江河水面线计算的问题探讨.doc

1999 年第 2 期 ? 2, 1999 黑　龙　江　水　利　科　技 Heilongjiang Science and Technology of W ater Conservancy 　　　　　　　　 · 41· α 江河水面线计算中的若干问题探讨 　田凤军 　　　　姬忠光 　　　　刘玉霞 (桦南县水利局　154300) (省水利设计院) (佳木斯市水利设计院) 〔摘　要〕　天然河道水面线的变化是比较复杂的, 计算水面线仅从能量损失的角度出发, 从宏观上推求 河道水位的沿程变化情况, 以满足工程设计为目的, 因此它不可能也没有必要完全再现河道 水位的微观变化情况。松干设计水面线经采用调查的实际水面线复校, 证明按过去的方法及 资料计算的水面线具有一定的精度, 可以满足工程设计及堤防工程管理的需要。 〔关键词〕　江河水面线　精度　糙率　断面间距　河道凹凸岸　河道流量　程序改进 1　河道水面线计算方法及存在问题 天然河道水面线是江河自由水面沿程 各断面高程的连线, 按照设计流量推求的 河道水面线即为设计水面线。设计水面线 是江河堤防设计的重要依据, 它直接关系 到堤防的规模与防洪安全。水面线的计算 理论和计算方法并不复杂, 但如何提高计 算精度和可信程度, 节省机时和测量费用 却一直是一个困绕设计人员的问题。 江河水面线的计算公式, 无论是从能 量方程出发进行简化, 还是取圣维南方程 组的有限差解, 都是假定计算河段的流态 符合渐变流的条件, 将河道分成水力要素 基本一致的若干计算段, 即假定计算河段 内断面形状、底坡沿程不变, 从下游控制断 面的已知水位开始, 逐断面进行迭代, 递推 上断面水位, 汇总后得到整个河道的计算 水面线。按照上述方法和程序求得的设计 水面线是能够满足工程设计需要的, 但是 设计水面线是否符合实际, 还有待于工程 运行期间实测或调查的洪水水面线的检 验。我们根据松花江干流设计水面线的复 核检验, 进一步分析论证了如何提高水面 线计算精度、速度、可信程度等问题, 本文 就这些问题谈一些粗浅的看法, 供有关人 员借鉴。 2　水面线计算的精度问题 在不增加测量资料的前提下, 要提高 计算精度, 主要应从计算公式及其有些参 数的定量取值入手, 分析参数的变化规律 和实用范围, 使水面线计算更合理、符合实 际。 松花江干流 1991 年发生了大于等于 20 年一遇的洪水, 沿江各市县及时调查测 量了这次洪水的水面线, 我们根据实测水 面线, 与设计的 20 年一遇水面线进行对比 分析, 发现设计水面线基本上符合实际水 面线, 达到了预期的效果。但也有个别断面 排出测量精度等因素外, 设计水面线与实 际调查水面线仍有 20～ 30cm 差别, 经复 查复测及分析计算, 证明误差是由公式本 身和有些参数取值不当引起的。 211　计算公式存在的问题 以往水面线计算多采用只计沿程水头 2 损失的简化公式: ?Z = Q K{ ?L (1) 式中: ?Z —上、下断面水位差,m ; Q —计 3?s; L —上、下断面间距, 算河段流量, m m ; K{ = (K 上 + K 下) ?2。 K 按满宁公式计算: 1 n ? R K = 2?3 ?A (2) A Ξ , Ξ 为湿周; 式中: R — 水力半径, R = A —断面面积,m 2; n— 糙率系数。 松干水面线计算中考虑到松花江河道 大断面滩地较大, 主槽与滩地的糙率系数 相关较大; 大洪水漫滩后的洪水流向较顺 直而主槽水流则比较弯曲, 此外, 测量断面 与水流方向互不垂直, 为消除这些因素的 影响, 计算中采取以下措施加以改正: α 收稿日期: 1998—12—21 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.  · 42· 　　　　 田凤军等: 江河水面线计算中的若干问题探讨 第 2 期　 21111　 糙率曲线。糙率曲线是糙率随断 面平均水深变化的曲线, 可由水文实测资 料分析求得, 按测站断面的植被情况进行 分类。水面线计算中则可根据河段的植被 情况选择不同类型的滩地糙率曲线, 由计 算断面的滩地平均水深内插滩地糙率, 主 槽糙率变化不大, 也可根据实测水文资料 分析确定, 按不同的河段分别选用。 21112　 断面偏角及行洪间距的改正 松干水面线是量取洪水时期的水面长 做为计算间距的, 流量模数按下式改正: K 主 = ( 1 n主 ? R 2?3 主 ?A 主 cosΑ) ? Υ (3) 1 n滩 ? R 2滩?3 ?A K 滩 = 滩 cosΒ (4) 式中: Α、Β— 分别为主槽