西江航运干线（广西段）跨河桥梁最高通航水位标准研究

    李国通+韦巨球

    摘 要：西江航运干线（广西段）作为规划国家Ⅰ级航道，其跨河桥梁最高通航水位在严格执行国家标准上存在困难，如严格执行国家标准将会给Ⅰ级航道建设带来较大影响。本文主要通过对西江航运干线（广西段）跨河桥梁现状、水文特征、不同重现期洪水位及历时、不同重现期水位与封航水位对比、降低跨河桥梁高度对社会经济的影响等分析，结合国家Ⅰ级航道最高通航水位要求，提出符合西江航运干线（广西段）实际的跨河桥梁最高通航水位标准。

    关键词：西江航运干线；跨河桥梁；水文；最高通航水位

    中图分类号：U[6-9] 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）11-0025-04

    西江航运干线是珠江水系最重要的航道，由郁江、浔江、西江、珠江组成，西起广西南宁、东至广东广州，横贯广西广东两省区，全长854km，是全国水运规划主通道的“一横”，其中广西段（南宁民生码头至梧州界首）长525km。根据国家发展和改革委员会、交通运输部、广西壮族自治区人民政府等相关规划和国务院国函[2013]37号批复的《珠江流域综合规划（2012-2030年）》，西江航运干线航道规划等级为Ⅰ级。

    随着广西西江黄金水道建设有序、快速推进，以及西江经济带发展对水运的日益依赖，西江航运干线（广西段）现有Ⅲ-Ⅱ级航道提升到Ⅰ级航道或按Ⅰ级航道标准进行保护势在必行。而西江航运干线（广西段）为山区河流，具有洪水暴涨暴落的特点，同时受河流两岸高程及城市规划布局条件限制，如其跨河桥梁最高通航水位严格执行《内河通航标准》（GB50139-2014）（以下简称“14标准”）“Ⅰ级航道跨河桥梁设计最高通航水位取洪水重现期均为20年”规定，因诸多因素影响，技术、经济层面困难多，社会负面影响大，不利于航道资源开发和河流资源的综合利用。因此，基于“14标准”原则要求，在有效保护航道资源，推进内河水运健康有序发展条件下，结合广西经济社会发展的需求和通航河流的实际情况，开展西江航运干线（广西段）Ⅰ级航道跨河桥梁最高通航水位标准研究是非常必要和迫切的。

    1 西江航运干线（广西段）跨河桥梁现状

    截至2013年底，西江航运干线（广西段）河段已建、在建桥梁（以下简称“现有桥梁）共43座。经对现有43座桥梁统计表明，西江航运干线南宁至梧州航段在2010年之前，已建桥梁虽然通航净高尺度相对较小，但除早年建设的贵港铁路桥（1954年）净高为6.3m、邕江大桥（1964年）净高为6m不满足国家通航标准规定Ⅲ级航道净高不小于10m的要求外，其它桥梁均满足所在河道当时航道规划和相应时期的国家63标准、90标准或04标准要求。2010年后，随着西江干线航道规划等级提升至Ⅱ级、远期预留Ⅰ级航道或3000t级后，新建的跨河桥梁通航净宽、净高能满足Ⅱ级航道国家通航标准的要求，且大部分桥梁通航净宽满足Ⅰ级航道国家通航标准的要求，通航净高偏低但也基本上满足船舶通航安全的要求。

    2 跨河桥梁通航净高按14标准执行存在现实困难

    2.1 河流两岸高程及城市规划布局条件影响

    西江航运干线（广西段）从南宁至梧州界首，现有桥梁43座，其中城区桥梁36座，占现有桥梁总数84%。而沿江两岸台地地势较低，如南宁设计最低通航水位61m左右，市区高程75m左右；贵港设计最低通航水位29m，市区高程45m左右。沿江桥梁建设除考虑桥梁工程建设投资外，还满足铁路桥梁与火车站接线，城区公路桥与两岸市区道路接线和便于群众出行，因此桥梁不能建得过高，但又不具备采用其它方式（隧道）的条件。

    2.2 现有桥梁难以按14标准改建

    现有桥梁尤其早期建设的桥梁通航净空尺度和设计最高通航水位标准均较低，若严格按照14标准Ⅰ级航道的通航要求，需要扩建大部分桥梁。而这些桥梁都是城区和铁路、公路路网交通要道的重要桥梁，难以将不达标桥梁全部推倒重建，主要原因：一是交通要道上的桥梁不能较长时间中断运营；二是很多城区公路桥梁和铁路桥梁的桥址是唯一的，原桥梁两侧无法另选重建；三是现有桥梁扩建工程投资巨大，资金难以解决，西江航运干线（广西段）仅南宁牛湾作业区至界首段，就需改扩建27座桥梁，初步估算需投资约190亿元。另一方面，现有桥梁的通航建设方案，绝大多数是经过交通主管理部门批准同意的，也是符合建桥时期航道规划、国家通航标准的。现在，由于航道等级的提升，产生原有跨河桥梁通航条件不满足水运发展的要求，在我国现行体制下，桥梁扩建工程由谁来负责扩建，仍是个难以解决的关键问题。

    2.3 海事部门应急封航措施实际降低了最高通航水位标准

    在发生大洪水期间，为确保船舶航行安全，海事部门将根据河流水流实际情况，发布通航应急预警，当洪水位超过当地禁航水位后，采取应急封航措施，禁止船舶航行。西江航运干线（广西段）各航区封航水位均低于5年一遇洪水位，实際上降低了最高通航水位标准。

    2.4 沿江枢纽船闸设计通航水位的影响

    西江航运干线沿江已建成的枢纽有西津水利枢纽、贵港航运枢纽、桂平航运枢纽和长洲水利枢纽，4座枢纽均建有（或在建）二线或二线以上船闸供船舶通航。其设计最高通航水位均低于20年一遇洪水位。具体为：

    西津水利枢船闸已建一线船闸上、下游设计最高通航水位低于5年一遇洪水，在建二线船闸上、下游最高通航水位10年一遇洪水。

    贵港和桂平已建一线船闸及长洲已建一、二线船闸，上、下游设计最高通航水位为5年一遇洪水；贵港在建和桂平已建二线船闸及长洲已建三、四线船闸，上、下游设计最高通航水位为10年一遇洪水。

    3 桥区河段水文分析

    3.1 水文特征

    3.1.1 基本水文站及资料情况

    本专题主要研究西江航运干线的南宁水文站、贵港水文站、大湟江口水文站和梧州水文站等4个水文站，各站均有1986-2012年共27年的实测水文资料。其中，南宁站在西江航运干线Ⅰ级航道起始断面（南宁民生码头）上游约9.3km。

    3.1.2 径流特征

    依据上述4个水文站1986-2012年多年实测水文资料统计分析，研究河段的径流主要表现为以下两个特征：

    （1）径流年内分配不均，季节差异较大

    西江航运干线（广西段）径流主要由降雨形成，流域内干、支流的洪、枯水出现与降雨时空分布具有同一规律性，汛期为5～10月，枯水期为11月～次年4月初。径流年内分配主要集中在汛期，汛期水量占年总量的74～81%，其中6～8月最大，占51～58%，枯水期11～次年4 月仅占年总水量的19～26%。

    （2）径流年际变化较小，年极值变化较大

    上述4个水文站1986～2012年平均流量基本围绕多年平均值变动，多年来基本稳定，年际变化较小。各站多年最大年平均流量为最小年平均流量的2.4倍左右。大湟江口站日均流量极值比最小为71、日均流量最大为43700m3/s、最小为616 m3/s，其他各站日均流量最大值与最小值相差均较大。

    3.1.3 洪枯水特征

    通过对上述4个水文站多年逐日水位过程线分析，结果表明各站年内洪水变幅较大，具有山区河流洪水暴涨暴落的特点。以各站2004年水位过程线为例，各站年内日均最高洪水出现在7月23日至24日；从各站2004年7月日均水位过程可以看出，各站涨水期日均水位变幅大于落水期，各站洪峰前4天涨水期水位累计涨幅为4.94～10.76m，日均变幅在1.2～2.7m；洪峰后4天落水期累计降幅为3.26～6.49m，日均变幅在0.8～1.6m。

    各站年最高水位不同年份变化幅度均较大、介于10～13m，各站年最低水位不同年份间变化幅度较小，一般介于1～2m。贵港站受下游桂平枢纽1992年蓄水运行影响，年最低水位提升2m左右；梧州站受上游长洲枢纽2007年蓄水运行及下游挖沙等因素影响，年最低水位降落1.5m左右。

    3.2 不同重现期洪水位及历时分析

    3.2.1 不同重现期洪水位特征分析

    本报告对各水文站1986～2012年27年资料采用洪水水位频率法分析，即将历年最高水位按大小排列，计算经验频率，点绘频率曲线，采取皮尔逊Ⅲ型曲线计算理论频率进行适线，并确定取值。分析各站洪水重现期2年、3年、4年、5年、10年、15年、20年的特征水位。如表1。

    从结果可知，各站同一级别重现期水位的差值接近，各站相邻重现期水位差值均随洪水重现期的减小逐渐增加。

    3.2.2 不同重现期洪水位历时分析

    采用上述各站1986～2012年27年逐日平均水位资料，统计历年洪水位高于不同洪水重现期对应水位的历时，结果见表2。

    可以看出，研究河段具有洪峰历时短的山区河流特征，各基本水文站特征洪水历时随重现期的减小而增加。以贵港水文站为例，高于20年、5年、2年一遇水位的多年累积历时分别为9天、29天、116天，平均每年分别为0.3天、1.1天、4.3天。

    3.3 不同重现期水位与封航水位对比分析

    在发生大洪水期间，为确保船舶航行安全，海事部门将根据河流水流实际情况，发布通航应急预警，当洪水位超过当地禁航水位后，采取应急封航措施，禁止船舶航行。根据广西海事部门提供的资料，西江航运干线（广西段）各航区封航水位见表3。

    可以看出，各航区封航水位均低于5年一遇洪水位。其中，南宁航区与5年一遇洪水位相当；贵港航区与4年一遇洪水位相当；梧州航区低于4年一遇洪水位，稍高于3年一遇洪水位。

    4 桥区设计最高通航水位标准研究

    4.1 西江航运干线（广西段）河流特点

    西江航运干线（广西段）属于山区河流，其具有以下特点：①洪水暴涨暴落，洪峰历时短；②沿江两岸地势较低，因诸多因素，技术、经济层面困难多，设计最高通航水位标准难以按照现行技术标准规范的规定执行；③因洪水期水流急、流态差，海事管理机构为了确保船舶通航安全，在各航区水位均低于5年一遇洪水位时便发布封航通告禁止船舶航行。

    4.2 降低跨河桥梁高度对社会经济的影响

    根据014标准，西江航运干线Ⅰ级航道跨河桥梁通航净高取18m。同一跨河桥梁设计最高通航水位取5年一遇洪水位和20年一遇洪水位相比，桥梁高度有较大降低，降低比值在12.8%-17.3%之间，数值达2.6-3.2m。具体见表4。

    跨河桥梁高度的降低，会直接产生极大的经济效益和社会效益：一方面大大节省桥梁建造成本，为国家节约资金；另一方面减短桥梁引桥长度，减少土地占用，极大方便车辆和人员的交通往来。

    4.3 西江航运干线（广西段）桥区河段设计最高通航水位标准确定

    根据以上分析结果，提出西江航运干线（广西段）桥区河段设计最高通航水位标准如下：

    ①南宁至长洲枢纽河段桥区设計最高通航水位标准重现期5年。

    ②梧州长洲枢纽以下河段为不受船闸通航限制的天然河段，是一条与珠江三角洲高等级航道联通出海通道，桥区设计最高通航水位标准重现期仍按照“14标准”取20年。

    4.4 新建桥梁设计最高通航水位确定方法

    桥位河段设计最高通航水位可通过临时水位站与基本站水位相关分析确定。桥址处设计水位可采用瞬时水面线观测资料与临时站设计水位值按《内河航运工程水文规范》附录A确定；水面比降平缓河段可采用平均比降内插法确定。

    研究河段西江航运干线已建有西津、贵港、桂平及长洲共四座水电、水利或航运枢纽，南宁至长洲枢纽段全线渠化。研究河段除长洲枢纽以下西江航运干线外，其余均为或即将成为枢纽上游常年回水区和变动回水区河段。对于枢纽上游河段桥位处设计最高通航水位确定方法参照“14标准”和《内河航运工程水文规范》的规定，应采用重现期为5年的洪水与相应的汛期坝前水位组合，并采用坝前正常蓄水位或设计挡水位与相应的各级入库流量组合，得出多组回水曲线，取其上包络线作为沿程各点的设计最高通航水位，并应计入河床可能淤积引起的水位抬高值。

    5 桥区河段设计最高通航水位标准对船舶运输影响分析

    为对比分析前述提出的西江航运干线（广西段）桥区河段设计最高通航水位标准对船舶运输影响，对研究河段梧州站以外的3个水文站1986～2012年历年洪水位高于5年一遇洪水历时和每场洪水连续的历时进行了统计，并与“14标准”规定20年一遇洪水进行对比分析，结果是：①各站高于5年一遇水位的多年累积历时介于10～35天，平均每年0.4～1.3天，洪水保证率介于99.64～99.99%；②高于20年一遇水位的多年累积历时介于0～9天，平均每年0～0.3天，洪水保证率介于99.91%～100%。

    因此，最高通航水位洪水重现期标准为5年与20年相比，对船舶运输影响平均每年相差仅1天左右。就高于5年一遇水位和20年一遇的一场洪水连续最长历时而言，相差不大，介于1～5天，但仅在个别年份出现。可见，提出的西江航运干线（广西段）桥区河段设计最高通航水位标准对船舶运输影响较小。

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