天然河道水面曲线计算问题

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1、天然河道水面曲线计算问题新疆水利厅张校正在水力学教科书中，论述天然河道水面曲线计算的方法时，一般都是对河道相邻两断面列出伯努立方程，从已知断面水位，依次求解此方程，得出未知断面的水位，这些断面的水位的连线，就认为是河道的水面曲线。《程序集》中的D-14A就是按照这个原理编制的。一、D-14A的程序功能已知天然河道各横断面的地形点坐标及糙率，从起始断面水位开始，按照伯努里方程，逐段向上游或者向下游推算，求出各断面的水位。计算结果输出地形点坐标，绘出河道横断面图，标出水位，打印流量、平均流速值。1，河床的糙率可以随地形点的不同而变化。2

2、，局部阻力系数可随不同河段选用不同值。3，程序采用二分法，优选试算，从而加快了收敛。二、D-14A的计算原理1，水面曲线计算原理：如图示，根据伯努里方程：-------------(1)式中：Z1、V1--断面1的水位和流速；Z2、V2--断面2的水位和流速；hW=hy+hj　　--　断面1到断面2之间的水头损失；hy=j×ΔL--沿程水头损失；j=V2/(C2R)--沿程摩阻坡度；V，C，R--断面1和断面2的平均流速、平均流速系数、平均水力半径；ΔL--两断面间的距离；hj=-ξ(V12/2g-V22/2g)—局部水头损失；ξ-

3、-河段的局部阻力系数，在顺直河段及收缩河段ξ=0，逐步扩散河段ξ=(0.3～0.5)，急剧扩散河段ξ=(0.5～1.0)。将(1)式移项：--------------(2)方程(2)中，Z1，V1，α，ξ，ΔL均为已知，采用二分法试算求解Z2。令：设有Z，使得K=0，则此Z即为方程的解，用二分法求解。二分法原理如下：Z=B时，K=D；Z=A时，K=J，现令Z=（A+B）/2求出K值若K·D>0令B=Z；D=K若K·D<0令A=Z；J=K继续在A、B两值间二分，直到

4、A-B

5、<允许误差即可解出Z2，河道横断面面积及湿周计算原理河道横断

6、面一般如下图所示：采用分块累加方法，每一块或者为梯形，或者三角形，有三种情况：(1)当Z≥Yi同时Z≥Yi+1时，Wi=(Z-(Yi+Yi+1)/2)×(Xi+1-Xi)(2)当YiZ>Yi+1时与上同理，只要把公式

7、中的Yi与Yi+1互换即可三、应用伯努立方程的三个前提：1、相邻断面之间水流必须是渐变性质，不能有水跃；2、相邻断面距离不能太长，以满足伯努立方程的微分特性；3、起始断面的水深，必须来之有据，不能任意假定。如不满足这3个条件的任意一条，就会导致计算失败，成果不能应用。四、起始断面水深这里重点说明起始断面水深的确定问题。1、求水库回水曲线时，都是从坝前水位开始向上游计算，起始水位可以定为水库正常高水位，也可以定为非常洪水位，一般都是合理的，其计算流量也有较大的伸缩余地。计算出的结果，往往都是可用的。2、由拦河闸前向上游计算时，其闸前水

8、位必须按照过闸水流的边界条件（河宽、闸口宽、闸墩形状、底坎高低、下游相对高程等）计算求得，不能任意假定。由桥墩上游向上计算，与闸前向上游计算大体相同。3、由河道的某一个没有特殊水力学特征的断面作为起始断面，向上游或者向下游计算时，起始水深的确定，就较为困难。我们往往选用所谓水文测流断面的已知水深，作为起始断面水深。水文测流断面，往往选择在坡降均匀、河道较为笔直、横断面较为规整的地方。可以用多种方法测出水位～流量关系曲线。其中最简便的方法就是用满宁公式计算出的水位～流量关系曲线。在这个断面上，水位和流量是一一对应的，绝对不能任意假定。

9、在我们与用户交流的过程中，发现用这种方法求算天然河道的水面曲线，凡是遭遇碰壁的，多是在没有特殊水力学特征的河流上应用时发生的。五、对于天然河道水面曲线的计算理论的直观理解教科书上的天然河道水面曲线的计算理论，直观的说法，就是假定两断面之间的水位是互有影响的（沿程水头损失所占的比例较小）。如果不能满足这个假定，就失去了计算的理论依据。根据这个要求，河流计算断面之间的距离要尽可能的短一些，短到什么程度，要看具体情况。河道纵坡较缓，可以适当放宽要求，纵坡较大时，就要提高这个要求。由于多种原因，一般测量数据多数难以达到计算者的要求，提供足够

10、多的河道横断面数据。有些河道计算数据，两断面之间的距离有数百米，这显然是不行的。天然河道一般在山区较多，特别是新疆前山区的河道，纵坡一般都大于1%。其水深一般都不太大，主要是流速大。在纵坡较大、流速较大的河道上，1%的坡度，50m的距