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哈尔滨站高水水位流量关系分析作者：吕宝顺孔德才刘文斌来源：《农民致富之友》2011年第10期本文根据1998年哈尔滨水文站水位流量关系，结合近年松花江哈尔滨段工程建设情况，分析了该站高水水位流量关系。
一、河道基本情况1、河流水系、自然地理情况松花江哈尔滨城区段位于松花江干流中游河段，属于平原区宽滩性河流，其河道特征具有蜿蜒曲折、多分叉、坡降平缓流速小、含沙量小等特点。
哈尔滨市城区段上游主流向大致为由西向东，市区段主流向大致为由西南流向东北，在阿什河口下游附近流向转为由南向北，流经约6km后流向由北偏西转向北偏东逐渐转为东北方向。
1.1河道边界条件1.1.1堤防工程松花江哈尔滨城区段水利工程主要为堤防工程，松花江北岸从上游至下游依次为万宝堤、前进堤、松浦堤和东方红堤。
松花江南岸为群力堤、顾乡大堤、道里江堤、港河口横堤、道外江堤、马家沟东回水堤、马家沟西回水堤、东大堤；松花江中太阳岛围堤、月亮湾围堤、上坞围堤和一、二水源围堤等堤防，规划堤防总长度86.79km，全部为哈尔滨市城区堤防。
设计标准为50年至100年一遇。
1.2其它设施情况1.2.1桥梁2009年三环路建成后，哈尔滨市城市道路“量轴、四环、十射”交通骨架将基本形成。
1.2.2大顶子山航电枢纽下游距哈尔滨水文站57km处是大顶子山航运枢纽工程，正常高水位近期为115.00m，远期为116.00m，死水位为114.00m，工程回水达到哈尔滨水文站所在河段。
根据《大顶子山航电枢纽可行性研究报告》，将各频率洪水原河道水面线计算成果与库区回水水面线计算成果进行比较，除库区耕地淹没设计洪水标准P=20%的洪水外，其它各频率洪水库区回水水面线与原河道水面线在坝前15KM以内尖灭，回水均在无堤段内，未达到有堤段的CS松44断面，因此，大顶子山航电枢纽建成后，库区回水对水库上游沿岸堤防的防洪标准基本没有影响，尤其是对上游46KM处的哈尔滨市城市堤防的防洪标准没有产生影响。
FCD 11030 FCD 水利水电工程初步设计阶段设计断面水位流量关系曲线拟定大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1996年3月精选文档水电站初步设计阶段设计断面水位流量关系曲线拟定大纲主编单位:主编单位总工程师:参编单位:主要编写人员:软件开发单位:软件编写人员:勘测设计研究院年月精选文档目次1. 引言 (4)2. 设计依据文件和规范 (4)3. 基本资料 (5)4. 设计内容与方法 (6)5.专题研究 (8)6.应提供的设计成果 (9)7.附录A (10)8.附录B (12)9.附录C (14)精选文档1. 引言1.1 工程与河道概况工程位于省(区) 市(县) 乡村河(江)上。
工程设计标准为, 设计洪水流量为m3/s; 校核标准为, 校核洪水流量为m3/s。
坝址以上流域位于东经～; 北纬～之间。
坝址以上河道长度km, 集水面积km2, 纵比降。
坝址河段形势:提示：顺直或弯曲, 扩散或收缩, 急滩或石梁, 漫滩或分流, 回水顶托以及堤坝、桥梁, 分洪、决口等情况。
断面情况:提示：断面形状的单式或复式, 断面宽深比, 死水、回流, 河床组成及床面特性, 岸壁特性。
两岸滩地及其宽度, 滩地平面、纵面、横面形态, 床质及植被等。
1.2 基本要求(1) 设计断面水位流量关系曲线的绘制, 应以一定的实测资料为依据, 绘制所得的为工程修建前天然情况下的水位流量关系曲线。
(2) 水位流量关系曲线的高程应与工程设计采用同一基面。
(3) 本阶段所拟定的设计断面水位流量关系, 应在坝址待机实测低、中、高各级水位下的流量对其进行验证, 如较前一设计阶段成果改变较大时, 应有充分的论证。
(4) 工程修建后水位流量关系曲线的修正, 必要时应列专题作为专题研究内容。
2. 设计依据文件和规范2.1 有关本工程(或专业)的文件(1) 本工程预可行性研究报告及审批文件;(2) 本工程可行性研究报告及审批文件;精选文档(3) 水工、施工等专业提出的要求。
沮漳河河溶站水位流量关系单值化应用分析受洪水涨落和回水顶托影响的水位流量关系一般为复杂的时序型绳套曲线，测验上要求流量测次多，整编采取人工查读瞬时流量费时费力，现采用落差指数法对河溶站水位流量关系进行单值化分析，简化该站测整工作，为巡测提供技术准备。
标签：水位流量关系；落差指数法；单值化；巡测1、基本情况沮漳河为长江一级支流，上游分东西两支，西支为沮河，集水面积3370 km2，支流67条。
东支为漳河，集水面积2968 km2，支流84条；流域呈平行状，地势西北高、东南低。
上游为荆山山地，地势高峻，河流穿行于丛山之间；中游为低山丘陵；下游进入江汉平原边缘，地势开阔坦荡。
年内暴雨洪水主要出现在汛期，尤以5-7月为最多。
河溶水文站位于沮河与漳河交汇处下游，至河口距离90km，集水面积4126km2（不含上游漳河水库集水面积2212km2），属平原河流站，坡降平缓，Z～Q关系中、高水受洪水涨落率影响，洪水期线型通常为逆时针绳套状；在本站水位较低而长江水位较高时，受长江回水顶托影响，这时线型无规律，采用连时序法定线；低水受河槽控制，枯水期和低水时（41.00m以下）呈临时曲线或单一线，每年测流次数约100次，河床由泥沙组成，两岸为堤防，断面存在冲淤变化，对低水水位流量关系线有影响。
2、研究方法河溶站是受洪水涨落、变动回水顶托影响的典型水文站，在基下适当距离设置辅助水尺断面，安装水位自动监测仪器。
用基本水尺断面与辅助水尺断面之间的落差为参数（下游落差既能反映洪水涨落率、又能体现长江回水顶托影响），采用落差指数法对水位流量关系进行处理，达到基本水尺水位与校正流量因素值关系线单一。
2.1 落差指数法的基本原理天然河道的洪水演进可用圣维南方程组描述，对于平原河道，惯性项与附加比降相比，其量甚微可以忽略。
在稳定天然河道，流量模数K及恒定流水面比降基本上与水深成单值关系。
附加比降则取决于洪水涨落和回水顶托的综合影响。
一、水文测站的设立（1）埋设水准点，并引测其高程。
水准点分基本水准点和校核水准点，均应设在基岩或稳定的永久性建筑物上，也可埋设于土中的石柱或混凝土桩上。
前者是测定测站上各种高程的基本依据，后者经常用来校核水尺零点的高程。
（2）测量河段地形（3）绘制地形胡和水流平面图；（4）依据地形图和水流平面图确定断面布设方向；（5）布设测验断面、基线、高程基点、各种测量标志。
（6）设立各种观测设备（水位、流量等）；（7）填写测站考证簿。
基线的布设：基线宜垂直于测流横断面，基线的起点应在测流断面线上；从测定起点距的精度触发，基线的长度应使测角仪器瞄准测流断面上最远点的方向线与横断面的夹角不小于30°（即基线长度l不小于河宽B的0.6倍）。
一流量测量方法1、常规测流方法：过河索船侧法、、缆道法、桥测法、水工建筑物法、堰槽法、超声波法、SDCP法、浮标法、比降法和流量实时在线法。
测量流量的方法很多，常用的方法为流速面积法，其中包括流速仪测流法、浮标测流法、比降面积法等。
浮标法：是一种简便的测流方法。
浮标测流的主要工作是观测浮标漂移速度，测量水道横断面，以此来推估断面流量。
凡能漂浮在水面上的物体都可以制成浮标。
浮标法测流原理：用水面浮标法测流时，测得的是浮标在水面上的漂移速度，将它与过水断面相配合，计算出断面虚流量，然后乘上浮标系数，才能得到断面实际的流量。
浮标系数的确定：1）流速仪与浮标同时测速，分析确定；2）采用水位流量关系曲线上的流量与实际浮标虚流量，分析确定3）按河段及水流条件，选取经验浮标系数。
2、水深的测量方法：直接用测深器具、间接测深、双频回声测深仪直接用测深器具：1）测深杆：适用于流速、水深都比较小的情况（水深<10m（国际标准时5~6m），流速<3m/s）2）测深锤：适用于水深、流速较大时，测深锤重量一般为5~10kg。
3）测深铅鱼：有缆道或水文绞车的测站，可将铅鱼悬吊在缆道或水文绞车上测水深。
超标洪水水位流量关系线拟定方法分析◎李海露一、引言在众多相关水文数据当中，河水流量是基本也是应用最为广泛的数据类型，其具体数值主要通过河道中的水文控制断面相对应的水位-流量关系线所计算得出。
超标洪水水位流量关系线模型的成功拟定，将可以及时有效的发挥各地水文测站的作用，能够在未来面对大规模超标暴雨洪水时，及时快速地测算出洪水水位的相关信息，为防洪工作提供重要的保障，有效避免出现洪水灾害问题。
二、超标洪水水位流量关系分析超标断面洪水水位流量关系公式主要利用流量与某一断面的水位建立而成的，表示被测水文站基本水尺断面，经过该断面的实测最大流量值与该断面水位之间关系的公式。
若所要求观测区域的实际水位位置与实际测流点不相属在同一个水文断面，两个水文断面位置之间的距离比较近，中间若没有其他河道分流点或有支流的汇入，则又可视为直接的在这其中建立的水位流量关系。
在确定水位流量关系中，需要对流量进行实测并确定相应水位，由于河流处于不断变化的状态，因此在分析水位流量关系时其中的特征参数也会不断发生变化，这最主要是由冲刷或淤积等情况导致的。
除此之外，水生植物、冰盖、砂石等也会一定程度上引起关系特征的变化。
根据河床稳定性程度可以将水位流量关系分成稳定关系和不稳定关系。
对于上述不同流量河段站而言，自然天气因素变动和自然人为活动影响等情况都会共同影响到水位流量关系。
在稳定水位流量关系下，会呈现出一条近似于抛物线的单一曲线。
对于该关系线的分析应先目测估算，在点群中心位置处拟定一条线，并能确保其中的检测点在关系曲线上两侧都均匀的分布，使用点群分组和计算重心的方法来确定关系线。
在一个初步确定的水位曲线范围处划分出一个或多个稳定水位级，并可在以上各稳定水位级下的同一稳定水位级处分别将在其中确定的恒定流速、流量和面积读出并分析其中的关系，控制其中的误差小于3%，在此基础上计算不确定度，将误差控制在2%内。
不稳定水位流量关系下，所要呈现出的水位曲线表现为形状起伏不唯一且水位变化很复杂的一条直线或多条水平曲线。
ＦCD 11０3０FCD水利水电工程初步设计阶段设计断面水位流量关系曲线拟定大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1９9６年３月ﻬ水电站初步设计阶段设计断面水位流量关系曲线拟定大纲主编单位:主编单位总工程师:参编单位:主要编写人员:软件开发单位:软件编写人员:勘测设计研究院年月目次１、引言............................................... ４2、设计依据文件与规范 (4)３、基本资料ﻩ54、设计内容与方法ﻩ65.专题研究 (8)6.应提供得设计成果ﻩ９107.附录Ａﻩ8.附录B (12)9.附录C...................................................... １41、引言1、1 工程与河道概况工程位于省(区) 市(县) 乡村河（江)上。
工程设计标准为, 设计洪水流量为m3／s;校核标准为, 校核洪水流量为m3/s。
坝址以上流域位于东经～；北纬~ 之间。
坝址以上河道长度k ｍ, 集水面积kｍ２, 纵比降 。
坝址河段形势：１、（1) 设计断面水位流量关系曲线得绘制，应以一定得实测资料为依据, 绘制所得得为工程修建前天然情况下得水位流量关系曲线。
（２）水位流量关系曲线得高程应与工程设计采用同一基面。
（3）本阶段所拟定得设计断面水位流量关系, 应在坝址待机实测低、中、高各级水位下得流量对其进行验证, 如较前一设计阶段成果改变较大时，应有充分得论证。
（4) 工程修建后水位流量关系曲线得修正,必要时应列专题作为专题研究内容。
２、设计依据文件与规范2、1 有关本工程（或专业)得文件(1）本工程预可行性研究报告及审批文件;(2) 本工程可行性研究报告及审批文件;(3) 水工、施工等专业提出得要求。
２、２设计规范(1）DＬ502０－93 水利水电工程可行性研究报告编制规程;（２) DL 5021-93 水利水电工程初步设计报告编制规程;(3)SL 58－９3 水文普通测量规范;(4)SDJ 214-8３水利水电工程水文计算规范；(5) ＳD 244-87 水文年鉴编印规范;(６) SＬ77-94ﻩ小型水力发电站水文计算规范;(7）GB ５0１79-93 河流流量测验规范。
2、3 参考资料（１) 洪水调查资料审编刊印试行办法, 水利电力部颁发, 水利电力出版社，１9７6年1０月;（2）洪水调查, 水利电力部东北勘测设计院主编,水利电力出版社,１９７7 年2月;(3) 水利水电量与单位实用手册, 水利电力出版社，1９８8年11月；(4）水文资料整编方法, 水利电力部水文局编，1958年１０月。
3、基本资料3、1 河段平面图3、3、３、3、3、7 水面线资料34、1 天然情况下设计断面水位流量关系曲线得拟定4、14、1、2 设计断面单一水位流量关系曲线得延长４、1、３设计断面非单一性得水位流量关系曲线得拟定及延长4、1４、４、２、1施工弃碴对电站尾水水位流量关系曲线影响得修正4、2、2射流增差作用对电站下游水位流量关系曲线影响得修正(1）动量方程法根据工程实践，当枢纽采用挑流消能时，射流增差效果比较大, 可以根据入射水流上下游断面河道动量得变化，考虑高速水流得掺气影响, 按动量平衡原理计算水位增差值∆Z。
(2) 能量方程法当枢纽采用其她消能方式时, 进入下游河道得动量减小, 则射流增差作用小, 应选取冲刷坑下游河段, 按能量方程估算增差值∆Z。
4、2、3 分流河段上修建工程后设计断面水位流量关系曲线得修正4、2影响得修正4提供得设计成果，主要有计算书、报告书、附图及附表等。
(１）设计断面水位流量关系曲线拟定计算书;（2)设计断面水位流量关系曲线拟定报告书;(３）专题研究报告；(4) 天然情况下设计断面水位流量关系曲线表;表1 水位流量关系曲线表表2 堆碴后计入射流增差水位流量关系曲线表(6) 工程修建后设计断面水位流量关系曲线表,表得格式参考表2;(７) 设计河段平面图;(8) 设计断面实测横断面图;（9）设计河段实测与调查水面线图;(10)设计断面及主要控制站水位流量关系曲线图。
附录A 设计断面单一水位流量关系曲线得拟定根据设计河段水位、流量、水面线资料与上、下游邻近水文站得实测资料情况，选用下列相应方法拟定设计断面单一得水位流量关系曲线。
A１当设计断面实测水位流量资料比较充分时, 可直接根据实测水位流量资料绘制。
A2当设计断面有实测水位与水面线资料, 其上、下游有实测流量资料,区间又无较大支流, 则可将上、下游流量经适当修正(当设计断面与设计依据站集水面积相差超过３%，但小于15%，降雨量与下垫面条件相差不大时，则应按面积比得指数关系修正)后移用到设计断面。
借用上、下游修正后得流量与设计断面得相应水位, 绘制设计断面得水位流量关系曲线。
A3 当设计断面水位资料短缺，又无水面线资料, 但上、下游流量资料经适当修正后能移用到设计断面，应在设计断面处设水尺观测水位, 并施测设计河段不同水位级得水面线。
借用上、下游修正后得流量与设计断面得相应观测水位, 绘制设计断面水位流量关系曲线。
Ａ4 当设计断面水位资料短缺，无水面线资料, 并且其上、下游流量资料短缺或不能移用时, 应在设计断面设站观测水位, 施测设计河段不同水位级得水面线,并在设计断面施测流量。
根据施测得水位、流量绘制设计断面水位流量关系曲线。
A５当设计断面无任何实测水位流量资料, 其上、下游又无流量资料可以移用，也无条件设站观测水位流量时, 应在设计河段进行洪、枯水面线调查及河段纵断面图、设计断面横断面图施测。
然后根据河段纵断面图与设计断面横断面图，参照主槽河底平均比降与洪、枯水调查得水面比降，以及根据河道特征参照天然河道糙率, 采用比降法估算各级假定水位下相应流量, 绘制“计算得”水位流量关系曲线。
Ａ５、1 若河段顺直均整, 上下断面形态及断面面积接近，河床稳定, 可近似地用稳定均匀流公式即:(A1)计算各级假定水位下相应得流量,据以点绘水位流量关系曲线。
式中：Ｑ−−洪峰流量，ｍ3/ｓ;n−−河道糙率;Ｉ−−水面比降;A−−有效过水断面面积,ｍ2;R−−水力半径，m。
Ａ5、2 若设计河段内断面沿水流方向逐渐扩散或逐渐收缩时,应采用稳定非均匀流公式计算各级假定水位下相应得流量，即(A2)式中:∆Ｈ−−沿程水头损失，m；Ｌ−−河段长度，m；−−上下两断面输水率平均值，m3/s;A1、A２−−上下两断面得有效过水面积, m2；ζ−−局部水头损失系数。
断面收缩时ζ＝０、1或0; 断面突然扩散时ζ＝0、5~１、0;逐渐扩散时ζ=0、3~0、5。
收缩河段为１＋ζ; 扩散河段为1-ζ。
如果设计河段较长,调查洪痕点较少, 河段内河底坡降及横断面得变化较大，不能由少数洪痕联成直线确定水面比降时,一般用水面曲线法推求洪峰流量。
常用计算方法有试算法与图解法(详细计算可参见“洪水调查”一书)。
根据假定水位及相应流量点绘水位流量关系曲线。
ﻬ附录B 设计断面单一水位流量关系曲线得延长设计断面河段均匀顺直, 河床比较稳定, 不受下游变动回水影响,其水位流量关系呈单一关系时, 可根据设计河段河道平面形态、河床特性、河道糙率、水面比降、断面特性得不同情况,分别选用以下一种或几种方法。
B1 利用水位面积、水位流速关系曲线作高低水延长河床比较稳定,水位面积、水位流速关系点子比较集中, 曲线趋势明显得测站或断面, 可用此法。
（1）根据实测得大断面资料, 绘制水位面积曲线。
(2) 根据高水得水位流速曲线常趋于同纵轴接近平行得直线, 可顺实测得水位流速关系曲线趋势向上或向下延长。
（3)以延长部分得各级水位得流速乘以相应面积得相应流量, 据此便可绘出延长部分得水位流量关系曲线。
B2 用曼宁公式作高水延长河道顺直、河床底坡平坦、断面均匀稳定得测站或断面, 视有无糙率、比降资料可用曼宁公式作高水延长。
B2、１有糙率与比降资料得测站或断面:可点绘水位与糙率关系曲线,并延长至高水。
选用高水时得糙率ｎ值与实测比降Ｉ, 并由实测大断面算得水力半径R与面积A，代入曼宁公式:ﻩ（B１)ﻩ(B2）计算高水时得流速V、流量Q,据以延长水位流量关系曲线。
对于宽深比(）超过40得河槽可用平均水深代替水力半径R。
B2、２无糙率、比降资料得测站或断面:根据实测流量资料，用曼宁公式计算(即)值, 并据以点绘Ｚ~关系曲线,顺趋势沿平行于纵轴得方向延长至高水。
再据实测大断面资料, 计算面积A,水力半径R与值, 点绘Ｚ~关系曲线。
按不同水位在曲线上分别查得相应得与值，以两者乘积求得流量, 据以延长水位流量关系曲线。
B2、3 若高水漫滩，则主槽与漫滩部分应分别计算流量进行延长。
Ｂ3 用曲线作高水延长断面为单式河槽,无显著冲淤,高水糙率与比降变化不大得测站或断面,可用此法。
B3、1根据实测大断面资料, 计算各级水位得值，并点绘关系曲线。
B3、2 根据实测部分得曲线与关系曲线, 查得各级水位得、值，点绘关系曲线, 并顺趋势按直线向上延长。
B3、3 以不同得高水位Ｚ, 在曲线上查得值,再以值在曲线上查得相应Q值, 据以点绘在原水位流量关系曲线上，连成平滑得高水延长曲线。
Ｂ３、４对于宽深比()大于４0得河槽,可用平均水深代替水力半径Ｒ。
Ｂ4 以断流水位为控制作低水延长当需要作低水延长时, 可用断流水位为控制。
根据河道、断面及以情况确定断流水位有下述三种方法:B4、1 根据水文站纵横断面资料确定：即以水文站下游浅滩或石梁得顶部高程作断流水位;若下游较长距离内河底平坦, 则以水尺断面最低点高程作断流水位。
B4、2分析法:当断面整齐, 在延长水位变幅内河宽变化不大, 无浅滩、分流现象时，在曲线中低水弯曲部分,从高向低依次取a、b、c三点,使这三点得流量关系满足, 则断流水位:(B3) 式中：Z０−−断流水位，m;Ｚａ、Ｚb、Ｚｃ−−水位流量关系曲线上a、b、c三点得水位, m。
以断流水位与流量为零得坐标(Z0，0)为控制点, 将水位流量关系曲线向下延长至需要得水位处。
Ｂ4、3图解法:原理与使用条件与分析法相同。
具体方法请参见SD２４４－87。
ﻬ附录C 设计断面非单一水位流量关系曲线得拟定及延长根据设计断面（测站)所受主要水力因素影响不同以及河道、断面特性与外延幅度, 选用其中相应方法拟定并延长非单一性得水位流量关系曲线。
Ｃ1 受洪水涨落影响得水位流量关系当受洪水涨落影响水位流量关系呈绳套形状得曲线, 应通过涨落率为零得实测点据或按校正因素法定出单一得综合曲线后, 再予以延长。
Ｃ２受变动回水影响得水位流量关系受变动回水影响河道得水位流量关系可用定落差法(适用于河段内各断面比较均匀，河底平坦得站或断面）与落差指数法（适用于河段顺直，断面与河槽基本稳定，落差代表性好得站或断面)以及等落差法(适用断面稳定, 用上下水尺断面间得落差计算得比降能代表基本水尺断面处得水面比降)处理为单一线后，再予以延长。
