浅析河道糙率的算法
浅水方程模拟中确定糙率的回归系数法
浅水方程模拟中确定糙率的回归系数法
浅水方程模拟是一种非常有用的工具，用于模拟不同的水化学和物理效应，这些效应的参数都受到溪流的糙率的影响。
因此，确定这些效应参数所需要的糙率值是一个异常重要的问题。
传统的方法是使用野外实验来测量糙率，但是这是一个非常昂贵而且缓慢的过程。
因此，寻求一种更有效率、更快速的糙率估算方法是尤其重要的，尤其是在对溪流的水资源进行计算的时候。
回归系数法（RFA）是一种用来估算河流糙率的实用方法，它基于河流的一些经验规律，利用简单的数学模型来估算河流的糙率。
RFA可以使用现有研究得出的关于糙率和溪流水深及流速的经验规律，能够用少量数据计算得出河流的粗糙程度，把野外实验数据精确计算运用于水源分析和模拟中。
为了计算河流糙率，RFA使用一组称为回归系数的经验模型参数，它将不同的河流的水深和流速参数与河流的糙率值相关联。
这些参数是基于对实际河流的研究得出的，它们可以用于估算糙率的大小。
RFA通过使用一组经验模型参数，将未知的河流的水深和流速参数与糙率之间的关系建立起来，用于快速预估河流的细节。
RFA的经验参数是根据野外测量得出的实验结果发展出来的，以满足模拟河流糙率的不同要求。
一般而言，参数通常包括溪流流速、水深、曲折程度等。
在使用RFA之前，可以预先评估河流
的大致形状来确定相应的参数；也可以根据观测和实验设备获取的实际流量数据调整参数以更精确地估测糙率。
RFA是一种高效的糙率估算方法，可以以比传统野外实验更快的速度估算河流的糙率，为水资源分析和模拟提供重要信息。
RFA可以帮助水文工程师更快捷地建立水源模型，从而更准确准确地掌握河流的特征，做出更精准的资源利用计划。
天然河道糙率问题的理论探讨
天然河道糙率问题的理论探讨作者：李东颇刘宏来源：《农业与技术》2014年第12期摘要：糙率是估算河道洪峰流量，计算分析水文要素的一个重要参数。
本文对糙率影响因素以及对糙率的推求，进行了理论探讨，并阐述了糙率的规律性，及其变化，取决于天然河流中的各种水力因素、由于各种水力因素在天然河道中，不但沿程发生变化，而且在同一断面的不同水位时，也是不同的，因此，糙率还随着各种水力因素在不同水位时发生变化。
关键词：河道糙率；影响因素；规律性；理论；探讨中图分类号：TV143 文献标识码：A1 糙率及水力因素衡量河床粗糙程度的糙率，实际上是一个系数。
它的大小对水流运动产生一定的影响。
但就水流运动来说，水流运动，能量也会不断损失，而能量损失主要包括沿程损失、局部阻力损失2部分。
沿程损失反映河道的粗糙程度和流态，天然河流，多属于紊流。
沿程损失又与河床的粗糙程度有着密切的关系。
河床表面粗糙，沿程损失大，反之则小。
所以，糙率也是反映水流沿程摩阻损失的一个系数。
把过水断面形状、大小以及河底沿程变化，深潭、急滩、湾道等造成的局部损失、沿程损失合起来求糙率，会导致糙率含义不清，分析的成果也很不理想，糙率值的精度低。
且因不同情况的天然河道，没有一定规律，给实际应用带来很大困难，因此不宜用这种方法来分析河道的糙率。
糙率的影响因素，主要是河床的组成，以及各种组成的河床粗糙程度，如河床表面平整程度，水生植物生长情况等。
当河槽床面与河岸糙率不同时，其综合糙率随水深变化。
若岸壁糙率较大，综合糙率随水深的增大而增加。
若岸壁较光滑，综合糙率随水深的增加而减小。
因此，河床组成在没有改变的情况下，糙率是随着水深增加而逐渐减小，某一水位后，趋于稳定。
天然河流，各级水位的河床质组成、水生植物生长等情况绝大多数是不一致的，因此，反映各级水位河床平均粗糙程度也有所不同，间接反映这种变化的也是水深。
2 糙率的反求因为糙率是一个系数，所以反求时要考虑采用沿程损失。
大型人工河道糙率问题研究
大型人工河道糙率问题研究摘要：本文从新汴河的实际运行工况，利用实测资料反推出新汴河河槽和滩地糙率，通过分析新汴河运行以来河床糙率的变化，总结出大型人工河道河床糙率变化的一般规律。
关键词：新汴河河槽滩地糙率1河道糙率影响因素影响糙率的因素，主要是河床壁材料的组成（如泥沙、卵石、天然岩石），以及各种材料的粗细结构，河床表面平整程度，植被生长情况等。
关于水深对糙率的影响，一般来说，低水位时水深小，河床面凹凸度占水深比例相对较大，对水流的影响也大。
另外，阻力跟水流与河床的接触面有关。
在同一断面中，水位低接触面相对较大。
但随着水深的增加，湿周的增率也逐渐减小，或者趋于不变。
因此河床壁组成等情况如无特殊改变，糙率的变化也是随着水深增加而减小，到某一高水位后，稳定少变。
对于天然河流来说，各级水位的河床质组成，边壁特性，植被成长等情况各不一致，因此反映各级水位以下河段平均粗糙程度也各有差异，水深可以间接反映这种变化情况。
2新汴河河道糙率研究2.1河道概况新汴河是淮北平原上人工平地开挖的河道，新汴河七岭子～团结闸段，全长111.2km，河道底宽95～115m，堤中心距350～560m。
具有近似于明渠均匀流的条件。
本文用实测资料反推法推算新汴河河道糙率，选用的是有实测水文数据的宿县闸～团结闸段98.44km河段，根据设计条件，新汴河20年一遇设工况下，河道断面平均流速为1.135m/s，团结闸和宿县闸洪峰出现的时间差为1d。
2.2原设计糙率取值及存在问题新汴河原设计河道糙率中泓采用0.0225，滩地按漫滩水深区别采用，3m以上0.03，3m～2m为0.03～0.035，2m～1m为0.035～0.04，1m～0.5m为0.04～0.06，0.5m以下不计行洪能力。
1982年7月，新汴河发生特大洪水，根据宿县闸和团结闸水文站实测资料，宿县闸实测最大流量1450m3/s，最高水位28.49m，流量与20年一遇设计排洪流量相当，但水位却高出20年一遇水位0.66m，团结闸最高水位18.97m，比20年一遇设计水位低0.87m，宿县闸～团结闸间水位差达9.52m，比设计水位差7.99m大1.53m，水面纵比降比设计增加约19%，实测流量、水位说明，新汴河实际行洪能力与设计工况有较大差异。
高坦水文站河道糙率分析及率定
高坦水文站河道糙率分析及率定摘要：河道糙率是推求洪水流量和进行其他水文分析的重要参数，论述了河道糙率的含义，论证了在恒定非均匀流情况下，用能量方程处理流速水头变化和局部损失的问题；此外，还根据高坦站的实测资料，分析了秋浦河高坦河段糙率的规律性，对用比降—面积法测流有参考价值。
关键词：高坦站；河道糙率；能量方程；分析1测站概况高坦水文站1951年7月设站，坐落于安徽省池州市贵池区梅村镇罗田村，测站坐标117°26′29"E，30°21′19"N，监测断面上游集水面积1077 km2，控制秋浦河干流81km，为皖南山区1000～2000km2代表站，防汛抗旱、水资源管理、水质监测,国家基本站、河道站、省级重要站、国家二类精度站。
本站测验顺直河段长1.6km，主流偏左岸，左岸有圩堤，当水位超过27.20m 时，漫溢穿过老街镇，右岸边树木茂盛，洪水期漂浮物较多，滩地宽约90.0m，当水位达23.00m时，开始漫滩。
河床为卵石沙砾，较稳定，无分流等其他现象。
上游左岸1.5km有小河（十字河）汇入，上游4.3km有双峰电站。
比降上、下断面之间无支流和分流。
测验河段基本顺直，断面稳定，近岸边水流通畅；河段内断面形状沿程变化不大，无卡口、急滩和较大的深潭，水面线无明显的转折点；河段内无较高而且密集的水生植物，岸坡无影响水流畅通的成片树林和季节性高杆作物；河床沙质，冲淤变化不大。
河道来水受流域降雨影响，卵石沙砾河床，断面稳定。
山区性河流产汇流时间较短，涨水历时变幅7～10h，洪峰滞时变幅0.5～1.0h。
水位、流量自建站至今资料连续，中高水时（水位在21.00m以上）水位流量关系为单一线，关系稳定。
低水期受上游电站发电影响，水位流量关系紊乱呈临时曲线，来水来沙主要集中在汛期。
2糙率分析的计算公式糙率是反映河床、岸壁形状的不规则性和表面粗糙程度的系数，是衡量河床边壁粗糙程度对水流影响的系数。
天然河道糙率及河道整治后糙率的变化
天然河道糙率及河道整治后糙率的变化摘要：天然河道的糙率与很多因素有关，如河床沙，卵石的大小和级配，底坡沿程变化及潭深，河道弯曲程度，横断面形状的不规则性，及整治后河道的人工建筑物等。
目前，河道整治后糙率多借用整治前的糙率，河道整治后改变了水流状态、河床形态，糙率也会随之改变。
本文基于河道糙率的确定的基本方法，根据整治后河道水流及河床的变化规律，应用水力学原理，分析河道糙率的变化。
关键词：天然河道‘糙率1、河道糙率的涵义和影响意义糙率又称粗糙系数，水力学的解释是指河床边壁粗糙程度对水流运动影响的一个系数，工程上综合反映管渠槽面粗糙情况对水流影响的一个系数。
运动学角度上水流从上向下游沿程运动引起的能量损失。
影响糙率的主要因素，主要是河床壁面的材料组成（如泥沙、卵石、天然岩石），以及各种材料的粗细结构，床壁表面的平整程度，植物生衰情况，河床的弯曲程度，水位的高低，河槽的冲淤以及整治河道的人工建筑物大小，形状，数量和分布等方面。
因为影响粗糙的因素众多，复杂多变，且糙率又是水力计算的重要参数，因此河道的糙率的确定恰当与否对水力计算成果有很大影响。
2、河道糙率的确定对河道糙率的确定一般采用本河段实测水文资料进行推算，对无实测资料或实测资料短缺的河道，比照类似河道的糙率或用一般经验公式计算确定。
以下主要介绍有实测资料的河道糙率的确定方法。
2.1基于实测水文资料的糙率推算（水力学方法）该方法是利用河道实测水文资料推算糙率，对于某一河段，当流态按恒定均匀流处理时，可根据实测资料（流量Q、断面面积A、水位等）应用谢才公式及曼宁公式推算而得；当流态按恒定非均匀渐变流处理时，可根据河道实测资料的平均值推算糙率初值，然后再通过水面线的反复推算调整糙率值。
2.2查表法当河道的实测资料短缺时，可根据河道特征，参照相似河道的糙率，根据河道河床特征，查天然河道糙率表，用经验的方法确定糙率。
该方法给出的糙率值仅反映切应力对水流的阻力，没有考虑局部阻力对水流流态的影响。
天然河道一维数模中综合糙率的确定方法
天然河道一维数模中综合糙率的确定方法作者：田景环武鑫奇张艺来源：《农业与技术》2013年第11期摘要：天然河道断面形态沿程变化比较大，水力计算时需要考虑局部阻力和沿程阻力双重影响。
根据能量守恒原理，提出了天然河道一维水力计算时糙率系数的确定方法，并通过实验对该方法进行了验证，取得了预期的结果。
该方法减少了率定糙率时的工作量，对缺乏历史观测资料的地区同样适用。
关键词：综合糙率；天然河道；一维数值模拟；水头损失中图分类号：TV12 文献标识码：A前言综合糙率系数是一个反映河床边壁粗糙程度、边界形状以及其他因素的对水流影响的一个系数，是进行水力计算、河流模拟研究的重要参数，它的正确与否直接关系着数值模型的精度。
天然河流，特别是山区型河流，往往有许多弯道、断面形状突变段，水流结构沿程变化比较大，此时如果仅考虑由沿程阻力造成的能量损失，就会产生较大的误差。
本文通过研究一维水力计算中糙率系数的确定方法，导出了利用能量方程来确定综合糙率的计算方法，并进行了验证。
1 概述确定河流综合糙率系数的方法大致归纳起来可分为2种：1.1 利用实测资料对糙率进行率定此种方法根据实测的流量、水位湿周等水力要素，利用最优化原理，定出使计算所得的相关水力要素值与实测值最接近的糙率值，这种方法确定的糙率能够综合反映河流的沿程和局部阻力特性，因此应用较广。
但它是利用实测资料反演得到糙率，不可避免地受到观测误差的影响，当研究河段较多或缺乏完整的观测数据时，参数取值具有很大的不确定性。
1.2 利用河床的壁面特征及状况确定的经验值此种情况确定的糙率值，仅反映由于切应力的作用水流产生的阻力，当计算河段的距离较短，局部能量损失远大于沿程能量损失时，由该方法确定的糙率值不能真实反映河流的阻力特征。
2 糙率计算方法天然河道的断面形状沿程变化比较明显，河流结构沿程变化比较大，进行一维水力计算时，可以将研究河段分为多个断面形状近似不变的子河段，在每个子河段内综合考虑沿程阻力和局部阻力的影响，确定出能正确反映该河段阻力特性的综合糙率。
浅谈天然河道糙率的确定方法
浅谈天然河道糙率的确定方法摘要:目前在推算无实测资料的天然河道洪峰流量时,无论用比降法或其他方法,都离不开一个很重要的因素,这就是天然河道糙率。
本文主要通过实际工作分析探讨关于如何正确确定河床糙率,以便在洪水分析计算得出科学合理的结果。
关键词:河道糙率河床确定方法1 对天然河道的认识河床糙率一般认为是反映了河道的粗糙程度,因此,在考虑选用糙率时也是根据粗糙程度有关的因素来确定糙率,如河床组成,地形地物,河段形势,植被,岸壁特征等等。
2 关于复式河槽主槽滩地的划分方法在复式河槽推算洪峰流量和选用糙率或推求糙率时,一般都采用主槽滩地分别计算的方法。
按主槽河床形状做垂直切割来划分主槽滩地。
在实践中发现这样计算主槽流量偏大20%以上。
对于主槽呈宽线形的大中河流情况则相反,从流速横向分布看,有的河段洪水时主槽河床两侧部分的流速近于滩地。
根据上述情况看,按河床进行垂直切割划分主槽滩地来推算糙率或流量是不妥的,下面是我在工作中总结的几种方法供大家参考。
2.1 外斜线切割法小河在推算糙率时应按流速变化带做分界来划分主槽与滩地。
在无实测资料的情况下,可近似的河床与滩地分界处向外做60°～70°斜线来划分主槽与滩地。
在实践中观察发现小河一般主槽较为窄深,大洪水时主槽向外扩展明显,经过资料分析证明,外斜线切割法所计算主槽糙率是接近天然河道糙率。
(详见表1)所以小河选用外斜线来划分主槽、滩地是可行的。
2.2 向主槽内斜线划分法此法是按主槽滩地分界线向主槽内做45°～60°斜线来划分主槽与滩地,特别是主槽与滩地界线不易明显区分,在洪水时主流明显居中,而滩地流速与主槽边界流速差异较小,这样的河流用向主槽内斜线来划分主槽、滩地是比较适用的。
2.3 主槽糙率系数法用斜线划分主槽与滩地的方法在计算中较为麻烦,不如垂直划分简便,为了弥补垂直划分的不足,若将主槽糙率乘一个系数,使它符合实际情况就解决了这个矛盾。
黑河莺落峡河段糙率分析及其计算
２ ８ ２ ９ ９ ９ ８
８ ４ ５ １ ８ ４ ． ０ ９ ８ ４ ３ ５ ． ７ １ ９５
３ ９ ．５ ３ ４ ． ７
９ ． ２ ０ ９ ． ３ ０
２ １ ． ５ ２ １ ．
３ ． ４ Ｏ ３ ． ４ ７
受 人工 调 节影 响最小 。
．
设 想之 三是 认为 洪水 达到 峰顶 时 ，各 水 力要 素
２ ６ ．８
２ ２ ．６
２ ４ ．８ ２ ５ ．７ ２ ５ ．９ ２ ５ ．７
５９ ６ ．
５． ８９
８９ ９ ． ８ ． ８ ３ ８ ． ８ ４ ６ ． Ｏ ７
１５ ．９
１４ ． ５
１３ ． ９ １２ ． ９ １３ ． ７ １ ５ ． ３
４ ． ９３
１ ４ ３
３ ７ ． ９
２ ８ ． ５
９ ． ３ ０
８ ． ９Ｏ
３ ４ ５ ９ １ ８
８ ３２ ８ ． ７ ． ５ ３ ７ ９ ３１ ８ ． １ ． ５ ０ ４ ９ ３１ ７ ． ３ ． ８ ８ ３
２ ７ ．６ ２ ４ ． ２ ２ ．６
５． ９Ｏ ５． ８４ ５． ７３
沿程 水 头损失 可用 下式 计算 ：
ｈｓ一
（） ３
式 中 ：Ｑ — — 流 量 （ ／ ） ｍ。 ｓ
目前 ，用实测 资料 反 推 糙 率 的 方法 只有 两 种 ：
现分 述如 下 。
１ ２ １ 能 量 法 ．．
Ｌ—— 上 、下 断面 间距 （ ； ｍ）
— —
河床 糙率 。
６
７
８ ９ １ ０ １ １ ９ ２ ８
１ ９ ３ ３ ９ ． Ｏ ． ３ ４５
１ ２ ３ ２ ８ ． １ ． ５ ５ ４
浅谈山区中小河流糙率分析方法
浅谈山区中小河流糙率分析方法摘要：正确选用糙率，对估算天然河道流量十分重要，本文通过对糙率的影响因素分析，来阐述糙率的一般分析方法。
关键词：天然河道；影响因素；糙率1 概述当河渠水流为恒定均匀流时，可用曼宁公式推算过水断面流量，曼宁公式是一个经验公式，表达式如下：2 糙率影响因素分析曼宁公式中，糙率对流量的推算精度影响非常大，因此，对糙率的影响因素进行分析，对于提高流量的推算精度十分必要。
如前所述，在天然河道中，影响糙率的因素较多，既有河床方面的，也有水流方面的。
河床方面主要有河道断面的几何形状、河床组成、岸壁特征和水生植物等；水流方面主要有流速、流量、含沙量和水藻等。
复式河床的河槽和滩地，糙率不相同；不同季节河床的水生植物不同，糙率不相同；不同的水位流量，糙率不相同；不同的含沙量，糙率不相同；水流中有无水藻，糙率不相同。
由此可见，天然河道糙率是一个影响因素相当复杂，对流量推算又举足轻重的综合系数。
2.1 河床对糙率的影响1、选择适合于曼宁公式的河段曼宁公式要求天然河流应尽量符合恒定均匀流。
所以要求测验河段要顺直，河段内水流断面基本一致，且冲淤变化小。
测验河段须选择在顺直河段。
在测验断面上、下游6倍于河宽的河段内，弯曲部分与顺直部分的交角在20°以下者为顺直，在20°至70°之间者为缓弯，在90°左右者为急弯。
测验河段须选在交角20°以下的河段。
测验河段须选择在无扩散河段或无收缩河段。
在测验河段内，扩散角或收缩角（岸边线与水流方向线之交角）在15°以下者为无扩散段或无收缩段，在15°以上者为有扩散段或有收缩段。
测验河段须选在扩散角或收缩角小于15°的河段。
测验河段须选择在没有或较小冲淤变化的河段。
河段内，各断面的冲淤变化与汛前大断面比较，小于±3%者为冲淤变化较小，否则为较大。
测验河段须选在冲淤变化小于±3%的河段。
糙率计算公式
糙率计算公式糙率是水利学中一个挺重要的概念，它在水流计算中发挥着关键作用。
咱们今儿就来好好聊聊糙率计算公式。
糙率，简单说就是反映河渠、管道等边界表面粗糙程度对水流阻力影响的一个系数。
糙率越大，水流受到的阻力就越大，速度就越慢；反之，糙率越小，水流就更顺畅，速度更快。
那糙率计算公式到底是啥呢？常见的糙率计算公式有曼宁公式和巴甫洛夫斯基公式。
曼宁公式里，糙率 n 等于过水断面的面积 A 乘以水力半径 R 的 2/3 次方，再乘以坡度 S 的 1/2 次方，然后除以流速 V。
用式子写出来就是n = (A × R^(2/3) × S^(1/2)) / V 。
这个公式在计算明渠均匀流的时候用得比较多。
巴甫洛夫斯基公式相对复杂一点，n = 0.013[(1.0 + 0.013√R)/b]^0.13 。
这里面，R 是水力半径，b 是渠道底宽。
给您讲个我自己的经历吧。
有一次，我跟着一个水利工程队去实地考察一条灌溉渠道。
那渠道看起来挺破旧的，里面杂草丛生，壁面也坑坑洼洼。
我们要计算这条渠道的糙率，来评估它的输水能力。
大家拿着各种测量工具，忙得不亦乐乎。
我负责记录数据，一会儿量渠道的宽度，一会儿测水深，还得盯着流速仪的数据。
等把所有数据都收集齐了，回到办公室就开始用糙率计算公式来算。
那过程可真是费了不少劲，反复核对数据，生怕出错。
最后算出来的糙率挺高的，说明这渠道得好好修整修整，不然会影响灌溉效率。
在实际应用中，糙率的计算可没那么简单。
因为影响糙率的因素太多啦，像渠道的材料，是土渠还是混凝土渠；还有渠道的使用年限，时间长了，壁面磨损，糙率也会变化；甚至水里的杂质、水草都会对糙率产生影响。
所以啊，咱们在使用糙率计算公式的时候，一定要结合实际情况，多考虑各种因素。
不能生搬硬套公式，得灵活运用。
而且，为了得到更准确的糙率值，往往需要多次测量和计算，取平均值。
总之，糙率计算公式虽然看起来有点复杂，但只要咱们认真学习，多实践，就能掌握它，为水利工程的设计和管理提供有力的支持。
（完整版）糙率的计算和取值
糙率的计算不是很重要，一般对河流水位影响很小。
vr23i12用n值表示均匀流条件下阻力平方区内水流边界粗糙程度的经验系数它Байду номын сангаас映了河床组成的粗糙程度对水流的作用和影响
（完整版）糙率的计算和取值
我们通常是利用谢才—曼宁公式V= R2/3I1/2反求糙率n值，这是一个综合公式。谢才公式为：V=C V—流速C—谢才系数R—水力半径I—比降曼宁公式为：C= R1/6 n为糙率，C 、R同上。将曼宁公式C= R1/6代入谢才公式中得：V= R2/3I1/2 用n值表示均匀流条件下阻力平方区内水流边界粗糙程度的经验系数，它反映了河床组成的粗糙程度对水流的作用和影响。
天然河道糙率的探析
天然河道糙率的探析摘要：本文通过采用能量方程来考虑流速水头变化和扣除局部损失推求糙率，同时采用水面比降代入曼宁公式中，从实测资料中来反求糙率，两种方法进行对比分析，得出结论，符合糙率的涵义；经过分析，此方法应用于天然河道糙率的推求，具有一定作用。
关键词：能量方程；糙率推求；应用天然河道糙率是估算洪峰流量及在其他水文分析中的一个重要参数。
若不考虑水流流态和边界情况，一般用水面比降代入曼宁公式，用实测资料来反求，将一切影响水流的因素归并在内，以致分析的糙率缺乏规律，精度不高。
如何正确去理解糙率的实质及影响它的因素，并根据不同流态和水流边界条件，采用恰当的方法来分析，是本文所要探讨的。
1、河道糙率的涵义和影响它的因素糙率就其原义来讲，是衡量河道边壁粗糙程度对水流影响的一个系数。
从水流运动来看水流向前推动，能量不断损失，一般又可分为沿程损失和局部阻力损失。
沿程损失决定于水流边界粗糙程度和流态，对于天然河流来讲，都属于充分紊流。
在此条件下，沿程损失只与相对糙率有关。
水流周界表面越粗糙，沿程损失越大，反之则小。
以此衡量河流床壁粗糙程度对水流影响的糙率，实质上是反映沿程摩阻损失的一个系数。
至于把过水断面形状、大小和底坡沿程变化，以及深潭、急滩、弯道等等造成的局部损失，与沿程损失合并来求糙率，结果不但使糙率涵义不清，分析成果关系往往散乱，精度低。
且因各个河段情况不一，无一定规律可循，给综合归纳和实际引用带来很多困难。
因此不宜用这种合并处理的方法来分析糙率。
影响糙率的因素，主要是床壁材料的组成（如泥沙、卵石、天然岩石），以及各种材料的粗细构成，床壁表面平整程度，包括植物生长情况等。
关于水深对糙率的影响，尚有争议，不过一般来说，低水位时水深小，床面凹凸度占水深比例相对较大，对水流影响也大。
另外阻力大小跟水流与河床的接触面有关。
在同一断面中，水位低多属于宽浅式河槽，接触面积相对较大。
但随着水深的增加，湿周的增率是逐渐减小的，或者趋于不变。
梅江流域河道糙率浅析
２ ０ １ ３年 ８月
广 东 水 利 水 电
ＧＵ ＡＮＧＤ ０Ｎ（ Ｗ Ａ Ｔ ＥＲ Ｒ ＥＳ ＯＵＲ ＣＥ Ｓ Ａ ＮＤ ＨＹＤ ＲＯＰ Ｏ ＷＥ Ｒ
梅 江 流域 河 道 糙 率 浅析
陈志勇
（ 广 东省水 文局梅 州 水文分 局 ，广 东 梅 州 ５ １ ４ ０ ２ １ ）
１ ． ２ 糙率 曲线 南于河道 中 的各 种 影 响 素 不 仅 沿 程 可 能变 化 ，
与水 利 Ｔ程 建设等 有 着 十 分重 要 的意 义 。天 然河 道 洪
水 波的 附加 比降值 与天然 河 道 在稳 定 流 情 况 下 的 比降
一
一
般要 大 儿倍 到 几倍 ，洪 水 波 波前 的附 加 比降大 于
关 键 词 ：糙 率 ；梅 江 流 域 ；洪 水 洪峰 流 量 中 图分 类 号 ：＿ ｒ Ｖ １ ４ ３ ． ５ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：ｌ ０ ０ ８～Ｏ ｌ ｌ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８— ０ ０ ２ ０— ０ ５
大 然河道 的糙 率 是衡 量 河 床及 岸壁 形 状 不 规 则 及 粗糙 程 度对水 流 阻力 影 响 的 一个综 合性 系数 ，它 冈河 床 、岸壁 的粗 糙 程 度 、河道 断 面形 状 、床 面 、岸 壁地 质特性 、水 流流 态 及 含沙 量 等 的不 同而 ｌ 不 同 。 由于影 响糙率 的 『 大 】 素 众 多 ，复 杂 多 变 ，在 Ｔ 程 实 践 过 程 中 ， 虽有 － ． ｔ ｌ － Ｌ ： 经 验公 式 或 图表 可 奄 ，但 往往 在很 大 程 度 依赖 于技 术人 员的 Ｔ 程经 验 ，而不 同流 域 域 的计 算 流量 成果 可能 ｆ ｛ ｊ 现 偏 差 ，影 响 流 量结 果 的真 值 。 【 大 Ｉ 此 有必要 对 特定 流域 的河道 糙 率 进 行 深入 研 究 ，慎 重 选
黄河河口段河道糙率计算方法
黄河河口段河道糙率计算方法作者：王万战张世安 Jeffrey A Nittrouer来源：《人民黄河》2018年第12期摘要：為了克服固定糙率法低估小流量水位的缺点，基于黄河口利津站糙率一流速实测资料，回归分析得出了糙率（曼宁系数）计算公式及河道参数a的计算式。
通过一维数学模型模拟发现，在枯水期、非枯水期参数a值分别采用枯水期参数a的平均值、全年平均值时，得出的动态糙率可较好地模拟小流量和大流量水位。
参数a与主槽内嫩滩附近地形有较密切的对应关系，可采用在嫩滩上、下附近取特征水位，进而计算其对应的水力半径、比降的方法来估算非枯水期、枯水期的参数a值。
利津一口门床面形态在较大流量时多为动平整，对应的糙率较小，在糙率变化区间的下界0.01附近变化;流量较小时床面形态多为沙垄，对应的糙率较大，糙率在接近其上界0.035附近变化。
在黄河口河道，影响糙率的主要因素是流速和河道水力半径，床沙粒径对糙率影响较小。
关键词：小流量;水位;水力半径;流速;一维水动力模型;主槽糙率;黄河口中图分类号，TV856;TV882.1 文献标志码：A河流阻力问题一直是水利部门最为关心的问题之一。
水利部门常用曼宁系数（n）表示糙率。
存在的问题是国内外对n进行取值或计算时考虑的影响因素差别很大，如河道形态、河床泥沙级配、植被等[1-3]。
因此，影响糙率n的主要因素是什么？有哪些因素影响其在不同的年份、河段发生变化？本文以黄河河口河段（利津-口门）一维水动力模拟为例，对糙率的变化规律进行分析研究。
1 研究方法1.1 基本方程利用一维水动力模型模拟利津-口门河段的水流，其基本方程包括连续方程和圣维南方程：式中：Q为流量，m3/s;q为侧向入流，m3/s;A为过水断面面积，m2;H为水位，m;R为水力半径，m;α为动量修正系数;C为谢才系数，C=;g为重力加速度。
1.2 糙率n的计算公式利用利津水文站实测资料点绘了主槽糙率与水深h的关系，利用此关系进行了大量模拟，发现使用糙率n与h的相关关系式时模拟效果较差。
黄河河口段河道糙率计算方法
㊀收稿日期：２０１８－０４－１７㊀基金项目：国家重点研发计划项目（２０１７ＹＦＣ０４０５５０１）；黄河水利科学研究院基本科研业务费专项（ＨＫＹ－ＪＢＹＷ－２０１７－１８，ＨＫＹ－ＪＢＹＷ－２０１６－２７）；水利部黄河泥沙重点实验室开放课题基金资助项目（２０１５００２）㊂㊀作者简介：王万战（１９６５ ），男，河南郑州人，高级工程师（教授级），硕士，主要从事河口海岸港口工程和三角洲生态恢复㊁防洪㊁防潮等研究工作㊂㊀Ｅ⁃ｍａｉｌ：８３４５８４２５４＠ｑｑ．ｃｏｍʌ水文泥沙ɔ黄河河口段河道糙率计算方法王万战１，２，张世安１，２，ＪｅｆｆｒｅｙＡＮｉｔｔｒｏｕｅｒ３（１．黄河水利科学研究院，河南郑州４５０００３；２．华北水利水电大学水利学院，河南郑州４５００４５；３．莱斯大学地球科学学院，德克萨斯州休斯顿ＴＸ７７００５－１８９２）摘㊀要：为了克服固定糙率法低估小流量水位的缺点，基于黄河口利津站糙率 流速实测资料，回归分析得出了糙率（曼宁系数）计算公式及河道参数ａ的计算式㊂通过一维数学模型模拟发现，在枯水期㊁非枯水期参数ａ值分别采用枯水期参数ａ的平均值㊁全年平均值时，得出的动态糙率可较好地模拟小流量和大流量水位㊂参数ａ与主槽内嫩滩附近地形有较密切的对应关系，可采用在嫩滩上㊁下附近取特征水位，进而计算其对应的水力半径㊁比降的方法来估算非枯水期㊁枯水期的参数ａ值㊂利津 口门床面形态在较大流量时多为动平整，对应的糙率较小，在糙率变化区间的下界０．０１附近变化；流量较小时床面形态多为沙垄，对应的糙率较大，糙率在接近其上界０．０３５附近变化㊂在黄河口河道，影响糙率的主要因素是流速和河道水力半径，床沙粒径对糙率影响较小㊂关键词：小流量；水位；水力半径；流速；一维水动力模型；主槽糙率；黄河口中图分类号：ＴＶ８５６；ＴＶ８８２．１㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０１８．１２．００２㊀ＡＦｏｒｍｕｌａｆｏｒＣｈａｎｎｅｌＲｏｕｇｈｎｅｓｓｆｏｒｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＥｓｔｕａｒｙＷＡＮＧＷａｎｚｈａｎ１，２，ＺＨＡＮＧＳｈｉａｎ１，２，ＪｅｆｆｒｅｙＡＮｉｔｔｒｏｕｅｒ３（１．ＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００３，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００４５，Ｃｈｉｎａ；３．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅ，ＲｉｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨｏｕｓｔｏｎＴＸ７７００５－１８９２，ＵＳＡ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｔｈｅｕｎｄｅｒｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｆｏｒｌｏｗｆｌｏｗｒａｔｅｓｆｏｒａｃｏｎｓｔａｎｔＭａｎｎｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔａｕｔｈｏｒｓｕｓｅｄｔｈｅｄａｔａｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙ（ｖ）ａｎｄＭａｎｎｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ（ｎ）ｍｅａｓｕｒｅｄｉｎｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｅｓｔｕａｒｉｎｅｃｈａｎｎｅｌｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｎｅｗｆｏｒｍｕｌａｆｏｒｃｈａｎｎｅｌｒｏｕｇｈｎｅｓｓｆｏｒｔｈｅｅｓｔｕａｒｙ，ｗｈｉｃｈｔａｋｅｓｔｈｅｆｏｒｍｏｆｎ＝ａｖ－１，ａ＝Ｒ２／３Ｊ１／２ｔａｋｅｎａｓａｃｏｎｓｔａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｏｖｅｒａｃｅｒｔａｉｎｐｅｒｉｏｄ．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒ（ａ）ｉｓｆｏｕｎｄｔｏｍａｋｅｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎｔｈｅｌｏｗｆｌｏｗｓｅａｓｏｎａｎｄｔｈｅｎｏｎ⁃ｌｏｗｆｌｏｗｓｅａｓｏｎｍａｔｃｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｏｎｅｓｗｅｌｌｗｈｅｎｉｔｉｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅａｖｅｒａｇｅｏｆｔｈｅｄａｉｌｙｖａｌｕｅｓｏｖｅｒｔｈｅｌｏｗｆｌｏｗｓｅａｓｏｎａｎｄｏｖｅｒｏｎｅｙｅａｒｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒ（ａ）ｃｏｕｌｄｂｅｅａｓｉｌｙｅｓｔｉｍａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｓｎｅａｒｔｈｅｌｏｗｆｌｏｗｆｌｏｏｄｐｌａｉｎｗｉｔｈｉｎｔｈｅｃｈａｎｎｅｌ．Ｂｅｄｆｏｒｍｉｎｔｈｅａｂｏｕｔ１０８ｋｍｃｈａｎｎｅｌｆｒｏｍＬｉｊｉｎｔｏｔｈｅｒｉｖｅｒｍｏｕｔｈｔｅｎｄｓｔｏｂｅｐｌａｎｅｂｅｄｆｏｒｌａｒｇｅｒｆｌｏｗｒａｔｅｓ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎＭａｎｎｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｖａｒｙｉｎｇｎｅａｒｔｈｅｌｏｗｅｒｂｏｕｎｄｏｆ０．０１ｗｈｉｌｅｉｔｔｅｎｄｓｔｏｂｅｄｕｎｅｓｆｏｒｓｍａｌｌｅｒｆｌｏｗｒａｔｅｓ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｉｔｃｈａｎｇｉｎｇｎｅａｒｔｈｅｕｐｐｅｒｂｏｕｎｄｏｆ０．０３５．ＴｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｆａｃｔｏｒｓｆｏｒＭａｎｎｉｎｇｃｏｆｆｉ⁃ｃｉｅｎｔａｒｅｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｒａｄｉｕｓｗｉｔｈｔｈｅｓｉｚｅｓｏｆｂｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｅｓｔｕａｒｉｎｅｃｈａｎｎｅｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗｆｌｏｗｒａｔｅ；ｗａｔｅｒｌｅｖｅｌ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃｒａｄｉｕｓ；ｖｅｌｏｃｉｔｙ；ｏｎｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌ；ｃｈａｎｎｅｌｒｏｕｇｈｎｅｓｓ；ＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｅｓｔｕａｒｙ㊀㊀河流阻力问题一直是水利部门最为关心的问题之一㊂水利部门常用曼宁系数（ｎ）表示糙率㊂存在的问题是国内外对ｎ进行取值或计算时考虑的影响因素差别很大，如河道形态㊁河床泥沙级配㊁植被等［１－３］㊂因此，影响糙率ｎ的主要因素是什么？有哪些因素影响其在不同的年份㊁河段发生变化？本文以黄河河口河段（利津 口门）一维水动力模拟为例，对糙率的变化规律进行分析研究㊂１㊀研究方法１．１㊀基本方程利用一维水动力模型模拟利津 口门河段的水流，其基本方程包括连续方程和圣维南方程：∂Ｑ∂ｘ＋∂Ａ∂ｔ＝ｑ∂Ｑ∂ｔ＋∂（αＱ２Ａ）∂ｘ＋ｇＡ∂Ｈ∂ｘ＋ｇＱ｜Ｑ｜Ｃ２ＡＲ＝０式中：Ｑ为流量，ｍ３／ｓ；ｑ为侧向入流，ｍ３／ｓ；Ａ为过水断㊃４㊃第４０卷第１２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀人㊀民㊀黄㊀河㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．１２㊀㊀２０１８年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＹＥＬＬＯＷ㊀ＲＩＶＥＲ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｄｅｃ．，２０１８㊀㊀面面积，ｍ２；Ｈ为水位，ｍ；Ｒ为水力半径，ｍ；α为动量修正系数；Ｃ为谢才系数，Ｃ＝６Ｒ／ｎ；ｇ为重力加速度㊂１．２㊀糙率ｎ的计算公式利用利津水文站实测资料点绘了主槽糙率与水深ｈ的关系，利用此关系进行了大量模拟，发现使用糙率ｎ与ｈ的相关关系式时模拟效果较差㊂点绘糙率ｎ与主槽平均流速ｖ的关系（见图１），可知ｎ＝ａｖｂ㊀（０．０１ɤｎɤ０．０３５）（１）式中：ｂ＝－１；ａ＝Ｒ２／３Ｊ１／２，Ｊ为比降㊂图１㊀糙率ｎ与主槽平均流速ｖ的关系ｎ的确定不仅与流速ｖ有关，而且还与水力半径Ｒ和比降Ｊ有关，后者可通过实测大断面和水位资料获得，此方法通过参数ａ把Ｒ㊁Ｊ与ｖ分开，避免了单纯依靠经验率定参数的缺陷㊂１．３㊀模型介绍及参数确定本文模拟了１９９０年和２００５年利津 口门段的水流㊂河道平面形态㊁横断面㊁水文站㊁水位站等见图２（其中１ ４０为断面编号）㊂受河道演变影响，每个断面里程在不同的年份有所不同，但差别不大㊂１９９０年㊁２００５年利津 口门段河长分别为１０９．６㊁１０７．１ｋｍ㊂进口和出口边界条件：利津为进口边界，以其流量过程作为进口边界条件，图３为１９９０年㊁２００５年３ １１月流量过程线，１９９０年㊁２００５年洪峰流量分别为３５１０㊁２９５０ｍ３／ｓ；出口边界设在口门处，用口门处海平面作为边界条件㊂图２㊀利津 口门河势㊁断面和水位站㊀㊀初始河道边界：采用１９９０年㊁２００５年汛前河道统测大断面作为初始边界，暂不计算年内河床变化㊂１９９０年㊁２００５年模拟河段分别有１７㊁４０个断面，平均断面间距分别为６．４４㊁２．５５ｋｍ，断面位置见图２㊂２００５年典型断面分别见图４㊁图５（高程为大沽高程）㊂图３㊀１９９０年㊁２００５年利津站流量变化过程线图４㊀２００５年利津断面图５㊀２００５年一号坝断面㊀㊀水位验证站：利津㊁一号坝㊁西河口有长期水位观测资料，王家庄㊁十八公里㊁丁字路口等有短时段水位观测资料㊂实测水位资料用于水面比降㊁水力半径计算和与模拟水位对比分析㊂糙率分别采用固定糙率法和式（１）计算值㊂在使用固定糙率法时，利津 口门段糙率取０．０１㊂使用式（１）时，依据逐日沿程水位站实测水位求出断面的水力半径（Ｒ）和比降（Ｊ），进而求出参数ａ㊂１９９０年㊁２００５年利津站参数ａ的年内变化范围分别为０．０１２０．０２０㊁０．０１２ ０．０２２（见图６）㊂进行数值模拟时，参数ａ取固定值，分别采用３种情形：取全年平均值㊁取枯水期平均值㊁取非枯水期平均值㊂不考虑冰凌较多的１２月 次年２月，２００５年调水调沙前的３ ６月作为㊃５㊃枯水期，此后作为非枯水期㊂２００５年利津断面参数ａ在枯水期和非枯水期的平均值分别为０．０１４８㊁０．０１６１，１９９０年利津断面参数ａ在枯水期和非枯水期的平均值分别为０．０１５９㊁０．０１６９㊂用同样的方法求出其他断面在枯水期和非枯水期的平均值，见图７㊂用全年㊁枯水期和非枯水期参数ａ的平均值分别模拟２００５年和１９９０年的水流过程㊂图６㊀２００５年利津参数ａ值变化情况图７㊀参数ａ三种平均值沿程变化２㊀不同参数取法对模拟水位的验证与分析２．１㊀参数ａ取年平均值时水位验证使用上述边界条件㊁参数ａ等，按照模型的稳定性要求，选择模拟时间步长（３０ｓ），分别模拟１９９０年和２００５年的水流情况（见图８㊁图９，水位为大沽高程），可知：（１）固定糙率法和基于式（１）的动态糙率法在洪峰期间（仅存在于非枯水期）的模拟水位和实测水位基本相同㊂此期间动态糙率法计算得出的糙率为０．０１，与固定糙率法的取值相同㊂（２）采用固定糙率法时，在洪峰前后的小流量时期，模拟水位明显低于实测水位，差值最大为１．３ｍ㊂使用动态糙率法时小流量水位过程线与实测值分两种情形：①在非枯水期，小流量过程模拟水位改善明显，与实测水位过程基本相符，此时期糙率明显大于０．０１，但是大多数时间小于０．０３５㊂②在枯水期（见图９），基于动态糙率法模拟得出的利津和西河口小流量水位与实测值基本接近，而其他断面例如王家庄㊁一号坝㊁丁字路口的水位明显高于实测值，但是此时对应的糙率值在大部分时间已经达到最大（０．０３５），考虑到参数ａ的年平均值大于枯水期平均值，说明在枯水期参数ａ采用年平均值时计算的糙率过大，参数ａ取年均值不合适，应尝试采用较小的ａ值，例如取枯水期的平均值㊂图８㊀１９９０年非枯水期参数ａ取年平均值时典型水位站水位㊁动态糙率㊁床面形态过程线２．２㊀参数ａ取枯水期平均值时水位验证参数ａ取枯水期平均值时，按照上述方法进行模拟，结果见图９，可知：㊃６㊃图９㊀２００５年典型水位站水位㊁动态糙率㊁床面形态过程线（１）枯水期㊂利津站水位变化不大㊂随着参数ａ变小，除了５月底 ６月初糙率明显减小㊁水位下降较大外，大部分时间糙率由原来的０．０３５转变为０．０３５ ０．０３０，利津站水位稍有下降，整体变化不大，即参数调整后利津站计算水位过程仍与实测值基本相符㊂但是，西河口站糙率明显减小，水位有所下降，不过仍比固定糙率（０．０１）的计算误差小㊂王家庄㊁一号坝模拟水位过程改善明显㊂随着参数ａ变小，在枯水期除了５月底 ６月初糙率明显减小㊁水位下降过大外，大部分时间两站糙率明显减小，水位明显降低，与实测值基本相符㊂丁字路口模拟水位有所改善㊂随着参数ａ变小，大部分时间糙率减幅较小，糙率稍微低于临界值（０．０３５），水位降幅较小，仍高于实测值㊂５月底 ６月初糙率明显减小，水位降低到与实测值基本相符的程度㊂总体来讲，参数ａ采用枯水期平均值，比采用年平均值的模拟效果有所改善㊂（２）非枯水期㊂利津㊁王家庄㊁一号坝㊁西河口㊁丁字路口站参数ａ变小后，洪峰时段糙率仍处于临界值（０．０１），计算水位没有变化，仍与实测值基本相符㊂但是，小流量过程的糙率明显减小，水位低于实测值的幅度更大㊂总之，参数ａ采用枯水期平均值时，枯水期水位模拟值与实测值基本相符，但是非枯水期小流量水位过程误差较大㊂２．３㊀参数ａ取非枯水期平均值时水位验证参数ａ的非枯水期平均值明显高于年平均值，模拟结果见图９，可知：（１）在非枯水期的洪峰时段计算的动态糙率仍然为０．０１，因此洪峰时段水位基本没有变化，与实测水位基本相符㊂在非枯水期的其他小流量时段，糙率明显增大，甚至达到临界值０．０３５，因此大部分时段水位升高，明显高于实测值㊂（２）在枯水期，由于参数ａ取年平均值时糙率在大部分时段已经达到了临界值０．０３５，因此在枯水期取更大的ａ时糙率大部分仍是临界值０．０３５，计算水位与参数ａ取年平均值时的计算水位相比没有明显变化㊂综上可知，在枯水期，参数ａ取枯水期平均值能较好地模拟枯水期的水位过程；在非枯水期，参数ａ取年平均值能较好地模拟非枯水期的洪峰和小流量时段的水位过程㊂３㊀参数ａ的简便取法为了满足生产中洪水预报的需要，笔者进一步研究了参数ａ的简便取法㊂把图６参数ａ逐日值与年均值相等或相近的日期挑选出来，画出对应的水位线于各自的断面上（见图４㊁图５），发现这些水位线平交于断面主槽 嫩滩（或称一级滩地） 偏上附近，即图４㊁图５中特征水位１附近，此线以下为枯水河槽㊂此嫩滩枯水时出露㊁大水时被淹没，无植被生长㊂用同样的方法，求出对应于枯水期平均值的水位，画于各自的断面上（见图４㊁图５），可见枯水期的特征水位２低于嫩滩㊂所以取对应于嫩滩上㊁下的特征水位，计算对应的水力半径和比降，就能比较容易地估算出非枯水期㊁枯水期的参数ａ值㊂㊃７㊃４㊀糙率的影响因素分析从式（１）可知，曼宁系数（ｎ）的主要影响因素是流速和参数ａ㊂４．１㊀水力半径参数ａ由水力半径和比降组成㊂研究发现，比降随流量变化较小［４－５］，参数ａ的变化主要受水力半径的影响㊂从图７可知，２００５年路家庄㊁清２断面的参数ａ值明显大于各自上下游附近断面的ａ值，两者之间的河段参数ａ值明显偏小，呈现 两头大㊁中间小 的特征㊂１９９０年也有类似特征，但是由于１９９０年测验断面较少，因此参数ａ最大值的位置与２００５年稍有不同㊂在同样的流速条件下，ａ值的大或小意味着糙率可能较大或较小㊂４．２㊀床面形态Ｓｉｍｏｎｓ－Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ床面形态判别图的纵轴为水流功率，其等于剪切力乘以平均流速，横轴为床沙粒径［６］，利津 口门床沙粒径呈现时空变化特征，其中１９９０年㊁２００５年利津床沙中值粒径为０．０４６ ０．０９４ｍｍ㊂分别计算１９９０年和２００５年枯水期和非枯水期利津以下各断面逐日水流功率，根据相应的床沙粒径，结合床面形态判别图，得出各断面床面形态随时间的变化图（见图８㊁图９）㊂由图８㊁图９可知，在非枯水期洪峰和其他较大流量时段，床面形态多为动平整，此时段对应的糙率较小，在０．０１附近变化；流量较小时，床面形态多为沙垄，偶有沙纹出现，对应的糙率较大，在０．０３５附近变化㊂Ｓｉｍｏｎｓ－Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ床面形态判别图反映出在床沙粒径为０．１ ０．２ｍｍ时，床面形态主要对水流功率变化敏感，而对此范围的床沙粒径变化不敏感㊂因此，在黄河河口，河道糙率与流速㊁河道水力半径㊁泥沙粒径和河床互相作用，互相影响，其中粒径大小对糙率的影响较小㊂５㊀结㊀论（１）基于黄河口利津站糙率 流速实测资料，回归得出了流量小于平摊流量时期的糙率计算公式ｎ＝ａｖ－１，河道参数ａ＝Ｒ２／３Ｊ１／２㊂通过一维数学模型模拟发现，在枯水期㊁非枯水期参数ａ值分别采用枯水期参数ａ的平均值㊁全年平均值时，得出的动态糙率不仅能较好地模拟洪峰时段的水位，而且能模拟小流量时的水位过程，克服了固定糙率法低估小流量水位过程的缺点㊂（２）河道参数ａ与主槽内嫩滩附近地形有较密切的关系，可用于在嫩滩上㊁下附近分别取其特征水位，进而计算其对应的水力半径㊁比降来估算非枯水期㊁枯水期的参数ａ值㊂（３）在本文提出的糙率计算方法中，糙率主要与流速和水力半径有关，更重要的是参数ａ把河道水力半径㊁比降与流速分开，能反映不同年份河道变化对糙率的影响㊂粒径大小对糙率的影响较小㊂（４）利津 口门床面形态在较大流量时多为动平整，对应的糙率较小，糙率在其变化区间的下界０．０１附近变化㊂流量较小时床面形态多为沙垄，对应的糙率较大，在上界０．０３５附近变化㊂本文提出的动态糙率计算公式初步考虑了流速㊁水力半径等因素，今后还需要进行大量的模拟验证，以确定是否还应加入其他因素㊂参考文献：［１］㊀杨振怀．中国水利百科全书［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００４：１４２．［２］㊀李炜．水力计算手册［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００６：４５．［３］㊀ＪＯＮＡＴＨＡＮＭＮ．ＲｏｕｇｈｎｅｓｓＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＮｅｗＺｅａｌａｎｄＲｉｖｅｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１，１２７（６）：５２６－５２７．［４］㊀ＲＯＳＧＥＮＤ．ＡｐｐｌｉｅｄＲｉｖｅｒＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙ［Ｍ］．２ｎｄｅｄ．Ｍｉｎｎｅ⁃ａｐｏｌｉｓ：ＰｒｉｎｔｅｄＭｅｄｉａＣｏｍｐａｎｉｅｓ，１９９６：８－２０．［５］㊀ＬＥＯＰＯＬＤＢＬ，ＷＯＬＭＡＮＧＭ，ＭＩＬＬＥＲＰＪ．ＦｌｕｖｉａｌＰｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎＧｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ（ＤｏｖｅｒＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅ）［Ｍ］．［Ｓ．ｌ．］：［ｓ．ｎ．］，１９９５：５２２．［６］㊀ＲＩＣＨＡＲＤＳＯＮＥＶ，ＳＩＭＯＮＳＤＢ．ＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏＦｌｏｗｉｎＡｌｌｕｖｉａｌＣｈａｎｎｅｌｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＨｙｄｒａｕｌｉｃｓＤｉｖｉｓｉｏｎ，１９６６，８６：７３－９９．ʌ责任编辑㊀翟戌亮ɔ㊃８㊃。
浅析巴普洛夫公式计算天然河道糙率
倒 马 关 （ ）站 水 位 流 量 关 系 曲 线 为 单 一 线 ，故 在 此 不 二 考 虑 加速 比 降 ；在 观 测 比 降 水位 的 时 ，又 并 未 对 比 降 过 水 断 面进 行 流速 测 量 ，忽 略 局 部 水 头 损 失 ，即 将 天 然 河 道 水 流 视
５√ ７ ｆ ｝
曼宁公式 ： 。 Ｒ ‘ 。 式 中 ：ｎ为 糙 率 ，其 它 符号 与公 式 （ ） 同 。 １
二 、倒 马 关 水 文 站 简 介
（） ３
河 北省 保 定 倒 马 关水 文 站 位 于 海 河 流 域 大 清 河 水 系 唐 河
支流 卜， 国 家 基 本 水 文站 、山 区代 表 站 。ｌ ５ 足 ９ ５建 站 ，１ ６ ９６ 年 断面 上 ，改 倒 码 关 （ ） 站 。 根 据 河 北 省 水 文 局 测 验 任 迁 一
作恒定均匀流 。 三 、糙 率 计 算
才 公 式 汁算 出所 求水 位 对 应 的断 面 流 量 。谢 才 公 式 即 ：
＝
ＣＡ√
（） １
式 中 ：Ｑ一 流量 ，ｍ 。ｓ — — 才 系 数 ；Ａ 过 水 断面 面 ／ ；Ｃ 一 积 ，ｍ ；Ｒ 水 力 半 径 ，ｍ ；Ｊ 水力 梯 度 。 一 一 对 ｌ与谢 才 系数 ｃ 密 切 相 关 的 糙率 ｎ，一 般 采 用 经 验 公 ：
摘
要 ： 用 巴普 洛夫 公 式 计 算 天 然 河 道 糙 率 ，对 同河 道 断 面的 实 测 流量 、曼 宁公 式计 算 的流 量 、 巴普 洛 夫 公 式 计算
的 流量 进 行 分析 比较 。结 论 表 明在 山 区河 道 计 算 糙 率 时 ， 巴普 洛 夫 公 式 是适 用 的 。 用 巴普 洛 夫 公 式 计算 的流 量 的精 确 度 与 曼宁 公 式计 算 的流 量 的精 确 度 相 近 ； 巴普 洛 夫公 式 呵做 为 比降 一 面 积 法 测 流 的 计 算公 式 。 关键 词 ：天 然 河 道 糙 率 ；谢 才 公 式 ；曼 宁 公 式 ；巴普 洛 夫公 式 中 图 分 类 号 ：Ｔ ｌ３ Ｖ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ： １０ — ９ ３ （ ０ ）０ — １ ２ Ｏ ０ ６７７ ２ １ ２ ３ ０ 一 ２ １
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浅析河道糙率的算法
作者：徐观兵
来源：《城市地理》2016年第05期
摘要：河道糙率是回水计算的关键参数，对河道治理、水利建设中的输水损失、防汛抢险中的洪水演算至关重要。
水库淤积后糙率将随着变化，因此选用适当的糙率算法，是库区回水计算十分关键的一步，对水库淤积后沿程水位确定、城市防洪安全、堤防设计高程拟定、水库防洪库容计算等均具有直接影响。
关键词：河道糙率；水库淤积；回水计算
1引言
河道糙率是反映河床表面粗糙程度的重要水力参数，受众多因素影响，包括岸壁和河床等的粗糙程度，断面形状，河床表面、河道岸壁等的地质特性，水流的流态以及含沙量等。
这些因素的变化情况，都与河流的特性不同，即使是同一条河流的上、中、下游各处，乃至同一河段的不同水深时也是不一样，其值很难精确求得，然而基本的公式法和查表法得出的具体值并不能满足水力的计算要求，因此是否选择合理的方法来计算糙率将会直接影响计算结果的正确性和合理性。
通常情况下，如果河流的河床和边壁等组成情况没有特别改变，那么，糙率大小的变化趋势将会是随着河道水深的增加而递减，直到某一水位，糙率才稳定不变。
对一般的河道而言，不同水位下的各种水力特性往往不同，比如边壁特性、植物生长、河床质组成等情况都不一致，不同水位下的河段平均粗糙程度也有所不同，水深通常可以间接反映这种变化。
糙率是一个综合的阻力系数，受多方面的因素影响，包括河道的几何形状、水力条件、甚至包括比降观测、水深、流速等各项数据的测量误差。
糙率的计算是否合理正确、将对洪水演算产生较大的影响。
研究表明，糙率也是一个相当敏感的参数。
因此，考虑糙率随水位流量变化是有必要的。
2糙率算法
2.1查表估值法
所谓查表估值法，是指在缺乏实测资料的情况下，结合河道特征，参照相似河道的糙率，再根据河床粗糙程度的特征，通过查询天然河道的糙率表得出糙率。
该方法没有考虑局部阻力，仅反映切应力对水流的阻力。
此时虽然有图表可查，但很大程度上依赖于技术人员的工程经验，因此查表估值法有一定的误差性，所以要慎重选择。
2.2水力学推算法
当河道有实测资料时，可应用水力学推算法来计算糙率。
水力学推算法是指利用河道实测水文资料推算糙率。
将水力学推算法应用到特定河段时，需要预先判断水流的流态。
当流态为
恒定均匀流时，则应用谢才曼宁公式来推算糙率；当流态为渐变流时，则利用该河段实测资料的平均值来推算糙率初值，再利用反复推算水面线的方法来推算糙率值，直至符合计算需求。
2.3反求糙率精度法
反求糙率精度法是指通过将实测的相关资料代入曼宁公式来反求糙率。
在天然河流中的水流通常是处于一个非恒定流的状态。
而曼宁公式的推导却是在近似于均匀流的水流流态下进行的。
因此，在观测水面比降的时候，应选择在水流流态短时内处于平稳状态时进行观测，或者在洪水涨落时，短时间内出现峰顶时进行观测，利用这种方式观测出来的比降资料通过曼宁公式才能较准确地对糙率进行计算。
水文站在勘选断面时，应当避免选择那些会出现深潭、弯道及形状急剧变化等的断面。
选择合适的断面进行观测，可以减少局部能量损失，甚至可以忽略局部能量的损失。
从而使得在计算糙率的时候，可以直接使用曼宁公式通过水面比降将糙率反求出来。
3糙率算法修正办法
3.1糙率参数反问题修正法
通常，由糙率公式法推算出来的糙率不能直接应用到天然河道中的计算，因为由糙率公式推算出来的糙率与用洪水资料推算出来的糙率存在差异。
天然河流在计算糙率过程中所选用的糙率系数n是一个相对比较综合的阻力系数，既反应了周界粗糙程度，也反应出河道断面的形状、水流的流态以及水力条件等的变化。
在糙率计算中，应用手工调试的方法来率定断面的糙率存在明显的弊端。
当河网规模比较大且复杂时，应用手工调试的方法来率定糙率的工作量会变得非常巨大，同时伴有很大的随机性。
为克服这些弊端，可将各级糙率的率定提为反问题中的参数问题，采用优化方法率定糙率，有效地节省了工作量与工作时间，同时还能提高准确率。
3.2综合计算糙率法
所谓综合计算糙率法是指利用局部能量损失系数以及反映切应力的糙率参数综合计算糙率的方法。
但，利用该方法的前提是假设局部能量损失在计算子河段内是均匀分配，且不影响计算断面的计算水位值。
因为在天然河道中水流的流态往往是非恒定流，恒定流出现的时间和概率均较小。
天然河流中，沿程水深和流速通常是不断变化，使得天然河流的流态往往形成恒定非均匀流。
因此，在考虑能量损失时，应当把局部能量损失也考虑进去。
需要用能量方程来代替曼宁公式来确定糙率。
总结：随着大量水库的运行使用，泥沙淤积也随之发展，造成了水库库容的损失，大大降低了水库的综合效益，还会产生一系列严重影响，因此准确预测河道的糙率，尤其成库后的综合糙率，对河道的各种水力、泥沙冲淤和排沙的准确计算有着重要意义。
以往针对水库淤积糙
率的研究主要采用半理论半经验方式、或采用淤积初步平衡其他类似河段参考等方式进行确定，为了克服这种弊端，部分研究人员提出了一些新方法来推算糙率，以期得到更加准确和合理的结果。
以此同时，对糙率进行了修正研究，还能提高精度，减小糙率对模拟结果产生的影响。