普晓刚，韦巨球，刘俊涛

（1.交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456；2.广西壮族自治区港航管理局，南宁530012）

西江航运干线（广西段）设计最高通航水位标准探讨

普晓刚1，韦巨球2，刘俊涛1

（1.交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456；2.广西壮族自治区港航管理局，南宁530012）

依据南宁、贵港、大湟江口和梧州水文站多年实测水位、流量资料，分析了西江航运干线（广西段）水文特征，统计分析了各站不同洪水重现期洪水位及历时，依据现行《内河通航标准》（GB50139-2014），结合研究河段山区河流特点，探讨了研究河段I级航道设计最高通航水位的洪水重现期采用5 a的可行性，并分析了其对西江航运干线通航的影响。

最高通航水位；洪水重现期；标准；西江

内河设计最高通航水位是指河流中标准船舶或船队容许在港口、航道、船闸、升船机和船厂水工建筑物等进行正常营运作业时的上限临界水位。对于无潮畅流河道设计最高通航水位的确定方法，国际上的计算方法大体上可分为高水保证率（或历时率）法、频率-保证率法、频率（或重现期）法和警示水位法等［1-2］。我国现行《内河通航标准》规定，不受潮汐影响和潮汐影响不明显的河段，设计最高通航水位采用洪水频率法确定，如I～III级航道设计最高通航水位的洪水重现期采用20 a［3］。然而，国内不少学者对于内河设计最高通航水位确定的方法提出了不同观点，例如，唐存本［4］提出对于山区天然河流应根据其实际情况由频率法改成保证率法较合理；郝岭［5］研究探讨了采用高水通航历时保证率法确定内河船闸设计最高通航水位的可行性和合理性，并对嘉陵江IV级船闸水位选用标准提出了高水通航历时保证率99%的建议值。本文主要结合西江航运干线（广西段）水文特点，依据现行《内河通航标准》，探讨了研究河段I级航道设计最高通航水位的洪水重现期建议标准值，并分析了其对西江航运干线通航的影响，供其他类似项目参考。

1 西江航运干线概况

西江航运干线由郁江、浔江、西江、珠江组成，西起南宁，过贵港、梧州，东达广州，全长851 km，为我国内河高等级航道“两横一纵两网十八线”主骨架中的“一横”，根据《珠江流域综合规划（2012～2030年）》，西江航运干线为Ⅰ级航道。

西江航运干线广西段航道里程570 km，起于南宁市民生码头，止于两省界。经过多次航道规划技术等级提升和多年航道建设，广西段现基本达到了Ⅱ级航道标准。其中，2009年12月，贵港至梧州Ⅱ级航道工程建成，广西首条Ⅱ级航道通航，航道建设尺度为3.5 m×80 m×550 m。南宁至贵港Ⅱ级航道工程于2011年11月正式开工建设，航道建设尺度为3.5 m×80 m×550 m，已于2013年底试通航，2 000 t级船舶或船队可从南宁港直航粤港澳，联通我国大西南和粤港澳的西江航运干线“水上大动脉”运能将大幅提升。

西江航运干线沿江已建成了西津水利枢纽、贵港航运枢纽、桂平航运枢纽和长洲水利枢纽，枢纽上、下游水位基本衔接，渠化了航道里程547 km，为Ⅰ级航道建设打下了较好基础。

2 水文特征

西江航运干线（广西段）自上至下分别有南宁、贵港、大湟江口、梧州等4个水文站（以下统称“站”），水文特征分析依据各站1986～2012年共27 a的逐日水位、流量资料。

2.1 径流特征

（1）径流年内分配不均，季节差异较大。

研究河段所处的西江流域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80%，其中6～8月最大，占55%，枯水期11～次年4月仅占年总水量的20%。

（2）径流年际变化较小，年极值变化较大。

南宁、贵港、大湟江口、梧州等4站的年平均流量基本围绕着多年平均值变动，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。各站最大与最小流量相差均较大，其中，贵港站日均流量极值比最大，为213，日均流量最大为16 000 m3/s，最小为75 m3/s；大湟江口站日均流量极值比最小，为71，日均流量最大为43 700 m3/s，最小为616 m3/s。

2.2 洪枯水特征

通过对南宁、贵港、大湟江口、梧州等4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（图1），各站年内日均最高洪水出现在7月23～24日，最高洪水位前后4 d水位变幅统计见表1。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 d涨水期水位累计涨幅为4.94～10.76 m，日均变幅在1.2～2.7 m；洪峰后4 d落水期累计降幅为3.26～6.49 m，日均变幅在0.8～1.6 m。

各站逐年最高、最低水位变化分析结果表明，年最高水位不同年份变化幅度均较大，介于10～13 m；年最低水位不同年份间变化幅度较小，一般介于1～2 m。

图12004年4站日均水位过程线Fig.1Daily average water level hydrographs of 4 hydrological stations in 2004

3 不同重现期洪水位及历时分析

3.1 不同重现期洪水位特征分析

（1）分析资料系列。

根据《内河通航标准》和《内河航运工程水文规范》［6］关于对设计通航水位资料要求的规定：“当基本站资料具有良好的一致性时，应取近期连续资料系列，取用年限不短于20年”。虽然研究河段基本为渠化或即将被渠化河段，但沿江已建梯级除西津枢纽外，基本为径流式枢纽，洪水期泄水闸敞泄，河道基本恢复天然状态，洪水期水位具有较好的一致性；而西津枢纽建成年代较早（1961年开始蓄水），不影响上游南宁水文站洪水位资料的一致性。因此，采用各水文站1986～2012年27 a资料进行分析，符合标准规范的要求。

（2）分析方法及成果。

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。分析得各站洪水重现期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，各站同一级别重现期水位的差值接近，且相邻重现期水位差值均随洪水重现期的减小逐渐增加。以南宁水文站为例，洪水重现期20 a与15 a间水位差值为0.53 m，相邻重现期年均差值约为0.11 m；洪水重现期10 a与5 a间水位差值为1.64 m，相邻重现期年均差值约为0.33 m；洪水重现期5 a与4 a间水位差值增至0.55 m，而洪水重现期3 a与2 a间水位差值最增至1.28 m。

表12004年4站最高洪水位前后4 d水位变幅统计Tab.1Water levels changes in 4 d before and after the highest flood water level of 4 hydrological stations in 2004

表2各站不同洪水现期水位Tab.2Different flood recurrence intervals in hydrological stations m

表3各站不同洪水现期水位之间差值Tab.3Differences between flood recurrence intervals in hydrological stations m

3.2 不同重现期洪水位历时分析

采用上述各站1986～2012年27 a逐日平均水位资料，各站历年洪水位高于不同洪水重现期对应水位的历时统计结果见表4。可以看出，研究河段具有洪峰历时短的山区河流特征，高于某一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 a、5 a、2 a一遇水位的多年累积历时分别为9 d、29 d、116 d，平均每年分别为0.3 d、1.1 d、4.3 d。

此外，通过对各站不同重现洪水位与历时进行相关分析（图2），可以看出，在5 a一遇洪水附近存在一处临界点，即重现期大于5 a一遇和小于5 a一遇时，洪水水位与高于该水位的历时服从不同的线性相关。

表4各站1986～2012年高于各洪水重现期水位历时统计Tab.4Duration statistics of which the water level was higher than that in flood recurrence intervals in hydrological stations during 1986 to 2012d

图2不同水文站特征洪水历时与重现期进行相关性Fig.2Correlation between durations and recurrence intervals in hydrological stations

当重现期大于5 a一遇时，随洪水位增加，高于相应洪水位的历时虽有所减小，但幅度不大，南宁、贵港、大湟江口、梧州等4站，特征洪水位与历时线性相关中K值分别为-8.60、-7.44、-6.33、-6.04，即水位每升高1 m，统计27 a间洪水历时分别减少8.60、7.44、6.33、6.04 d，年均减少0.32、0.28、0.23、0.22 d。

而重现期小于5 a一遇时，随洪水水位减小，洪水历时明显增加，4站特征洪水位与历时线性相关中K值分别为-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，约为前者的3～5倍。

4 不同重现期水位与封航水位对比分析

广西主要通航河流多属山区性河流，在大洪水期间河道水流急、流态差，漂浮物多。因此，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，各航区封航水位见表5。可以看出，各航区封航水位均低于5 a一遇洪水位。其中，南宁航区与5 a一遇洪水位相当；贵港航区与4 a一遇洪水位相当；梧州航区低于4 a一遇洪水位，稍高于3 a一遇洪水位。

表5各航区封航水位与不重洪水期水位对比表Tab.5Comparison of navigational bound water level and the varied flood recurrence interval water levels in hydrological stations m

5 Ⅰ级航道设计最高通航水位建议标准值

现行《内河通航标准》已经注意到平原河流和山区河流水文过程特点的差异，对于较低等级的航道，标准规定：“对出现高于设计最高通航水位历时很短的山区河流，Ⅲ级航道洪水重现期可采用10年；Ⅳ级和Ⅴ级航道可采用5-3年；Ⅵ级和Ⅶ级航道可采用3-2年”。

由前述分析可知，研究河段属于山区河流，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发布封航通告禁止船舶航行，实际上降低了最高通航水位标准。

根据研究河段各站不同重现期洪水位及历时特征分析，洪水重现期小于5 a一遇时，高于不同重现期对应水位的历时随重现期的减小显著增加；此外，各航区封航水位均低于5 a一遇洪水位，即设计最高通航水位洪水重现期标准取5 a已大于实际通航标准。因此，提出西江航运干线（广西段）设计最高通航水位标准重现期5 a的建议值。

6 建议标准值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）设计最高通航水位建议标准值对船舶运输影响，4站1986～2012年历年洪水位高于5 a一遇洪水历时进行了统计，并与《内河通航标准》规定20 a一遇洪水及各航区封航水位进行对比分析，结果如表6。

可以看出，各站高于5 a一遇水位的多年累积历时介于10～35 d，平均每年0.4～1.3 d，洪水保证率介于99.64～99.99%；高于20 a一遇水位的多年累积历时介于0～9 d，平均每年0～0.3 d，洪水保证率介于99.91～100%；高于封航水位多年累积历时介于43～45 d，平均每年约1.6 d，洪水保证率约99.55%。因此，最高通航水位洪水重现期标准为5 a与20 a相比，对船舶运输影响平均每年相差仅1 d左右，而高于各航区封航水位的要求。因此，提出的西江航运干线（广西段）设计最高通航水位标准对船舶运输影响较小。

表6不同最高通航水位标准对应的多年平均历时及洪水保证率对比Tab.6Comparison of the multiyear average flood duration and the flood guaranteed rate corresponding to different highest navigable stage standards

7 结语

（1）西江航运干线（广西段）具有洪水暴涨暴落、洪峰历时短的山区河流特征，特征洪水历时随重现期的减小而增加。在5 a一遇洪水附近存在一处临界点，即重现期大于5 a一遇和小于5 a一遇时，洪水水位与高于该水位的历时服从不同的线性相关。当重现期大于5 a一遇时，高于不同重现期对应水位的历时随重现期的增加稍有增加；而重现期小于5 a一遇时，高于不同重现期对应水位的历时随重现期的减小显著增加。

（2）依据《内河通航标准》，结合（1）水文特点及洪水期封航的实际情况，提出西江航运干线（广西段）设计最高通航水位的洪水重现期选取5 a的建议值。最高通航水位洪水重现期标准为5 a与20 a相比，对船舶运输影响平均每年相差仅1 d左右，影响较小，而高于各航区封航水位的要求。

（3）建议对于洪峰期历时短的山区河流，可根据不同洪水重现期水位以上的历时情况，考虑采用适当降低洪水重现期的方法，确定设计最高通航水位标准。

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［2］闵朝斌.从美国桥梁的最高通航设计水位谈起［J］.水运工程，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.

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［6］JTS 145-1-2011，内河航运工程水文规范［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

交通运输部科技项目重大专项黄金水道通过能力提升技术（2011 328 000 80）

普晓刚（1979-），男，河南省周口市人，副研究员，主要从事水利工程及航道工程研究。Biography：PU Xiao⁃gang（1979-），male，associate professor.