水面线计算推求

5.5.3设计洪水水面线推算

根据防洪设计标准及洪水分析，设计流量采用P=10%设计洪峰流量确定整治河道的治导岸线。根据沿程比降、流量、建筑物及支流汇入情况，水面线分段进行推算。

（1）水面线推算的基本公式

水面线计算按明渠恒定非均匀渐变流能量方程，在相邻断面之间建立方程，采用逐段试算法从下游往上游进行推算。

具体如下：

2g

2g 2

1w 2221V h V Z Z αα-

++= 式中： 1Z 、1V ——上游断面的水位和平均流速； 2Z 、2V ——下游断面的水位和平均流速；

j f w h h h +=——上、下游断面之间的能量损失； l R

C V

h f 22

=

——上、下游断面之间的沿程水头损失；

)22(2

22

1g

V

g V h j -=ζ——上、下游断面之间的局部水头损失；

ζ——局部水头损失系数，根据《水力计算手册》

，由于断面逐渐扩大的ζ取值0.333，桥渡处ζ取值0.05~0. 1。

C ——谢才系数；

R ——水力半径；

α——动能修正系数。

（2）河道糙率

河道的粗糙系数受到河床组成床面特性、平面形态及水流流态、植物、岸壁特性等影响，情况复杂，不易估计，本工程河道基本顺直，床面平整，经过整治的河床粗糙系数可以采用《水工设计手册》第一卷P1-404介绍的当量粗糙系数

x N

xn n ∑=1当 ；设总湿周x 的各组成部分1x ，2x ，……N x 及所对应的粗糙系数分别

为n 1，n 2……n N 。选用砂土及淤泥渠道n=0.030；砌石护面n = 0.030；草皮n = 0.030。本工程护坡基本为干砌块石及草皮，护底采用天然地层。根据水位情况可以计算出不同水位下的综合糙率为0.030。

（3）水面线计算成果

根据城市发展规划和河段所处的地理位置条件，确定河道横断面采用梯形断面型式。护坡类型共有草土体结合柳桩护坡、干砌石结合格栅石笼护脚护坡两种，护坡边坡均为1:2。结合上下游河床实际宽度和河道比降合理拟定断面底宽和纵向比降。为了不改变现有河势和水沙冲淤平衡，河道设计底坡尽量与天然河道底坡一致。

表5-1 治理段设计底宽及纵向比降分段统计表

根据清水沟的地形条件，按照控制断面侯汉公路断面（桩号4+365）、尹桥大沟（7+219）、清二沟（14+848）、新华桥水文站（24+400）、新渠渡槽（24+400）处的设计流量，从下游往上游逐段推算水面线。其中23+083~26+767段由于受到黄河洪水顶托作用，水位抬升，水面线需要进行修正。具体方法是：根据黄河50年一遇设计洪水位1118.30m 作为起始控制断面，应用水面线推算的基本公式，采用逐段试算法从下游往上游进行推算。计算出的设计洪水水面线加上0.6m 的

堤顶超高即为堤顶高程，由于设计入黄口断面处黄河大堤堤顶高程1119.95m，本次设计的堤顶要和黄河大堤进行衔接，所以根据黄河大堤堤顶高程1119.95m 对设计堤顶进行修正后，黄河50年一遇设计洪水位与清水沟入黄段设计水面线水位相同的位置，就是黄河回水的终点。用逐段试算法分别推求清水沟10年一遇、施工期（3~4月、9~11月）五年一遇设计洪水水面线。黄河叶盛段多年平均流量890 m3/s（1969年至2008年龙羊峡建库后），相应水位1113.15m，推算得清水沟入黄口设计渠底高程为1114.87m，因此不考虑黄河水位对施工期洪水的顶托作用。

计算成果见表5-2。

表5-2 清水沟设计水面线计算成果表单位：m