m，而坝上水位常遇工况时40%～90%保证率下水位落差在0.16～1.00 m，保证率40%时落差为0.56 m，保证率90%时落差为0.13 m。

图4为40%～90%保证率下西津坝上下限和常遇水位运行时对应的航中水面线，全线受下游边界水位的影响，相同保证率下坝上水位常遇工况沿程水位明显高于下限工况，90%保证率流量下相差最大。

在下限及常遇水位工况下，西津上游引航道口门区水位基本与下边界水位保持一致，变化主要集中在邕宁枢纽下游引航道口门区。其中，下限水位工况时1%、2%保证率下水位较高，分别为66.68 m、65.74 m，20%～98%保证率下水位在58.43～61.93 m；全线受下边界水位的影响，常遇工况时在相同保证率流量下相比于下限工况时邕宁枢纽口门区水位明显增高，下限工况时40%～90%保证率下水位在58.63～59.90 m，而常遇工况时40%～90%保证率下水位为59.90～60.74 m，整体增高1.05 m左右。

4.1.2 不同保证率下沿线最小航深

西津坝上水位下限工况时，汛期的最小航深随着保证率的减小（流量的增大）而增大。邕宁至西津段沿线通航水深基本满足3 000吨级设计最小通航水深5.4 m要求，40%～90%保证率下相应的航道水深在5.43～6.52 m，其中50%保证率下航深为6.21 m（图5）。坝上水位常遇工况时，汛期的最小航深同样随保证率的减小（流量的增大）而增大，汛期保证率40%～90%工况下最小通航水深在7.44～6.74 m，其中50%保证率下的航深为7.23 m，相较于坝上水位下限工况时在相同保证率下增大约1.02 m左右。

4.2 非汛期

4.2.1 沿程水位

对非汛期1%～90%不同保证率下的流量和西津坝上水位（上限和常遇）工况下进行了计算并分析沿程水位。总体上看，相较于汛期的沿程水位变化特征相似，非汛期由于流量较小，沿程水位变化。其中，坝上水位常遇工况时，邕宁至西津坝上的水位落差在0.01～0.07 m，整体比降较小，基本在0.1以下；相同保证率下西津枢纽坝上水位常遇工况时水位落差比下限水位运行时小，坝上水位下限工况时40%～90%保证率下水位落差在0.04～1.18 m，而坝上水位常遇工况时40%～90%保证率下水位落差为0.01～0.07 m，保证率40%时落差为0.03 m。

图6为40%～90%保证率下西津坝上下限和常遇水位运行下的航中水面线，同样全线受下游边界水位的影响，相同保证率下坝上水位常遇工况时沿程水位明显高于坝上水位下限工况时，90%保证率流量下水位落差最大，其中平塘江口水位落差最大约2.30 m。

在下限及常遇水位工况时，西津上游引航道口门区水位基本与下边界水位保持一致，变化主要集中在邕宁枢纽下游口门区。其中，下限水位工况时1%、2%保证率下水位较高，分别为63.22 m、62.78 m；20%～90%保证率下水位在59.78～60.08 m；全线受下边界水位的影响，常遇工况时在相同保证率下相比于下限工况时邕宁坝下口门区水位明显增高，下限工况时40%～90%保证率下坝下口门区水位为59.78～59.91 m，而常遇工况时40%～90%保证率下坝下口门区水位为62.05～62.11 m，整体增大2.24 m左右。

4.2.2 不同保证率下沿线最小航深

西津坝上水位下限工况时，非汛期的最小航深随着保证率的减小（流量的增大）而增大，相比于汛期，增幅不大。邕宁至西津段沿线通航水深基本满足3 000吨级设计最小通航水深5.4 m的要求，40%～90%保证率下相应的航道水深在6.76～6.64 m，其中50%保证率航深6.72 m（后页图7）。坝上水位常遇工况时，汛期的最小航深同样随着保证率的减小（流量的增大）而增大，40%～90%保证率下相应的航道水深在8.97～8.92 m，其中50%保证率下航深为8.96 m，相较于下限水位在相同保证率下增大约2.25 m。

5 结语

（1）西津水库坝上水位下限工况时，汛期的最小航深隨着保证率的减小（流量的增大）而增大。邕宁至西津段沿线通航水深基本满足3 000吨级设计最小通航水深5.4 m的要求。

（2）坝上水位常遇工况时，汛期的最小航深随着保证率的减小（流量的增大）而增大，汛期保证率40%～90%下最小通航水深在7.44～6.74 m。

（3）坝上水位下限工况时，非汛期的最小航深随着保证率的减小（流量的增大）而增大，相比于汛期增幅不大。邕宁至西津段沿线通航水深基本满足3 000吨级设计最小通航水深5.4 m的要求。

（4）坝上水位常遇工况时，非汛期的最小航深随着保证率的减小（流量的增大）而增大，40%～90%保证率下相应的航道水深在8.97～8.92 m。

参考文献

［1］何 洋，张帅帅.碍航礁石河段最低通航水位和整治效果分析［J］.水运工程，2015（6）：137-142.

［2］张 明，冯小香，彭 伟，等.西江界首至肇庆河段航道设计最低通航水位研究［J］.水运工程，2018（4）：104-109.

［3］黄定军，李燕玲，田美琴.赣江南昌河段设计水位分析［J］.水运工程，2014（5）：117-120.

［4］刘晓帆，陈婷婷，何 熙，等.库区支流通航水域及设计通航水位的确定方法［J］.水运工程，2020（12）：136-140.

［5］闻云呈，夏云峰，蔡翠苏，等.长江下游南京至浏河口河段沿程设计最低通航水位分析［J］.水运工程，2012（3）：99-103.

［6］罗淼通，申其国，王亚妮.北江石角站不同洪水条件下通航保证率研究［J］.中国水运，2022（1）：141-143.

收稿日期：2023-10-08