[科普中国]-设计最低通航水位

设计最低通航水位(minimum navigable stage of channel)是指标准载重船舶在某一航道上能正常通航的最低水位。是确定抗道水深，船闸闸首门槛和闸室底高程的起算水位。在工程实践中，它通常等于按规定的通航保证率从综合历时曲线所选取的相应水位。综合历时保证曲线根据多年水文资料统计的日平均水位进行分级计算得到。通航保证率则根据航道等级和航道的自然条件等选定，1-2级航道一般取为大于等于98%1。

简介设计最低通航水位(minimum navigable stage of channel)是指标准载重船舶在某一航道上能正常通航的最低水位。是确定抗道水深，船闸闸首门槛和闸室底高程的起算水位。在工程实践中，它通常等于按规定的通航保证率从综合历时曲线所选取的相应水位。综合历时保证曲线根据多年水文资料统计的日平均水位进行分级计算得到。通航保证率则根据航道等级和航道的自然条件等选定，1-2级航道一般取为大于等于98%1。

设计水位计算方法设计最低通航水位是确定航道标准尺度的起算水位，即要求通航河流在通航期内允许符合该航道等级的标准船舶航行的最低起算水位，一般简称设计水位。国内外航道整治工程中设计水位确定方法常用的有3种。

1.算术平均法

将历年最低水位的算术平均值作为设计水位，这样可以概括该水文系列各种水文年的情况，机遇均等。为了避免因丰水年过多导致设计水位偏高，可在水文系列中选出枯水年，然后取各枯水年的最低水位，求其算术平均值作为设计水位。

2.综合历时曲线法

历时曲线又称保证率曲线、累积频率曲线，取每年的逐日平均水位或流量资料，分级统计各级天数累积的曲线，根据保证率要求，求出相应水位即保证率水位值。综合历时曲线则以多年的日平均水位或流量分级统计各级天数累积曲线，根据保证率要求，求出相应水位即为保证率水位值。假设某河段具有20a水位或流量资料，无封冻，全年365d通航；如水位设计保证率标准为95%，则表示20a中有20×365×95%=6935d或平均每年有346.75d的水位高于设计标准水位，20a中有20×365×5%=365d，或平均每年有18.25d的水位低于设计标准水位。

3.保证率频率法

保证率频率法是由历时曲线及频率分析两部分构成，即首先在每年的历时曲线上获得与保证率相对应的水位，再将该水位系列点绘成经验频率曲线，并配线为理论频率曲线，按照规定的频率获得设计水位。其含义为：如果水位设计标准为95%，频率80%，则表示在所选水文系列年中年保证率95%对应的水位值低于设计最低通航水位的情况，平均5a出现1次。

算术平均法虽然概念简单，但需要的水文系列较长，否则误差较大，同时受到特别枯水年的影响较大。用多年最低水位平均值确定设计水位一般偏高，采用枯水年最低水位的平均值则偏低，因此该方法局限性大，应用越来越少。综合历时曲线法是国际上通用的方法，在我国也得到较为广泛的应用，该方法概念清楚，使用方便。保证率频率法概念不甚清晰，且需要二次计算，不便于使用2。

设计最低通航水位推算方法设计最低通航水位是航道规划与滩险整治设计的重要指标。如果所定的设计最低通航水位偏高，将人为地使许多浅滩河段消失，规划设计中工程量减小，实际上降低了航道的通航保证率，直接影响航行安全和通航效益。相反设计水位定低了，本来不会出现浅情的河段，在航道图上却成了浅段，在航道规划设计中将提出过大的工程量与投资，以致不能正确判定该河段的航运开发价值。所以，必需根据通航要求和河流特性对设计最低通航水位作出科学论证。

我国许多河流的上游建有水电站，电站下泄流量随发电机组运转数量的增减而急剧变化，相应下游水位亦发生变化，这给水利枢纽下游河道的设计最低通航水位确定带来了困难。

对水利枢纽下游河道设计最低通航水位的推算主要有水动力学方法和基于实测资料的模拟分析法。水动力学方法是从完整的圣维南方程组出发推求瞬时水面线。由于电站下泄水流是非稳定流，当下泄水流为设计流量时，下游各站水位变化有滞后性并未达到相应的低水位，由于河槽的调蓄作用，坝下河段在同一瞬时最小流量沿程增加，最大流量沿程减小。即坝下河段沿程水位不是同时达到最小，而是沿程变化的。然而设计最低通航水位是指沿程各站在相同保证率下所达到的最低水位。这就是说，水利枢纽下游河段设计最低通航水位不是瞬时水面线，也不是等坡降斜线，而是与河段的河道形态、河床组成、流量以及边界条件密切相关的复杂曲线。不论是水动力学方法还是实测资料模拟分析法，对水利枢纽下游河道而言都是一种近似的方法。因此寻求一种能准确推算水利枢纽下游河段设计最低通航水位的方法具有重要的理论意义和实用价值3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学