河道水面线推求

沙河水面线推求过程

1.1 水面线计算理论基础

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-

++= （1-1）

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

12

2g

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》

，在收缩河段，一般局部水头损失系数ζ=0；在扩散<段，由于2V <1V ，所以ζ<0，其中在渐扩段，

ζ取值-0.333，急扩段、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。

分段求和法计算时，应注意以下及点：第一，把已知水深的断面作为起始断面。第二，明渠中水流必须是恒定流，并且流量沿程不变。第三，渠道糙率系数n 沿程不变。

（2）河道糙率

沙河河道与滩地糙率虽然有所不同，但相差较小，沙河主槽0.027，滩地0.03

对水位影响较小，这里统一按0.027取值计算。推求中一律按河道糙率计算。

1.2 计算过程

本次计算从K0+000断面到K14+400断面，河道纵断面变化如图1-1，图1-2。

图1-1 河道纵断面图

图1-2 沙河河道图

图1-3 河道局部横断面图、地形图

K1+600断面到K0+000断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K3+200断面到K1+600断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K4+800断面到K3+200断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K4+800断面到K5+600断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K7+200断面到K5+600断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。。K8+000断面到K7+200断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K8+800断面到K8+000断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K9+600断面到K8+800断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K11+200断面到K9+600断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K12+000断面到K12+800断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K13+600断面到K12+800断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K14+400断面到K13+600断面为渐扩段，

局部水头损失系数ζ=-0.333。

以推求K0+800 断面水深为例。K0+00 断面水深已知，H1=61.45，Q=3000。

图1-4 K0+00过流断面

以K0+00断面作为起始断面。由河流横断面图1-2得：A1=1785，χ1=190.3。

=1.680672（1-2）

V1=Q

A1

R1=A1/χ1=9.3799 （1-3）

=53.786（1-4）

C1=R11/6∗1

n

对K0+800 断面水深取值试算，最终计算结果为H2=61.59。

图1-5 K0+800过流断面

由河流横断面图1-3得：A2=2138.1，χ2=390.4。

V 2=Q

A 2

=1.403115 （1-5）

R2=A 2/χ2=5.47669 （1-6） C 2=R21/6∗1

n =49.173 （1-7） V

̅=0.5（V 1+V 2）=1.541894 （1-8） R

̅=0.5（R1+R2）=7.4283 （1-9） C =0.5（C 1+C 2）=51.479 （1-10） J =V ̅2

C 2R

̅=0.0001 （1-11） ℎf =0.96615 （1-12） ℎj =0.01438 （1-13）

585.62g

2g 2

1w 2212=-++=V h V H H αα （1-14）

可以认为此时所取断面水位满足要求，否则重新取值试算，直到满足要求。

1.3 计算结果

图1-6 水面线对比

结果：

表1-1 沙河设计水面线计算成果表 单位：m