中小河流治理中代表性断面水位流量关系的推算

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1、中小河流治理中代表性断面水位流量关系的推算中小河流治理中代表性断面水位流量关系的推算2012.No.2四川水利?21?中小河流治理中代表性断面水位流量关系的推算宋烨(四川省水利科学研究院,成都,610072)【摘要】本文针对中小河流治理规划和设计中代表性断面水位流量关系推算的问题,提出了代表性断面选取的方法,总结了适用于各断面水位流量关系推算的水力学公式,并就公式的应用进行了讨论.【关键词】中小河流治理水力学水位流量关系中图分类号:TV131.4文献标识码:B文章编号:2095—1809(2012)02—0021—03

2、1概述据统计,近些年来中小河流洪水灾害造成的损失已成为我国洪涝灾害损失的主体,加之由于水资源和水电的过度无序开发以及污染物排放量的大量增加等,致使水污染加剧,河流生态环境遭到破坏,水资源短缺,更加严重影响了我国区域经济社会的可持续发展.2008年中央1号文件明确指出:”各地要加快编制重点地区中小河流治理规划,增加建设投入,中央对中西部地区给予适当补助,引导地方搞好河道疏浚”.为贯彻落实中央1号文件精神,全国中小河流治理被提上了日程,目前全国重点地区中小河流综合治理正有序开展,并已取得初步成果.在河流治理规划,设计中,代

3、表性断面水位流量关系的确定,对治理河段水面线的推求,稳定河宽的计算,河道疏浚设计,堤防工程设计和水工建筑物设计等,起到了决定性的作用.而中小河流一般无水文站点,没有实测的水位流量关系数据,只能通过水力学公式推算.如何选择合适的水力学公式并正确应用这些公式,是水文计算中的一个难点.结合中小河流的特点,本文对选择和应用水力学公式推算代表性断面水位流量关系进行了探讨,力求使计算结果更有效地指导中小河流治理规划,设计.2代表性断面水位流量关系推算中小河流,特别是平原区的中小河流,其两岸一般为群众生活,生产聚集区,河道防洪,河流

4、水资源开发,拦河或跨河水工建筑物建设等一般偏重实用性.穿场镇的河道多采用渠化处理,河道末端还设有翻板闸,橡胶坝等抬高上游水位,以实现景观效益;流经乡村,田间的河道多设有拦河的溢流坝,以满足农业生产,生活用水的需要;各种公路桥,机耕桥更是中小河流常见的水工建筑物.中小河流治理规划,设计过程中,在充分调查分析治理河段现场情况的基础上,可选取上述水工建筑物作为代表性断面,应用适合的水力学公式进行水位流量关系的推算.常用的水力学公式有明槽恒定均匀流公式,堰流公式,闸孔出流公式,洞流公式等.2.1适用明槽恒定均匀流公式的断面若治

5、理河段较长,较顺直,河床为顺坡且坡度基本不变,糙率基本一致,河道断面的形状和尺寸不随流程变化,河道上没有建筑物,可选择位于河道下游的横断面作为代表性断面,采用明槽恒定均匀流公式推算水位流量关系.明槽恒定均匀流公式为:?22’宋烨中小河流治理中代表性断面水位流量关系的推算2012.No.2Q=AC,//尉式中:Q一流量;A—过水断面面积;c一谢才系数,采用曼宁公式计算;c=;一水r工力半径;—河道底坡;n—糙率.在实际应用中,要根据实测断面,推算水位(深)与过水断面面积和水力半径等水力学要素之间的关系,代人明槽恒定均匀流

6、公式,从而得到水位流量关系.例如:(1)对于渠化的河道,以梯形过水断面为例,将过水断面面积A=(b+rrd~)?h,水力半径:的计算式代入明槽恒定均匀流公b+2h√1+m式,可以得到水深h与流量Q之间的关系式,即:r)一.[(±):垒3儿(6+2~/1+,r)式中:,一边坡系数;6—河道底宽;一水深.(2)对于天然河道,在建立水位流量关系时,要分别计算断面各水位的几何水力学要素.由于天然河道极不规则,因此计算过程较为繁琐,在实际推算中可考虑建立各断面几何水利学要素与水位的定量函数关系.如采用拉格朗日二次插值函数:(2)

7、(3)(3)(1)_iy+_j+(1)(2)(31)(32)式中的1,,3为插值基点,Yl,Y2,Y3为插值基点所对应的函数值,这些值都是已知的.将水位(深)h作为,各断面过水面积A,水力半径R等几何水力学要素作为Y,可插值计算任意水位(深)h条件下的各断面水力学要素.2.2适用堰流,闸孔出流公式的断面中小河流河道中常设有垂直于水流方向的溢流堰,翻板闸,橡胶坝,水闸等水工建筑物,以这些水工建筑物作为代表性断面,采用堰流,闸孔出流公式来推算水位流量关系,较为简便,也较为准确.具体公式可采用:堰流流量计算公式:Q=o-or

8、.mnb~Ho儿闸孔出流流量计算公式:Q=trgzenb√2g(日0一Be)式中:6一每孔净宽;n一闸孔孔数;一,2包括行进流速水头的堰前水头,即;11o=+uo;二g日.-堰前水头;V0一行进流速;m一自由溢流的流量系数;一侧收缩系数;一淹没系数;e一闸门开启高度;一闸孔自由出流的流量系数.在公式应用时,应注意分析水工建筑物的工