哈爾濱水文站高水水位流量關(guān)系分析計(jì)算

劉廣成，趙同銀，鞠貴權(quán)

(哈爾濱水文局，哈爾濱150010)

1 河道基本情況

松花江哈爾濱城區(qū)段位于松花江干流中游，流向大致為由西南流向東北。哈爾濱水文站位于濱洲橋上游2.8 km處，測(cè)流斷面在濱洲橋下游300 m處。雙口面以下到松花江公路大橋段江心洲較多，江道多為兩股分汊河道，小支汊也較為發(fā)育，蜿蜒彎曲擺幅較大;公路大橋至哈爾濱水文站測(cè)流斷面，江道主流位于右側(cè)，比較順直;自水文站測(cè)流斷面至濱北鐵路橋，江道受人工強(qiáng)力控制，已經(jīng)形成較固定的雙股分汊河道，但主流時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，沙洲的消漲每年隨水文情勢(shì)的不同而改變;下游除濱北鐵路橋下江心洲為雙股分汊河道外，也有較小的江心灘并分布有左右交錯(cuò)的邊灘。

松花江哈爾濱段兩岸堤防規(guī)劃總長(zhǎng)度86.79 km。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50～100 a一遇。哈爾濱水文站下游68 km處為大頂子山航運(yùn)樞紐工程，工程回水達(dá)到哈爾濱水文站所在河段。

2 哈爾濱站高水水位流量關(guān)系分析

2.1 哈爾濱站高水水位流量關(guān)系合理性分析

以1998年松花江干流各水文站實(shí)測(cè)洪水作為基礎(chǔ)。通過(guò)下岱吉、通河、依蘭、佳木斯水文站與哈爾濱水文站時(shí)段洪水總量、洪峰流量對(duì)比，哈爾濱水文站實(shí)測(cè)洪峰流量，由關(guān)系線推算的不同時(shí)段洪水總量系統(tǒng)偏大，偏大幅度為6%～8%。分析偏大原因可能是流向與斷面不垂直，左右岸橫向比降偏大產(chǎn)生外流所致。按照《水文資料整編規(guī)范》對(duì)系統(tǒng)隨機(jī)不確定度的要求，一類精度站系統(tǒng)隨機(jī)不確定度不應(yīng)超過(guò)1%。因此，對(duì)1998年哈爾濱水文站水位流量關(guān)系作系統(tǒng)性改正，重新建立新的高水水位流量關(guān)系。

2.2 哈爾濱水文站高水水位流量關(guān)系系統(tǒng)改正

哈爾濱水文站1998年水位流量關(guān)系系統(tǒng)性改正，依據(jù)上下游水量平衡的原理，針對(duì)1998年松花江特大洪水峰形平坦，變形小，上下游洪峰流量數(shù)值相一致的特點(diǎn)，采用上下游相應(yīng)水位預(yù)報(bào)的方法。摘取下岱吉—哈爾濱水文站，哈爾濱—通河水文站相應(yīng)的漲、退水轉(zhuǎn)折點(diǎn)，再算哈爾濱水文站系統(tǒng)改正系數(shù)，具體做法:根據(jù)下岱吉水文站洪摘資料，在不同時(shí)間點(diǎn)摘取若干漲、退水流量數(shù)據(jù)。以下岱吉、哈爾濱、通河水文站實(shí)際洪峰發(fā)生時(shí)間相減定為洪水傳播時(shí)間，對(duì)應(yīng)下岱吉的摘取點(diǎn)，求出哈爾濱站、通河站相應(yīng)時(shí)間，根據(jù)求出的時(shí)間，查出當(dāng)年哈爾濱站、通河站實(shí)際水位，再根據(jù)通河站水位查出相應(yīng)流量，再以下岱吉和通河站流量的算數(shù)平均值做為哈爾濱站的相應(yīng)時(shí)間的流量。以此類推，求出哈爾濱站漲、退水過(guò)程。

2.3 哈爾濱水文站高水水位流量關(guān)系建立

1998年哈爾濱水文站水位流量關(guān)系受洪水漲落率影響，為逆時(shí)針繩套曲線，經(jīng)系統(tǒng)性改正后，仍然為逆時(shí)針繩套曲線，為了今后在水文情報(bào)、預(yù)報(bào)中數(shù)值單一，使用方便，需對(duì)1998年哈爾濱水文站水位流量關(guān)系作單值化處理。單值化處理就是通過(guò)點(diǎn)群中心和控制結(jié)點(diǎn)定一條單一的水位流量關(guān)系曲線，這里的控制結(jié)點(diǎn)指1998年哈爾濱水文站實(shí)測(cè)的最高水位和相應(yīng)的流量，經(jīng)系統(tǒng)改正后，洪峰水位定位120.91 m，相應(yīng)洪峰流量為16 000 m3/s。

哈爾濱城市防洪標(biāo)準(zhǔn)為蓄水量預(yù)期200 a一遇，按100 a一遇設(shè)防，哈爾濱水文站實(shí)測(cè)的最高水位、最大流量還未達(dá)到100 a一遇設(shè)防要求，需作高水延長(zhǎng)，由于延長(zhǎng)幅度占1998年水位變幅的比重很小，依據(jù)《水文資料整編規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，按趨勢(shì)延長(zhǎng)，延長(zhǎng)后哈爾濱站流量為17 900 m3/s，相應(yīng)水位為121.18 m，延長(zhǎng)0.27 m。水位流量關(guān)系詳見(jiàn)表1。

2.4 哈爾濱水文站高水水位流量關(guān)系精度評(píng)定

依據(jù)《水文資料整編規(guī)范》第2.3.1條“穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線應(yīng)計(jì)算關(guān)系點(diǎn)對(duì)關(guān)系線的標(biāo)準(zhǔn)差和隨機(jī)不確定度。”通過(guò)哈爾濱水文站水位流量關(guān)系曲線三種檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)差為2.3%，隨機(jī)不確定度為4.6%。滿足一類精度水文站定線隨機(jī)不確定為8%的誤差允許要求。其他符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)均符合要求。說(shuō)明哈爾濱站雖然受漲落率影響，水位流量關(guān)系呈逆時(shí)針繩套曲線，但繩套不大，可以轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的水位流量關(guān)系。同時(shí)也說(shuō)明這條水位流量關(guān)系存在誤差，其誤差界限為正負(fù)4.6%隨機(jī)不確定度。

3 涉水工程對(duì)哈爾濱水文站高水水位流量關(guān)系的影響

上述水位流量關(guān)系曲線的建立是根據(jù)1998年哈爾濱水文站水量不平衡，反映1998年當(dāng)時(shí)的情況。1998年以后，隨著松花江哈爾濱江段防洪工程、橋梁及航運(yùn)樞紐工程的相繼建設(shè)，人們對(duì)這些工程對(duì)哈爾濱水文站水位流量關(guān)系的影響提出了疑問(wèn)，現(xiàn)分析如下:

3.1 橋梁擴(kuò)孔對(duì)高水水位流量關(guān)系的影響

根據(jù)《哈爾濱防洪規(guī)劃》2002年有關(guān)部門對(duì)松花江公路大橋、濱州線鐵路大橋、濱北線鐵路大橋進(jìn)行了擴(kuò)孔，擴(kuò)孔主要疏通太陽(yáng)島北股流，提高洪水期間松花江過(guò)水能力。根據(jù)洪水特性和河道特性的分析，其作用是有限的。理由一，分流點(diǎn)、匯流點(diǎn)距離基本水尺斷面太近，因分流點(diǎn)、匯流點(diǎn)流量不變，假如水位也不變，勢(shì)必影響到基本水尺斷面水位，雖然分流后過(guò)水?dāng)嗝婷娣e增加，但水面比降降低，斷面平均流速減小，對(duì)現(xiàn)有的高水水位流量關(guān)系的影響不大。理由二，水走大道和近道，水往阻力最小的地方流動(dòng)，1998年哈爾濱城區(qū)江段沒(méi)有分流，說(shuō)明主橋有一定的過(guò)流能力，說(shuō)明如1998年那樣的蓄水，擴(kuò)孔后分流所占的比重不會(huì)太大，對(duì)高水水位流量關(guān)系影響甚微。理由三，太陽(yáng)島北股河道阻力太大，受公路橋基和橋梁卡口的阻水作用，支流過(guò)水能力有限，除非超過(guò)1998年大水和人工干預(yù)。

3.2 航電樞紐對(duì)高水水位流量關(guān)系的影響

大頂子山航電樞紐工程距哈爾濱水文站68 km，大頂子山航電樞紐工程對(duì)哈爾濱水文站高水水位流量關(guān)系影響，因?yàn)榛厮斖泻颓祹?kù)區(qū)內(nèi)淤積。根據(jù)《大頂子山航電樞紐工程可行性研究報(bào)告》，各頻率洪水天然水面線與回水水面線重合，說(shuō)明不存在回水頂托問(wèn)題。渠系水庫(kù)淤積問(wèn)題從哈爾濱水文站對(duì)歷年大斷面測(cè)量看，哈爾濱水文站流量測(cè)驗(yàn)斷面和水泥廠斷面歷年無(wú)變化，城區(qū)段不存在淤積問(wèn)題。

3.3 橋梁回水對(duì)高水水位流量關(guān)系的影響

根據(jù)《哈爾濱城市總體規(guī)劃(2006～2020年)》，哈爾濱市區(qū)段共建松花江兩岸越江通道14條，其中橋梁10條，與1998年時(shí)3條越江通道相比，橋梁發(fā)展速度非常迅速。實(shí)際上影響哈爾濱水文站水位是基本水尺斷面以下的且比較近的橋梁?，F(xiàn)狀基本水尺斷面以下的橋梁有濱州線鐵路橋，濱北線鐵路橋，松浦大橋、哈東四環(huán)路東橋。哈東四環(huán)路東橋距基本水尺斷面距離太遠(yuǎn)，回水頂托不到基本水尺斷面處，可以不考慮。濱洲線鐵路橋由于年限過(guò)長(zhǎng)，打算在原址新建，新建的濱州線鐵路橋無(wú)論從橋墩間的寬度、數(shù)量、結(jié)構(gòu)、型式都優(yōu)于原橋，壅水影響程度也要優(yōu)于原橋，此橋在防洪影響論證中，認(rèn)為壅水很小，基本不考慮。松浦大橋是剛剛建成的橋梁，此橋的壅水量還未見(jiàn)防洪影響評(píng)價(jià)報(bào)告。與1998年相比，雖然增加了松浦大橋，但改建的濱洲線鐵路大橋壅水有所減小，相互抵消部分，總體判斷，近期新建的橋梁對(duì)哈爾濱水文站高水水位流量關(guān)系影響不大。

4 總結(jié)

哈爾濱站高水水位流量關(guān)系是在1998年實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系的基礎(chǔ)上作合理性判斷，按照上下游水量平衡作系統(tǒng)改正得出客觀實(shí)際的反映了哈爾濱水文站高水水位流量關(guān)系;本關(guān)系曲線是由逆時(shí)針繩套曲線經(jīng)單值化處理后得出，其存在誤差，隨機(jī)不確定度為4.6%;本關(guān)系曲線對(duì)涉水工程影響作了分析，認(rèn)為涉水工程對(duì)本站高水水位流量關(guān)系影響不顯著，一致性沒(méi)有改變，可以作為近期或中期水文情報(bào)和預(yù)報(bào)的依據(jù);本關(guān)系曲線未經(jīng)高水檢驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)有系統(tǒng)偏離，應(yīng)作實(shí)時(shí)修改。

表1 哈爾濱站高水水位—流量關(guān)系表

［1］ 黑龍江省水文水資源勘測(cè)局.SL247－99水文資料整編規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1999.

［2］ 中華人民共和國(guó)水文年鑒［M］.北京:1998.