几种水面线推算方法的比较.pdf

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1、第33卷第2期人民黄河Vo1．33．No．22011年2月YELL0WRIVERFeb．，2011【水文·泥沙】几种水面线推算方法的比较刘洋(北京市水利规划设计研究院，北京100044)摘要：介绍了明渠恒定均匀流法、天然河道水面线系统、HEC—RAS软件及SOBEK软件4种常用的水面线推算方法，并对不同河道进行了水面线推算，然后对计算结果进行了对比分析。结果表明：对于坡度较小且沿程顺直、断面规整的河道，若下游起始水位对上游河道水位影响较小，则可用明渠恒定均匀流法进行水面线推算；若下游起始水位对上游河道水位影响较大，则可采用天然河道水

2、面线系统进行水面线推算；对于断面不规整的缓流河道，水位推算结果大体呈天然河道水面线系统>HEC—RAS软件>SOBEK软件的趋势；对于急流河道，HEC—RAS软件推算的水位比SOBEK软件推算的水位偏高。关键词：明渠恒定均匀流法；天然河道水面线系统；HEC—RAS软件；SOBEK软件；水面线推算；河道整治中图分类号：P333文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2011．02．021水面线推算是河道整治的基础工作，其推算结果直接影+()(暑)一A2l、．Q)=响到河道断面的规划设计，进而影响到河道整

3、治的工程量和工‘(2)一程造价。按照弗劳德数()的不同，河道水流流态可分为三+()()一()类：缓流(Fr<1)、急流(Fr>1)和临界流(Fr=1)。平原河道式中：zI、A，、分别为上游断面的水位、过水断面面积、流量模水流一般为缓流，山区河道水流一般为急流，临界流只存在于数；z2、A、分别为下游断面的水位、过水断面面积、流量模局部河段。不同的流态有不同的水面线算法，开展不同条件下数；Al为上、下游计算断面之间的流段长度；ot为流速改正系河道水面线计算方法的应用研究，对于河道水面线推算方法的数；为流段的平均局部水头损失系数。合理选用

4、、提高设计人员的工作效率都有很重要的作用。笔者该系统的优点是可直接读取断面资料，通过图形窗口划分对河道整治中经常采用的几种水面线推算方法进行了分析。断面滩槽，利于人机交互，从而提高水面线推算的工作效率。缺点1水面线推算的几种常用方法及初选是只能用于缓流河道，不能直接推算桥、坝等建筑物处的水位。1．3HEC—RAS软件1．1明渠恒定均匀流法HEC—RAS软件是由美国陆军工程兵团水文工程中心开明渠恒定均匀流法是最基本的水面线算法，在断面规整的发的。该软件可以完成一维恒定流和非恒定流的河道水力计明渠中经常采用。其基本公式为连续方程和谢才公

5、式的组算，既能推算平原河道水面线，又能推算山区河道水面线，在国合⋯：内外河道水面线推算中已得到广泛应用。Q=AC(1)1．3．1恒定流水面线计算式中：Q为流量；A为断面面积；c为谢才系数，一般采用曼宁公基于一维能量方程，逐断面采用直接步进法推求水面线。式c=R／n计算，其中R为水力半径、为糙率；i为河道纵坡。其计算公式为明渠恒定均匀流法的最大优点是计算简单，缺点是条件要Z2=Zl+f+hi+lv21／(2g)一2i／(2g)(3)求苛刻：①水流应为恒定流，且流量沿程不变；②渠道必须是长式中：z、分别为下断面和上断面的水位；or，、分

6、别为下断而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿程不变，渠道中无水工建面和上断面的流速系数；。、：分别为下断面和上断面的流速；g筑物的局部干扰。虽然明渠均匀流法受到诸多条件的限制，但为重力加速度；J}l、h；分别为上、下游断面之间的沿程水头损失是因为其计算简便，所以在满足或近似满足明渠恒定均匀流条和局部水头损失。件的河道整治工程中被广泛采用。1．3．2非恒定流水面线推算非恒定流水面线计算基于连续性方程和动量方程J：1．2天然河道水面线系统天然河道过水断面一般极不规贝4，糙率及纵坡沿程都有变收稿日期：2010—03—16化，明渠恒定均匀流法已

7、不适用。天然河道水面线系统能较好作者简介：刘洋(1980一)，男，河南开封人，工程师，硕士，研究方向为水利工程地解决这一问题，在平原河道整治中运用较为广泛。其基本原规划。理为]E-mail：hehome415@163．corfl·51·人民黄河2011年第2期，、358)16个断面的洪水水面线，结果见图2。+：0⋯OtOxOul一一Ot=，一一豢嘉+O—XiO—Xi(L5)式中：p为水的密度；u为流速；为距离为质量力；p为压力；为流体运动黏性系数。HEC—RAS软件中包含了桥梁、涵洞等建筑物处的水力学计算模块，可以推算有建筑物情况下

8、的河道水面线。另外，该软件受河道断面变化约束影响较小，能推求山区天然河道水面线。1．4SOBEK软件起点距／mSOBEK软件是由荷兰代尔夫特水力学所及有关机构联合图1四河网沿程断面水位开发的模型库系统商用软件，由SOBEKRIVER、