探究天然河流糙率推求应用

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1、探究天然河流糙率推求应用　　摘要：探析利用水文站实测资料去反推求河道糙率值，再把这种糙率值应用于推求调查河段洪水流量值，正确理解糙率的实质及影响因素，根据不同的水流流态和边界条件，采用恰当的方法推求糙率。用伊洛河水系水文站历年实测资料评估分析为例，用实测资料反求糙率的应用公式，解决了天然河道糙率系数表并不能完全满足各地河道情况的实际问题，有效提高了河道流量测验的精确度。关键词：天然河流糙率分析应用中图分类号：P343文献标识码：A10天然河道糙率（n值）是水文资料和洪水调查中计算洪峰流量（比降法或水面曲线法）成果精度的一个最关键参数，在水利水电工程、桥梁设计中都要采用。实际应用中，发现编制

2、的河槽糙率系数表并不能完全满足各地河道情况，主要为河道特征描述不太相符，在n值定量方面有较大差异。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推求，只考虑影响水流的其它因素，以致分析计算的糙率缺乏规律，精度低。若调查地点在水文站测验河段附近，用该站实测资料推求n值，不在时则参照相似河段实测资料选用。实践证明，由水文站的实测资料去反推求河道糙率值，再把这种糙率值应用于推求调查河段洪水流量值，是比较准确可行的方法。如何正确理解糙率的实质及影响它的因素，根据不同的水流流态和边界条件，采用恰当的方法推求糙率，本文根据伊洛河水系卢氏、东湾水文站断面历年实测水文资料加以分析探讨。河道糙率的含

3、义及影响因素根据水文学理论，天然河道糙率是衡量河床边壁粗糙度对水流影响的一个系数。从水动力学讲，水流向前推动，能量不断损失，一般分为沿程损失和局部损失。沿程损失决定水流边界粗糙程度和流态，在天然河流中都属于充分紊流。试验证明在此条件下沿程损失只与粗糙度有关，水流边界表面越粗糙。沿程损失越大，反之则小。所以糙率实质是反映水流沿程摩阻损失的一个系数。局部损失是过水断面形状、大小和河床底坡沿程变化，以及深潭、急滩、卡口、弯道等造成的损失。用二者合并去求糙率，结果不但使糙率含义不清，分析成果关系线散乱，n值精度低。而且因各个河段情况不同，无一定规律可循，使综合归纳和实际应用带来很多困难，因此不宜用

4、这种合并处理的方法来分析推求糙率。10影响糙率的因素，从小尺度范围来讲，主要是床壁物质的组成（如土质、泥沙、卵石、天然岩石）及各种物质的粗细程度，床壁表面平整程度包括水生植物生长情况{春夏季河床面水生植物茂盛，增大糙率；夏秋季洪水冲毁使糙率减小}。对于单式断面较高水时，平面形态与水流形态的影响大于河床组成及床面特性的影响，河床组成及床面特性的影响对于岸边壁特性的影响。多沙河流中泥沙的影响也是一个因素之一，水中悬移质含沙量浓度增大使水流的粘滞性增加；河底推移质泥沙移动冲淤变化形成沙坡，增加河床的凹凸不平，这些都使糙率增大。根据水文站实测资料看比降越大糙率相应增大，原因是比降大流速大，水流扰动

5、强烈，内摩擦力加大消耗能量使糙率增加，但变化不多。关于水深对糙率的影响，在低水位时水深小，床面凹凸度占水深比例相对较大，对水流阻力大，阻力大小和水流与河床的接触面多少有关。在同一断面中，水位低属于宽浅河槽，接触面大相应糙率大。随着水位增高水深加大，湿周的增率逐渐减小，趋于不变，如床壁组成情况无特殊改变，糙率的变化随水深增大而减小，到某一高水位时趋于稳定。对于天然河流各级水位的河床组成、边壁特性、植物生长等情况多不相同，反映各级水位下河段平均粗糙度也各有差异，因此水深可以间接反映这种变化。二、用实测资料反求糙率及应用公式10既然糙率是反映沿程损失的一个系数，那么从实测资料中反求只能采用沿程损

6、失。当水流看作恒定均匀流时，水深、流速沿程不变，水面比降等于能面坡降，能量全是沿程损失，此时可以直接用水面比降代入曼宁公式中，用实测资料直接反求糙率。但是天然河流中很难出现恒定均匀流，多属于非恒定流，只有在洪峰出现的短时间内和水位平稳时，流量不随时间变化，才可视为恒定流。又因天然河道弯弯曲曲，滩、潭相连，河段形状和面积大小沿程不断变化，引起水深、流速沿程变化，形成恒定非均匀流。水流移动中能量损失不仅有沿程损失，而且还存在局部损失，此时不能在直接用曼宁公式采用水面比降来反求糙率，必须用能量方程来计算流速水头变化和局部损失，达到用沿程损失来求糙率。能量方程如下：Z2+a2V22/2g=Z1+a

7、1V12/2g+hf+hi（1）式中Z1、Z2--------上、下断面水位；V1、V2-------上下断面平均流速；g-----重力加速度；a1a2----------上下断面动能校正系数；hf--------沿程摩阻损失；hi-------局部阻力损失。在比较均直的河段a2≈a1≈1，为简便取ａ1ａ2=1则（1）式移项得：nf=Z2-Z1+(V22-V12)/2g-hiZ2-Z1=h（2）对于因过水断面沿程变化引起