哈尔滨水文站高水水位流量关系分析计算

2011-03-17刘广成赵同银鞠贵权

黑龙江水利科技 2011年1期

刘广成，赵同银，鞠贵权

(哈尔滨水文局，哈尔滨150010)

1 河道基本情况

松花江哈尔滨城区段位于松花江干流中游，流向大致为由西南流向东北。哈尔滨水文站位于滨洲桥上游2.8 km处，测流断面在滨洲桥下游300 m处。双口面以下到松花江公路大桥段江心洲较多，江道多为两股分汊河道，小支汊也较为发育，蜿蜒弯曲摆幅较大;公路大桥至哈尔滨水文站测流断面，江道主流位于右侧，比较顺直;自水文站测流断面至滨北铁路桥，江道受人工强力控制，已经形成较固定的双股分汊河道，但主流时强时弱，沙洲的消涨每年随水文情势的不同而改变;下游除滨北铁路桥下江心洲为双股分汊河道外，也有较小的江心滩并分布有左右交错的边滩。

松花江哈尔滨段两岸堤防规划总长度86.79 km。设计标准为50～100 a一遇。哈尔滨水文站下游68 km处为大顶子山航运枢纽工程，工程回水达到哈尔滨水文站所在河段。

2 哈尔滨站高水水位流量关系分析

2.1 哈尔滨站高水水位流量关系合理性分析

以1998年松花江干流各水文站实测洪水作为基础。通过下岱吉、通河、依兰、佳木斯水文站与哈尔滨水文站时段洪水总量、洪峰流量对比，哈尔滨水文站实测洪峰流量，由关系线推算的不同时段洪水总量系统偏大，偏大幅度为6%～8%。分析偏大原因可能是流向与断面不垂直，左右岸横向比降偏大产生外流所致。按照《水文资料整编规范》对系统随机不确定度的要求，一类精度站系统随机不确定度不应超过1%。因此，对1998年哈尔滨水文站水位流量关系作系统性改正，重新建立新的高水水位流量关系。

2.2 哈尔滨水文站高水水位流量关系系统改正

哈尔滨水文站1998年水位流量关系系统性改正，依据上下游水量平衡的原理，针对1998年松花江特大洪水峰形平坦，变形小，上下游洪峰流量数值相一致的特点，采用上下游相应水位预报的方法。摘取下岱吉—哈尔滨水文站，哈尔滨—通河水文站相应的涨、退水转折点，再算哈尔滨水文站系统改正系数，具体做法:根据下岱吉水文站洪摘资料，在不同时间点摘取若干涨、退水流量数据。以下岱吉、哈尔滨、通河水文站实际洪峰发生时间相减定为洪水传播时间，对应下岱吉的摘取点，求出哈尔滨站、通河站相应时间，根据求出的时间，查出当年哈尔滨站、通河站实际水位，再根据通河站水位查出相应流量，再以下岱吉和通河站流量的算数平均值做为哈尔滨站的相应时间的流量。以此类推，求出哈尔滨站涨、退水过程。

2.3 哈尔滨水文站高水水位流量关系建立

1998年哈尔滨水文站水位流量关系受洪水涨落率影响，为逆时针绳套曲线，经系统性改正后，仍然为逆时针绳套曲线，为了今后在水文情报、预报中数值单一，使用方便，需对1998年哈尔滨水文站水位流量关系作单值化处理。单值化处理就是通过点群中心和控制结点定一条单一的水位流量关系曲线，这里的控制结点指1998年哈尔滨水文站实测的最高水位和相应的流量，经系统改正后，洪峰水位定位120.91 m，相应洪峰流量为16 000 m3/s。

哈尔滨城市防洪标准为蓄水量预期200 a一遇，按100 a一遇设防，哈尔滨水文站实测的最高水位、最大流量还未达到100 a一遇设防要求，需作高水延长，由于延长幅度占1998年水位变幅的比重很小，依据《水文资料整编规范》相关规定，按趋势延长，延长后哈尔滨站流量为17 900 m3/s，相应水位为121.18 m，延长0.27 m。水位流量关系详见表1。

2.4 哈尔滨水文站高水水位流量关系精度评定

依据《水文资料整编规范》第2.3.1条“稳定的水位流量关系曲线应计算关系点对关系线的标准差和随机不确定度。”通过哈尔滨水文站水位流量关系曲线三种检验及标准差计算，计算结果为标准差为2.3%，随机不确定度为4.6%。满足一类精度水文站定线随机不确定为8%的误差允许要求。其他符号检验、适线检验均符合要求。说明哈尔滨站虽然受涨落率影响，水位流量关系呈逆时针绳套曲线，但绳套不大，可以转化为稳定的水位流量关系。同时也说明这条水位流量关系存在误差，其误差界限为正负4.6%随机不确定度。

3 涉水工程对哈尔滨水文站高水水位流量关系的影响

上述水位流量关系曲线的建立是根据1998年哈尔滨水文站水量不平衡，反映1998年当时的情况。1998年以后，随着松花江哈尔滨江段防洪工程、桥梁及航运枢纽工程的相继建设，人们对这些工程对哈尔滨水文站水位流量关系的影响提出了疑问，现分析如下:

3.1 桥梁扩孔对高水水位流量关系的影响

根据《哈尔滨防洪规划》2002年有关部门对松花江公路大桥、滨州线铁路大桥、滨北线铁路大桥进行了扩孔，扩孔主要疏通太阳岛北股流，提高洪水期间松花江过水能力。根据洪水特性和河道特性的分析，其作用是有限的。理由一，分流点、汇流点距离基本水尺断面太近，因分流点、汇流点流量不变，假如水位也不变，势必影响到基本水尺断面水位，虽然分流后过水断面面积增加，但水面比降降低，断面平均流速减小，对现有的高水水位流量关系的影响不大。理由二，水走大道和近道，水往阻力最小的地方流动，1998年哈尔滨城区江段没有分流，说明主桥有一定的过流能力，说明如1998年那样的蓄水，扩孔后分流所占的比重不会太大，对高水水位流量关系影响甚微。理由三，太阳岛北股河道阻力太大，受公路桥基和桥梁卡口的阻水作用，支流过水能力有限，除非超过1998年大水和人工干预。

3.2 航电枢纽对高水水位流量关系的影响

大顶子山航电枢纽工程距哈尔滨水文站68 km，大顶子山航电枢纽工程对哈尔滨水文站高水水位流量关系影响，因为回水顶托和渠系库区内淤积。根据《大顶子山航电枢纽工程可行性研究报告》，各频率洪水天然水面线与回水水面线重合，说明不存在回水顶托问题。渠系水库淤积问题从哈尔滨水文站对历年大断面测量看，哈尔滨水文站流量测验断面和水泥厂断面历年无变化，城区段不存在淤积问题。

3.3 桥梁回水对高水水位流量关系的影响

根据《哈尔滨城市总体规划(2006～2020年)》，哈尔滨市区段共建松花江两岸越江通道14条，其中桥梁10条，与1998年时3条越江通道相比，桥梁发展速度非常迅速。实际上影响哈尔滨水文站水位是基本水尺断面以下的且比较近的桥梁。现状基本水尺断面以下的桥梁有滨州线铁路桥，滨北线铁路桥，松浦大桥、哈东四环路东桥。哈东四环路东桥距基本水尺断面距离太远，回水顶托不到基本水尺断面处，可以不考虑。滨洲线铁路桥由于年限过长，打算在原址新建，新建的滨州线铁路桥无论从桥墩间的宽度、数量、结构、型式都优于原桥，壅水影响程度也要优于原桥，此桥在防洪影响论证中，认为壅水很小，基本不考虑。松浦大桥是刚刚建成的桥梁，此桥的壅水量还未见防洪影响评价报告。与1998年相比，虽然增加了松浦大桥，但改建的滨洲线铁路大桥壅水有所减小，相互抵消部分，总体判断，近期新建的桥梁对哈尔滨水文站高水水位流量关系影响不大。

4 总结

哈尔滨站高水水位流量关系是在1998年实测水位流量关系的基础上作合理性判断，按照上下游水量平衡作系统改正得出客观实际的反映了哈尔滨水文站高水水位流量关系;本关系曲线是由逆时针绳套曲线经单值化处理后得出，其存在误差，随机不确定度为4.6%;本关系曲线对涉水工程影响作了分析，认为涉水工程对本站高水水位流量关系影响不显著，一致性没有改变，可以作为近期或中期水文情报和预报的依据;本关系曲线未经高水检验，如发现有系统偏离，应作实时修改。