谢云云 赵尊荣 杨孝作 陈耀 长江三峡通航管理局

当前三峡-葛洲坝通过能力与过坝需求之间矛盾日益突出，除设计通过能力限制外，外界环境干扰也使得船闸通过能力发挥大打折扣，其中受流量波动影响最为显著。以2020年汛期为例，7～8月长江流域先后发生5次编号洪水，最大入库流量达到75000m/s，为三峡成库以来最大洪峰；受通航流量影响，该年汛期船舶待闸时间、待闸数量达历史之最，严重制约三峡河段的通过能力的同时，给防汛通航安全及待闸稳定工作带来极大挑。本文以三峡河段近四年的汛期数据为基础，对汛期发生的时间、变化趋势，流量突变范围以及频次进行分析，进行通航流量及其突变规律相关规律分析。

1.流量突变的定义

流量突变是指流量在短时间内发生的陡涨、陡降导致通航流量跨通航级别情况，或由于流量变化导致通航水位突破临界值等情形，根据船舶过坝安全及水利枢纽通航运行组织技术条件，流量突变具体情形包括：

情形一：突破通航临界水位。

（1）坝间通航水位变幅。当葛洲坝库水位日变幅应大于3.00m，小时变幅应大于1.00m，三峡升船机下游引航道水位小时变幅超过0.5m时即为流量突变。

（2）特殊水位临界值。葛洲坝上游最低通航水位63.00m，最高通航水位66.5m；葛洲坝下游最低通航水位39.00m（通航出现枯水期），最高通航水位一号船闸50.60m、二号和三号船闸54.50m；三峡坝上最低通航水位为145m，三峡坝下最低通航水位63.00m，最高通航水位73.80m。当流量变化突破通航临界水位时定义为流量突变。

情形二：特殊临界流量档。

根据交通运输部2020年4月1日发布的《三峡—葛洲坝水利枢纽两坝间航道汛期流量标准》（JTS/T 180-5-2020），对两坝间船舶通航流量控制标准进行了明确，两坝间航道汛期通航流量分为九级，详见表1。

表1 两坝间航道汛期通航流量级划分

根据汛期流量级划分及《通航指挥汛期工作方案》，规定当流量变化超过5000m/s，或突破通航建筑物特定运行方式的工况流量值，或设计工况最大通航流量值时，均属于流量突变情形。

2.汛期流量突变规律分析

汛期流量突变严重影响船舶的待闸时间、船闸的通航效率，对流量突变下的通航特征进行分析对保障船舶安全、减少船舶待闸时间、提高船闸通航效率具有重要作用，本文主要从三峡出入库流量值进行规律分析。

2.1 近四年汛期坝间流量数值分析

通过对2017、2018、2019、2020四年来汛期（每年6月1日-9月30日）三峡出、入库流量数据进行统计，来分析汛期流量的突变规律。由于一天内流量存在持续的变动，而每日8时实际流量涵盖单峰高峰，双峰早高峰时段，能够较准确反映当日流量，尤其是三峡出库流量最高峰值情况，因此在进行线性趋势分析时，本文选取具有代表性的每日8时流量数据进行分析，详见图1。

由图1分析可知，2017年三峡入库流量整体而言入库流量相对平缓，其中，汛期三峡入库最高流量为9月10日08时的38000m/s；入库流量超过30000m/s的时间仅有4天，发生突变的时间集中在6月下旬至9月上旬。2018年三峡入库流量呈现“正态分布”的形式，25000m/s大流量发生的时间主要集中在七月中上旬。2019年汛期三峡入库流量呈现出阶段性变化的特征，与2018年相比流量变化趋势较为平稳，入库流量超过40000m/s的天数仅有3天，且集中在7月中旬及8月下旬。2020年三峡入库流量整体出现波动较大的情况，年度内连续5次洪峰过境三峡，入库在8月20日达到了最大流量为75000m/s创三峡成库新高，流量跨档变化后持续时间也较长。

图1 2017-2020年汛期三峡入库流量情况图

由图2分析可知，2017年汛期三峡出库流量整体平稳，全年三峡出库流量未超30000 m/s。2018年三峡出库流量也呈现“正态分布”的形式，与2017年相比，流量高峰更为突出，持续时间较长。2019年汛期三峡出库流量与2018年相比流量变化趋势较为平稳，受入库流量影响，2019年三峡出库流量除6月末7月初有6天配合入库高峰出现的出库小高峰，其余高峰时段均集中在7月中下旬及8月中上旬，全年汛期三峡出库未出现超35000m/s时段。2020年三峡出库流量为四年来波动最大年份，呈现出流量大，持续时间长的特点。

图2 2017-2020年汛期三峡出库流量情况图

将2017-2020四年汛期不同下泄流量级持续时间以表格形式呈现出来更好地对历年汛期情况作对比分析可知，近四年来，汛期不同流量档的累计天数差异较大，流量超45000m/s的天数总体较少，详见表2。

表2 汛期三峡水利枢纽下泄流量档持续时间统计

2.2 2020年汛期流量情况分析

通过上文的对比分析可见2020年汛期与以往年份相比具有流量大、汛期持续时间长，影响大的特点，因此本节针对2020年汛期7、8月份的每天8时、14时、20时、2时的流量及流量变化趋势等进行详细分析，详见图3。

图3 2020年7月汛期三峡出库流量变化趋势图

由图3可以看出，7月份流量虽一直存在波动，但整体波动较小。6小时变幅超过5000m/s的只有3天，其中7月05日08时的流量为28000m/s，与当天02时相比下降5500m/s；7月05日20时的流量为35000m/s，与14时相比增加5100m/s；7月15日14时的流量为28900m/s，与当天8时流量相比增加5300m/s。七月份流量突变的频次较少，突变的时间也较分散。

由图4可以看出，8月份三峡出库流量较为稳定，较长时间维持在一定流量级别8月13日之前一直较为稳定的维持在30000m/s至40000m/s，中间未出现较大变化，相邻6小时变幅均在5000m/s以下，且绝大多数变化在1000m/s；8月14日至8月26日一直维持在40000m/s至49000 m/s，且6小时变幅均较小；8月份流量虽一直保持较高，但整个月份未出现6小时变幅超过5000m/s的情况。

图4 2020年8月汛期三峡出库流量变化趋势图

2.3 2021年汛期8月份流量突变分析

为了更好的对流量突变发生的时段进行详细的分析，把握流量突变发生的时间规律特点，选取2021年汛期8月份当天流量变化超过10000m/s、5000m/s当天24小时变化趋势进行分析，详见图5。

图5 2021年汛期8月份流量突变当日24小时流量值

三峡出库流量变化超过10000 m/s24小时变化趋势，24小时时间段变化趋势里00时-02时流量一般会发生小幅度的下降一般不超过5000m/s；02时-06时凌晨至早上这段时间流量基本保持不变；06时-11时流量会开始持续的增加，至11时基本稳定一直到下午的18时左右；18时至21时会在原有基础上有小幅度的增加；22时至0时流量会发生大幅度下降，降幅一般接近10000 m/s。

三峡出库流量变化超过5000 m/s2但小于10000 m/s 的24小时时间段变化规律，00时-07时流量基本维持在一个相对固定值不变；07时-09时流量持续增加，变化幅度一般都能达到5000 m/s；9时至11时时基本稳定；11时至13时会有小幅度下降，然后从14时维持到下午的17时左右；17时至19时会有小幅度的增加；后稳定到23时；当日23时至0时流量会发生大幅度下降，降幅一般都超过5000m/s，部分天数降幅逼近10000 m/s。

3.结论

结合流量突变情形界定，采用2017-2020四年的汛期数据进行对比分析，通过2020年主汛期每6小时变幅数据对流量突变的范围、突变的频次进行研究；并对2021年8月份流量突变超过5000m/s、10000m/s情形当日24小时内每小时数据分类分析，总结得出三峡河段汛期通航流量主要规律为：各年汛期各流量档累计天数差异较大，流量值主要集中在25000 m/s至35000 m/s；与三峡入库流量相比三峡出库流量变化较为平缓；流量突变多发每年的7-8月份；就流量突变发生当天发生两次突变，流量突变升高时段集中于当天07时-10时，流量突变降低集中于当日23时至次日02时，研究结果可供三峡河段汛期通航安全预警、计划组织、过坝调度等实施等提供决策依据。