天然河道水面线推算方法及基本参数的分析

天然河道水面线推算方法及基本参数的分析
天然河道水面线推算是河道防洪规划和整治建设工作的基础，是河道堤防工程设计的依据，水面线推算的合理性和科学性对水利工程的投资有直接的影响。

本文主要介绍天然河道水面线的计算方法及基本参数的选取原则，为今后相关工程水力计算作参考。

标签：天然河道；水面线推算；基本参数分析
1、天然河道水面线计算公式
天然河道因其断面几何尺寸、坡度、粗糙系数一般沿程均会发生变化，水流一般为非均匀流。

水面线计算主要理论依据是伯努利能量守恒方程，从下游向上游断面逐段推算水位，最终得出整个河段的水面线。

基本方程式如下：
2、天然河道水面线计算中参数的确定
水面线计算中参数确定很重要，关系到计算结果的准确性，如糙率、比降均沿流程都有变化，而要准确确定参数，就必须尽可能的收集水文、泥沙、断面及河道地形等基础资料，包括历史洪水调查资料。

2.1河道糙率确定
河道糙率是反应河流阻力的一个综合性系数，也是衡量河流能量损失大小的一个特征量，它是水流与河槽相互相互作用的产物。

所以影响河道糙率的因素有河槽方面也有水流方面，但两者相互作用，相互影响，无明显的划分界限。

河槽边壁及河床粗糙程度，滩地植被，河槽纵横形态、水位的高低变化等是主要因素。

天然河道水面线计算糙率的确定主要有两种方法：一是有实测资料时，可采用河段附近现状河道纵横断面资料反推综合糙率；二是无实测资料时可根据河道现状平面形态、河床组成、床面及滩地植被情况，参照《水力计算手册》和以往同类工程确定，偏重于安全考虑，在河道整治工作中糙率适当选小些，在防洪规划中适当大一些。

2.2起推断面与起推水位的确定
一是水流为缓流时起推断面一般选在推算河段下游，急流时选在上游；二是附近下游有水文站时以水文站为起推断面，依据实测水位资料分析不同标准洪水位，当缺乏高标准的水位流量关系时可适当将水位流量关系外延；三是附近下游有调查的历史洪水的水位流量关系时可以采用均匀法求调查断面近似的水位流量关系，从而确定起推断面水位流量关系；四是没有实测资料时，起推断面大多选定与有设计校核水位流量关系的跨河桥或其他有控制的断面，应由此修正起推断面的水位；五是当没有水文站或控制工程时，起推断面一般由河段末端向下游
延伸一段距离，距离的长短与河道纵坡有关，当起推断面的水位较难准确确定或不能确定起推断面是否受下游壅水影响时，应进行敏感性分析，即假定起推水位变化时，若河段末端水位没有明显变化，说明起推断面位置相对合适，否则向下游重新选取。

河道水面线应逐段推算，河道分段推断断面布设原则：一是尽可能使断面间的水力坡度无明显变化；二是当河流有支流汇入或流量分出等流量突变时，需在突变位置加设斷面；三是当有桥梁，涵洞等壅水不大的河道建筑时，在该位置增设断面；四是当存在橡胶坝等建筑物时，坝上，下均增设断面；五是当河道形状有明显扩宽或缩窄等变化时，变化位置应增设断面。

计算河段的长度，分段数量等，可根据河道的宽度、比降、河势变化确定。

当河流比降大，断面窄，河道平面形状变化剧烈时，计算河段及断面间距应短些，反之应长些。

2.3纵横断面的修订
当有局部回流区和死水区时，要依据地形，历史行洪情况修正行洪断面的范围，提取有效过水断面，行洪断面范围修正包括平面及纵向的修正。

当断面布设河道急剧扩散段且下游又急剧收缩位置时，扩散部分形成部分死水区，此时应根据上下游河势提出平面上的有效过水断面。

天然情况下河道纵断面比较平顺，但近年来采砂情况比较严重，河道变化比较严重，此时应根据上下游纵坡还原河道原貌，在此基础上推算洪水位。

2.4局部水头损失及壅水计算
天然河道水面线的局部水头损失，与水流形体周界变化的几何形状及水流形态有关，当过水断面突然变化较大，河道内有桥梁卡口等阻水时，阻水物改变水流形态较大，仅用局部能量损失公式来反映是不能满足需求的，其产生的壅水可采用水力计算手册中堰流及建筑物泄流等公式计算。

2.5成果合理性分析
一是推算成果应与已有实例的水位成果匹配；二是将不同标准水面线成果绘在一张图中，高低标准水面线应协调，且不同标准水面线不应有交叉；三是水面线应比较平滑，不能存在明显转折或跳跃现象；四是河道没有明显的突扩或缩窄时，相临断面的洪水流速及过水面积不能明显突变。

3、结束语
总而言之，在天然河道防洪规划及河道整治过程中，必须要高度重视水面线推算工作，只有科学合理的做好水面线推算，才可以做好河道规划和建设工作，促进我国河道防洪和水资源高效利用。