[科普中国]-设计水位

设计水位指的是与设计流量相对应的水位。当计入浪高及壅水影响时称计算水位。

简介设计水位相应于设计洪水频率的洪峰流量水位，即设计流量的水位。用标高表示设计水位的高低，以米（m）计。河流的流量随水位而变化，表明水位与流量之间有密切关系，在桥涵水文计算中，常利用它们的关系来推求某一设计水位相应的设计流量。为此，可在桥位附近选定河床形态断面进行历史洪水情况的调查，调查历史洪痕位置、发生年份，以便确定历史洪水位和历史洪水重现期。根据测绘的形态断面和洪水比降、河床状况等资料，利用水力学有关公式计算该历史水位的洪峰流量，以便最后确定所采用的设计水位相应的桥涵设计流量1。

设计水位标准潮位是防波堤工程设计中一个重要的水文条件，它不仅直接影响防波堤标高的确定，而且也影响防波堤结构的计算。防波堤工程的设计水位一般包括：设计高水位、设计低水位、校核高水位和校核低水位四种。

设计水位是指建筑物在正常使用条件下的高、低水位。对于海港的设计高、低水位，欧美和日本常采用大潮平均高、低潮位；前苏联通常采用潮位历时累积频率（一般称为保证率）1%和99%的水位；我国海港水文规范规定采用高潮（即潮峰）累积频率10%和低潮（即潮谷）累积频率90%的水位。以高潮10%（或低潮90%）来看，在总潮次中将有10%潮次的水位比它更高（或更低）。

校核水位是指建筑物在非正常工作条件下的高、低水位。这种水位通常不是由单纯的天文因素所造成的，而是由于寒潮或台风造成的增减水（气象潮）与天文潮组合而成的。校核高、低水位的出现周期是以几十年计的，因此，在这种水位条件下，要求建筑物在各种校核荷载作用下，断面结构及地基仍具有必要的安全度。防波堤的校核水位，可采用重现期为五十年一遇的高、低潮位。

在防波堤设计中，还要考虑施工水位；施工水位与具体工程的施工方法、工作量大小和施工能力等有关，故无统一标准，可大致采用平均水位2。

设计水位的推求方法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，求出相应水位即为保证率水位值；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。现将具体绘制综合历时曲线步骤列出如下：

（1）根据统计资料的年份内日平均水位最高最低值的变幅，将水位分为若干级，航道等级高则分的细些，如水位差5、10、20cm为一级，长江干流以5cm为一级，一般河流以10cm为一级，若采用计算机统计水位分级可细分到1cm一级，统计逐日平均水位不同级各出现的次数。

（2）由高至低逐级进行累积出现天数的统计，进行各级的保证率累积频率计算，保证率为多年逐日平均水位总次数除各水位级相应的累积出现次数（以%表示）。

（3）以水位为纵坐标，保证率为横坐标，在方格纸上把各保证率值点于相应于水位级的下限处，连接各点即成水位历时曲线，历时曲线统计可列表计算3。

保证率频率法由历时曲线法及频率分析两部分构成。计算步骤如下：

（1）将每年逐日平均水位或流量资料，按历时曲线法分别绘制每年的日平均水位或流量历时曲线；

（2）根据航道等级的设计标准，确定保证率和频率；

（3）根据航道等级的设计标准，分别从各年的历时曲线上，选取各年相应的保证率的水位或流量；

（4）用经验频率公式绘制经验频率曲线；

（5）将选取的水位（流量）作样本，按频率分析方法进行理论频率计算，绘制理论频率曲线，并与经验频率曲线适线；

（6）根据航道等级标准要求的重现期，从频率曲线中查得相应的设计水位（流量）3。

设计水位的调整1.由于河床演变以及长期的水文气象变化，或者使同流量条件下的水位产生变化，或者使流量同时发生变化，因此，隔一定年限要重新计算调整设计水位值。

2.人类活动，如筑坝、渠化、整治、裁弯取直、挖沙等，均会引起设计水位产生较大变化，要做相应调整。尤其上游大坝蓄水后改变了水沙过程，影响更大，一般情况下是坝上淤积、水位抬高，坝下冲刷下切，不断改变水位流量关系。由于水电站泄水影响，设计水位往往需根据电站下泄基荷流量来确定设计流量，再推求相应的设计水位。

3.全河整治，各滩、站的设计水位必须同步，以满足全线畅通，设计水位如有出入也要进行调整3。

设计水位的确定方法河流中规定可以正常通航的最低水位，即航道标准尺度的起算水位，称为设计最低通航水位；规定可以正常通航的最高水位，控制桥、闸跨河建筑物净高的水位，称为设计最高通航水位。设计最低通航水位，一般简称设计水位，有的河流常称航行基准面或航行零水位。确定各浅滩的设计水位，首先必须确定基本水位站及其控制的河段，其次推求基本站设计水位，最后相关到各浅滩上求出浅滩的设计水位。

选择基本站及控制河段的原则：1.基本站与浅滩间没有拦河闸坝，两者的水位涨落幅度和水面纵比降大致相近；2.无较大的支流汇入，也没有较大的引水工程，流量一致；3.具有连续多年实测可靠的水位（流量）资料并能换算为统一的水准基面，一般要具有15～20年以上的资料系列，而在这期间没有大的人工改造河道的工程影响。

排涝设计水位通过设计排涝流量时相应排水沟的水位。是排水工程设计的重要依据。在排涝区内选择位置较低的地点作为参考点（又称控制点），根据参考点的地面高程和排水沟的比降由田间向容泄区逐级推算而得。在自流排水条件下，排水干沟出口处的排涝水位应高于容泄区的水位4。

航道设计水位航道设计水位是设计航道尺度的基准水面高程。它是航道建设规划、工程设计、施工的基本依据。根据需要，有各种不同用途的设计水位，但主要有设计高水位和设计低水位两种，前者主要控制水面以上建筑物高程如净空、堤岸顶高等；后者主要控制水面以下尺度如航道水深、航道底宽等。某一设计水位的取值，是在综合考虑了航道等级、运输任务、当地自然条件、水流情况和工程量等因素后，经水文分析、计算而得出的5。

航道设计水位是在某一航道上保证船舶正常通航的水位。分为设计最高通航水位和设计最低通航水位。它是航道工程规划、设计和施工的基本依据，关系到航道尺度的保证程度、航道工程的规模大小以及航道维护的方法和维护工程量，而且对公路、铁路、桥梁等工程的建设有一定的影响6。

渠道设计水位渠道输送设计流量时相应的水位。根据灌溉面积的地面高程、渠道的比降和长度、建筑物水头损失等因素计算确定。是设计渠道和渠道建筑物的重要依据7。

灌溉渠道设计水位：保证渠道所控制的灌溉面积都能进行自流灌溉的水位。各级渠道在分水点处都应具有足够的水位高程。各分水口的水位控制高程是根据灌区地面高程加上渠道沿程水头损失以及渠水通过各种建筑物的局部水头损失，由下而上逐级推算得出8。

堤防设计水位堤防设计水位是决定堤顶高程的设计水位。与洪水流量、河道断面、设计标准有关。堤顶高程等于设计洪水位、安全超高及风浪爬高的总和8。

河道整治设计水位河道整治设计水位是为实现河道治理目标而选定的特征水面高程。如为筑堤防洪选定堤顶高程，有堤防设计水位；为确保最小通航水深选定最低通航水位；为限定跨河建筑物的最低高度，选定最高通航水位，以确保过船安全的最小水上净空。所有这些选择都必须根据水文资料使用保证率方法进行分析比较，合理地选定各种设计水位，供工程设计时作为基本依据。

船闸设计水位船闸设计水位是船闸设计所采用的上、下游水位和它们的相应组合。包括船闸上、下游设计最高、最低通航水位；船闸上、下游设计最高水位；船闸检修水位以及这几种水位中可能的不利组合水位等；是船闸输水系统布置和选型、船闸高程确定以及结构设计等的基本数据。船闸设计最高、最低通航水位一般根据航运要求、航道和船闸的级别、航道条件和水文特征、两岸条件和有关部门的要求等因素进行综合研究，采取相应的洪水频率和低水位的通航保证率标准确定。至于船闸上游设计最高水位则按船闸所在枢纽的校核洪水标准确定6。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学