某渠道水面线计算
水面线是指在水体或船舶上方的水面上形成的线条，通常表示河流、湖泊或海洋中的水位。水面线是地理学和海洋学中常用的一个概念，它对于研究水体的演化、水资源管理和水文气象预测等都具有重要意义。
水面线的计算方法有很多种，下面将介绍其中一种较为常用的计算方法。
首先，需要明确计算水面线的目的和依据。水面线的计算通常是为了确定水体的边界，并且要根据具体情况选择不同的计算方法。例如，计算河流的水面线可以根据河道的地形和历史水位数据来确定，而计算湖泊的水面线则需要考虑湖泊的地势和水域容积等因素。
其次，根据所选的计算方法，需要收集相关的数据。例如，对于河流的水面线计算，需要测量河道的地形和记录历史水位数据；对于海洋的水面线计算，需要收集海洋气象和海洋观测数据等。这些数据将成为计算水面线的基础。
接下来，根据收集到的数据，可以进行水面线的计算。常用的计算方法包括水文学方法、地形测量方法、水文学模型方法等。水文学方法主要是根据测量的水位数据，结合河道断面的地形数据进行计算；地形测量方法是通过测量地形，然后根据地势来推算水面线的位置；水文学模型方法是利用数学模型来模拟水体的运动和变化，从而得出水面线的位置。
最后，根据计算结果，可以画出水面线的轮廓图或进行数据分析。根据需要，可以将水面线与其他地理数据进行对比，以便更好地了解水体的演变和特征。
总之，水面线的计算是一项复杂的工作，需要综合考虑多种因素。不同的计算方法适用于不同的水体，而且计算过程中需要准确、全面地收集和处理相关的数据。通过水面线的计算，可以帮助我们更好地理解水体的形态和动态，为水资源的管理和环境保护提供参考依据。水面线的计算是地理学和海洋学研究中的重要内容，随着科学技术的不断发展，相信水面线的计算方法也会越来越完善和准确。
某渠道水面线计算 水面线是指在水体或船舶上方的水面上形成的线条，通常表示河流、湖泊或海洋中的水位。水面线是地理学和海洋学中常用的一个概念，它对于研究水体的演化、水资源管理和水文气象预测等都具有重要意义。 水面线的计算方法有很多种，下面将介绍其中一种较为常用的计算方法。 首先，需要明确计算水面线的目的和依据。水面线的计算通常是为了确定水体的边界，并且要根据具体情况选择不同的计算方法。例如，计算河流的水面线可以根据河道的地形和历史水位数据来确定，而计算湖泊的水面线则需要考虑湖泊的地势和水域容积等因素。 其次，根据所选的计算方法，需要收集相关的数据。例如，对于河流的水面线计算，需要测量河道的地形和记录历史水位数据；对于海洋的水面线计算，需要收集海洋气象和海洋观测数据等。这些数据将成为计算水面线的基础。 接下来，根据收集到的数据，可以进行水面线的计算。常用的计算方法包括水文学方法、地形测量方法、水文学模型方法等。水文学方法主要是根据测量的水位数据，结合河道断面的地形数据进行计算；地形测量方法是通过测量地形，然后根据地势来推算水面线的位置；水文学模型方法是利用数学模型来模拟水体的运动和变化，从而得出水面线的位置。 最后，根据计算结果，可以画出水面线的轮廓图或进行数据分析。根据需要，可以将水面线与其他地理数据进行对比，以便更好地了解水体的演变和特征。
总之，水面线的计算是一项复杂的工作，需要综合考虑多种因素。不同的计算方法适用于不同的水体，而且计算过程中需要准确、全面地收集和处理相关的数据。通过水面线的计算，可以帮助我们更好地理解水体的形态和动态，为水资源的管理和环境保护提供参考依据。水面线的计算是地理学和海洋学研究中的重要内容，随着科学技术的不断发展，相信水面线的计算方法也会越来越完善和准确。
工程设计中天然河道水面线计算 水文勘测 吴树煌,华智敏,王文彬 (内蒙古水利水电勘测设计院,内蒙古呼和浩特010020) 摘!要!天然河道水面线计算的方法及建议。关键词!水面线;计算;建 议 !!天然河道水面线的计算多采用不计局部水头损失的能量方程(差分 形式)逐段推算,计算中常遇的问题是初始计算断面的选择及其水深的确定。当河段内或距离不远处设有水文测站时,当然应以其实测断面为初始计算 断面,可从实测水位流量关系确定其计算水深。但中小河流的许多河段没 有测站或测站距离较远,这种情况下,经多年实践,我院采取的计算方法是 将计算河段的最下端河段当做均匀流计算其水深,并作为最下游端初始计 算断面的水深,由下游往上游逐段计算河道水面线。并在多次计算过程中 认识到,即使初始计算断面水深有一定误差,推算若干段后,均可趋近正确。 对于上述认识,在此做简单的论证,提出其运用条件并对如何使各种水 面线计算更为准确提出一些建议。 avn+1 )2g 具有下标n和n+1分别表示各计算分段下游断面和上游断面的水力要素。 !if单位长度的摩阻损失。v
近似按均匀流计算if=2!!!(2 ) cR 2 2 图1符号及下述运算符号的下标说明:0-0表示计算河段正确的水面线; I-I表示初始计算断面1-1,假设水深h11
天然河道水面线计算简析 摘要：河道整治、堤防工程设计中需要计算河道洪水水位，推算河道水面线，本文对河道水面线计算方法和公式作简单总结和介绍，并对计算结果合理性的分 析方法进行了描述。 关键词：天然河道；水面线；计算公式 1、天然河道水面线计算方法概述 在天然河道整治工程设计中，河道水面线的计算是关键的一步，推求水面线 的计算方法也很多，例如水深沿程变化的微分方程法、断面比能沿程变化的微分 方程法、水位沿程变化的微分方程法以及天然河道水面线计算系统等。这些方法 基本理论依据都是明渠恒定非均匀流渐变流一维平移流动能量平衡的微分方程， 在公式的推导过程中均有按其边界条件做了近似或技术处理，均有其边界条的局 限性。很多的水利工作者已经证明，对人工河道或水力参数变化不大相对规则的 天然河道，采用以上推算天然河道水面线的计算方法均能满足河道整治工程的精 度要求，但对于河道的过水断面极不规则、河床不断发生冲淤变化、沿程水力参 数变化较大的情况，建议采用天然河道水面计算系统分析计算水面线，这种方法 相对比较符合实际。 2、天然河道水面线计算常用方法 2.1 明渠 明渠均匀流公式是最基本、最简单的水面线计算公式，在工作中经常使用。 根据连续方程和公式，得到计算明渠均匀流的流量公式: 式中 Q—流量，m3 / s; n—粗糙系数; A—面积，m2 ;Ｒ—水流半径，m;i— 渠道比降。
明渠恒定均匀流公式必须具备以下条件:水流为恒定流、流量沿流程不变、渠道在足够范围内是顺直棱柱体槽、底坡是正坡、粗糙系数沿程不变、明渠段没有建筑物对水利的局部干扰。实际明渠中大量存在的是非均匀流，但是因为其计算简单，对于较为顺直、整齐的河段常按均匀流公式作近似解。 2.2 棱柱体明渠、天然河道 因其断面几何尺寸、坡度、粗糙系数一般均沿程改变，水流绝大多数是非均匀流。明渠恒定非均匀流方程，分析水深沿流程变化的方程和水位沿流程变化的方程，水深沿流程变化的方程主要用于分析棱柱体明渠非均匀流水面线的变化规律，在天然河道中，常用水位的变化来反映非均匀流变化规律。 对于棱柱体明渠，计算公式为: 式中△Es—流段的两端断面上断面比能差值;Esd，Esu—表示△s 流段的下游及上游断面的断面比能。 流段的平均水力坡度 J珋一般采用: 平均值用下式计算: 棱柱体渠道可将已知参数代入以上公式直接解出水面线，非棱柱体明渠则需要采用以上公式逐段试算计算河道水面曲线。 天然河道可视作非棱柱体明渠，采用非棱柱体明渠的计算方法来计算河道水面线。天然河道一般用水位的变化来反映非均匀流的变化规律更加方便，利用下式试算法即可计算天然河道水面曲线。计算的具体做法不同，但并没有本质上的差别。
天然河流水面线计算表 天然河流水面线计算表 ( 由上游往下游计算 ) 流量模数K 1=A 1R 12/3 /n 1 单式断面动能修正系数 α 1=1+3ε 2-2 ε3 A 1 X 1 R 1 n 1 K 1 备注 C 1 ε 1 α 1 面积 (m2) 湿周 (m) 水力半径 糙率 (m 3 /s) 谢才系数 1/2 (m) (m /s) 说明; α 流速不大的平原河段影响不大，单式断面较复式断面小，山区河流较平原河流大，断 ζ 河槽急极扩大- 0.5~-1 、河槽逐渐扩大 ，方头墩 0.35 、圆头墩 0.18 、长宽比均为 4、若是长宽 E1=E2时，试算值正确。 s 河段长度应沿相应流量和水位河床深泓线量取，原则上 1~4倍河宽范围内。 已知 试算 天然河流水面线计算表 ( 由下游往上游计算 ) 流量模数K 1=A 1R 12/3 /n 1 单式断面动能修正系数 α 1=1+3ε 2-2 ε3 A 1 X 1 R 1 n 1 K 1 备注 C 1 ε 1 α 1 面积 (m2) 湿周 (m) 水力半径 糙率 3 谢才系数 (m) (m /s) (m 1/2 /s) 说明; α 流速不大的平原河段影响不大，单式断面较复式断面小，山区河流较平原河流大，断 ζ 河槽急极扩大- 0.5~-1 、河槽逐渐扩大 ，方头墩 0.35 、圆头墩 0.18 、长宽比均为 4、若是长宽 E1=E2时，试算值正确。 s 河段长度应沿相应流量和水位河床深泓线量取，原则上 1~4倍河宽范围内。 已知 试算
天然河流水面线计算表 ) 前断面 复式断面动能修正 α 1=1+3ε2-2ε3系数α1=( Σ A1 ) 2Σ前断面能量E 1=Z1+α1 v12/ （2g) (K 13/A 12)/( Σ K1) 3 备注α 1备注Z1Q v 1g单式断面E1 复式断面E1 145 (m)前断面流前断面流 3 速(m/s) 速(m /s)重力加速 (m) 2(m) 度(m/s) 大，断面特变水流近似堰流河段可达 2.1 左右，平原河流 1.15~1.5 ，山区河流 1.5~2.0 。墩0.18 、长宽比均为 4、若是长宽比大于 4则值应有所增加，支流汇入时0.1 ，弯道时 0.05. ) 前断面 复式断面动能修正 α1=1+3ε2-2 ε3系数α1=( Σ A1 ) 2Σ前断面能量E1=Z1+α1 v12/ （2g) (K 13/A 12)/( Σ K1) 3 备注α 1备注Z1Q v 1g单式断面E1 复式断面E1 1138 1138 前断面流前断面流重力加速(m) 速(m/s)(m) 速(m3 /s)度(m/s 2) 大，断面特变水流近似堰流河段可达 2.1 左右，平原河流 1.15~1.5 ，山区河流 1.5~2.0 。墩0.18 、长宽比均为 4、若是长宽比大于 4则值应有所增加，支流汇入时0.1 ，弯道时 0.05.
水面线计算示例 注：水面线计算是水利设计的一部分，作为水工设计人员是必须掌握的。下面以《水力学》第四版 吴持恭编p241的例子进行计算 演算开始： 1 判定水面曲线形式 a 临界水深求解： m 27.110 81.94532 2 322=⨯==gb aQ h k b 正常水深求解 因为梯形断面，故正常水深需用迭代法计算 （迭代法原理非常简单，首先定一数，代入，求解，再代入，直至误差满足要求） 步骤：明渠均匀流流量公式 Ri AC Q =；h mh b A )(+=；2 12m h b ++=X ；X =A R ；61 1R n C = 得mh b m h b i nQ h +++=5 22 5 3)) 1(2() ( 迭代开始： k k k mh b m h b i nQ h +++=+5 22 5 3 1)) 1(2() ( （k=0,1,2,3……….） 取h 0=0；得h 1=8.149；取h 1=8.149；得h 2=1.594；取h 2=1.594；得h 3=1.981；取h 3=1.981； 得h 4=1.959；取h 4=1.959；得h 5=1.959，迭代停止，得正常水深为1.96m 。 c 判定陡坡还是缓坡 计算临界坡 需同时满足两个公式 1 满足临界流： k k B A g aQ 3 2= （1） 2 满足均匀流 k k k k i R C A Q = （2） 联立（1）、（2）式： 得k k k k k k k k B aC g B R aC gA i 2 X == ；6.14122=++=X m h b k k ；16.15)(=+=k k k k h mh b A ；
4.6 洪水水面线 4.6.1计算公式 ⑴计算原理 天然河道的洪水大多属于不稳定流，水面线的计算可以近似地视为稳定流量以简化计算。稳定非均匀流按伯努利能量方程进行计算，即： j f h h g V Z g V Z +++=+222 1112 222αα 式中：Z 2、Z 1为计算段上、下游断面水位；V 2、V 1为计算段上、下游断面平 均流速，2α、1α为计算段上、下游断面的动能修正系数；h f 为沿程水头损失； h j 为局部水头损失。 在流量、控制断面水位和河段糙率确定后，即可由该式算出河道断面的水力要素。 ⑵主要参数的确定 根据一维水面线的计算公式，其关键在于沿程水头损失和局部水头损失的确定。 ①动能修正系数α α是以总流的断面平均流速V 代替过水断面上各点的点流速V i 来计算断面 的平均单位动能，为校正误差而引入的修正系数，理论上可按下式计算： A V dA V i A 33 ⎰=α 式中：V i 为断面单元流速（m/s ）；V 为断面平均流速（m/s ）；A 为过水面积。 α是个大于1.0的数值，其值取决于断面上流速分布不均匀的程度，流速分布越不均匀，α值越大。 ②沿程水头损失 水流在流动过程中，由于克服河床的阻滞作用，边壁的低流速层对高流速层
产生的阻力而消耗的能量，就是沿程阻力损失损失h f ，主要决定于均匀流的坡降， 可表示为： 23/42222A R L Q n L K Q L J h f === 式中：L 为计算段上下游断面间距（m ），K 为流量模数，R CA K =，一般采用22 21111K K K +=，K 1、K 2是上下两断面的流量模数；C 为谢才系数，y R n C 1=，n 为糙率，y 可取1/4～1/6。 由上式可知，欲求h f ，主要是确定糙率n 值，工程河段天然河道糙率根据河 道形态，河床组成及两岸植被情况结合，采用历史洪水反推糙率，未进行历史洪水调查段结合《天然河道糙率表》选定。 ③局部水头损失 局部水头损失即为河道的河床断面沿程不均匀引起的水头损失。局部阻力系数与河槽形态、收缩或放宽的比例以及水流情况有关，特别是在跨河桥梁河段特别明显，局部水头损失h f 可按下式计算： )22(2221g V g V h j -=ξ 式中：ξ为局部阻力系数。对于逐渐扩散段，取ξ=-0.3～-0.5；对于急剧扩散段取ξ=-0.5～-1.0；对于收缩段ξ=0。
专题5. 非棱柱体渠道水面线计算 对实际工程中的非棱柱体渠道的水面曲线的计算，其基本计算原理与棱柱体渠道相似，但非棱柱体渠道没有临界水深、临界底坡等，断面形状随流程发生变化，故不能完全采用棱柱体渠道的计算方法。这种情况下，应首先确定断面位置，然后想办法求出断面水深。 基本公式如下： J i E E J i E l s s s --= -∆= ∆12 （5-1） 式中：1s E 、2s E 分别表示流段上、下游断面的断面比能；J 表示流段内的平均水力坡度；i 表示渠道的底坡；l ∆为流段长度。 流段的平均水力坡度J 一般采用以下方法计算： )(2 1 21J J J += （5-2） 2 2K Q J = （5-3） 流量模数平均值K 或2 K 可用以下三种方法之一计算： （1） R C A K = （5-4） 式中：)(2121A A A += ，)(2121C C C +=，)(2 1 21R R R += （2） )(2 12 2212K K K += （5-5） （3） )1(21122 212 K K K += （5-6） 具体步骤如下： （1）将非棱柱体的渠道分成若干断面，并确定各断面之间的间距i l ∆。 （2）从控制断面起，以控制断面为断面1-1，对断面1-1和断面2-2之间的流段，即第一个流段进行分析，使用试算法确定断面2-2处的水深。用试算法确定断面2-2水深的基本方法是，先给断面2-2假定一个水深2h ，用这个假定的水深确定断面2-2的断面尺寸和水力参数。将这个断面上
的假定的水力参数与断面1-1的相关参数结合，代入公式5-1计算第一流段的长度1l ∆，若1l ∆与实际分段的长度相等，则假设的水深2h 即断面2-2的实际水深；反之，则不是所求水深，重新给断面2-2水深赋值计算。 （3）依照第一个流段分析的方法，依次计算断面3-3、断面4-4、……，直至计算最远处的断面水深。 需要注意的是，与棱柱体水面线的计算方法一样，分段越多，精度也越高，但计算量也越大。 【工程任务】 如图5.1所示，某水库溢洪道，由两段组成，断面为矩形。上游为直线收缩段，底坡0.03i =，收缩段以下等宽，0.05i =。已知收缩段进口断面1-1宽60m ，出口断面5-5宽40m ，收缩段长50m 。溢洪道用混凝土衬砌，糙率0.014n =。当通过流量580Q =m 3/s 时，进口断面1-1的水深 1 2.12h =m ，求设计流量下收缩段的水面曲线。 图5.1 溢洪道泄水曲线示意图 【传统试算法·分析与计算】 1. 将收缩段分段 收缩段为非棱柱体明渠，需要先将渠道按流程分段，计算出断面尺寸。由于收缩段较短，可以等分为4段，如图所示，112.5l ∆=m ，212.5l ∆=m ，312.5l ∆=m ，412.5l ∆=m 。
5.5.3设计洪水水面线推算 根据防洪设计标准及洪水分析，设计流量采用P=10%设计洪峰流量确定整治河道的治导岸线。根据沿程比降、流量、建筑物及支流汇入情况，水面线分段进行推算。 （1）水面线推算的基本公式 水面线计算按明渠恒定非均匀渐变流能量方程，在相邻断面之间建立方程，采用逐段试算法从下游往上游进行推算。 具体如下： Z] = Z + 式中：Z]、V]——上游断面的水位和平均流速; Z2、V2 ——下游断面的水位和平均流速; "广七+h——上、下游断面之间的能量损失; 七=三l——上、下游断面之间的沿程水头损失; h =Z（匕2 - M）——上、下游断面之间的局部水头损失； j 2 g 2 g Z——局部水头损失系数，根据《水力计算手册》，由于断面逐渐扩大的Z取值0.333，桥渡处Z取值0.05〜0. 1。 c——谢才系数； R --- 水力半径； a ——动能修正系数。 （2）河道糙率 河道的粗糙系数受到河床组成床面特性、平面形态及水流流态、植物、岸壁特性等影响，情况复杂，不易估计，本工程河道基本顺直，床面平整，经过整治的河床粗糙系数可以采用《水工设计手册》第一卷P1-404介绍的当量粗糙系数
%xn n 当=十；设总湿周X的各组成部分x 1 , x 2,……x»及所对应的粗糙系数分别为n1， n2 n N。选用砂土及淤泥渠道n=0.030；砌石护面n = 0.030；草皮n = 0.030。本工程护坡基本为干砌块石及草皮，护底采用天然地层。根据水位情况可以计算出不同水位下的综合糙率为0.030。 （3）水面线计算成果 根据城市发展规划和河段所处的地理位置条件，确定河道横断面采用梯形断面型式。护坡类型共有草土体结合柳桩护坡、干砌石结合格栅石笼护脚护坡两种，护坡边坡均为1:2。结合上下游河床实际宽度和河道比降合理拟定断面底宽和纵向比降。为了不改变现有河势和水沙冲淤平衡，河道设计底坡尽量与天然河道底坡一致。 表5-1治理段设计底宽及纵向比降分段统计表 根据清水沟的地形条件，按照控制断面侯汉公路断面（桩号4+365）、尹桥大沟（7+219）、清二沟（14+848）、新华桥水文站（24+400）、新渠渡槽（24+400）处的设计流量，从下游往上游逐段推算水面线。其中23+083〜26+767段由于受到黄河洪水顶托作用，水位抬升，水面线需要进行修正。具体方法是：根据黄河50年一遇设计洪水位1118.30m作为起始控制断面，应用水面线推算的基本公式，采用逐段试算法从下游往上游进行推算。计算出的设计洪水水面线加上0.6m的
水利专业常用计算公式 一、枢纽建筑物计算 1、进水闸进水流量计算:Q=B0δεm（2gH03)1/2 式中：m -堰流流量系数 ε—堰流侧收缩系数 2、明渠恒定均匀流的基本公式如下: 流速公式： u＝ 流量公式 Q＝Au＝A 流量模数 K＝A 式中:C—谢才系数,对于平方摩阻区宜按曼宁公式确定,即 C＝ R—水力半径(m); i-渠道纵坡； A-过水断面面积（m2）; n—曼宁粗糙系数,其值按SL 18确定. 3、水电站引水渠道中的水流为缓流。水面线以a1型壅水曲线和b1型落水曲线最为常见。求解明渠恒定缓变流水面曲线,宜采用逐段试算法，对棱柱体和非棱柱渠道均可应用。逐段试算法的基本公式为△x= 式中：△x-—流段长度（m）； g——重力加速度（m/s²）； h1、h2-—分别为流段上游和下游断面的水深(m）； v1、v2-—分别为流段上游和下游断面的平均流速（m/s)； a1、a2-—分别为流段上游和下游断面的动能修正系数; ——流段的平均水里坡降,一般可采用 或 式中：h f—-△x段的水头损失（m)； n1、n2—-分别为上、下游断面的曼宁粗糙系数，当壁面条件相同时，则n1=n2=n； R1、R2——分别为上、下游断面的水力半径（m）； A1、A2--分别为上、下游断面的过水断面面积（㎡)； 4、各项水头损失的计算如下： （1）沿程水头损失的计算公式为 (2）渐变段的水头损失，当断面渐缩变化时，水头损失计算公式为：
5、前池虹吸式进水口的设计公式 （1）吼道断面的宽高比：b0/h0=1。5—2。5; （2）吼道中心半径与吼道高之比:r0/h0=1。5-2。5； (3）进口断面面积与吼道断面面积之比:A1/A0=2—2。5； （4）吼道断面面积与压力管道面积之比:A0/A M=1-1。65; （5）吼道断面底部高程(b点）在前池正常水位以上的超高值：△z=0。1m—0.2m； （6）进口断面河吼道断面间的水平距离与其高度之比:l/P=0。7—0。9； 6、最大负压值出现在吼道断面定点a处，a点的最大负压值按下式确定： 式中:—前池内正常水位与最低水位之间的高差（m）； h0—吼道断面高度（m)； -从进水口断面至吼道断面间的水头损失（m）； —因法向加速度所产生的附加压强水头（m）。 附加压强水头按下式计算： 式中：-吼道断面中心半径(m） 计算结果，须满足下列条件： 式中： h a-计算断面处的大气压强水柱高（m）； H v-水的气化压强水柱高（m) 最小淹没深度S,可按下式估算： 式中：—吼道断面的水流弗劳德数，。 虹吸的发动与断流宜选用以下的几种装置和方法来实现： （1）用真空泵抽气发动，可根据设计条件和工况做设备选型； (2)自发动； （3）水力真空装置； （4)水箱抽气装置. 断流装置常采用真空破坏阀。在已知h B、a值时，真空破坏时的瞬间最大进气量可按下式估算: 式中:—真空破坏阀系统的流量系数; -真空破坏阀的断面面积（㎡）; -分别为水河空气的密度。 7、水库蓄水容积 1、总库容估算公式 （1)根据库区尺寸初佑： V=BLH/K V—水库总库容,104·m3（万立米）. B—坝址处的河谷宽度（相当于坝顶的部仪）,m. L-蓄水后库区延伸长度（回水长度)，km（公里). H—最大坝前水深,m。
水利专业常用计算公式 、枢纽建筑物计算 1、 进水闸进水流量计算： Q=B 0Ss m （ 2gH o 3） 1/2 式中：m —堰流流量系数 e —堰流侧收缩系数 2、 明渠恒定均匀流的基本公式如下： 流速公式： u = C .. Ri 流量公式 Q = Au = AC Ri 流量模数 K = A C , R 式中：C —谢才系数，对于平方摩阻区宜按曼宁公式确定，即 C = !R 1/6 n R —水力半径（m ）; i —渠道纵坡； 2 A —过水断面面积（m ）; n —曼宁粗糙系数，其值按 SL 18确定。 3、 水电站引水渠道中的水流为缓流。水面线以 a1型壅水曲线和b1型落水曲线最为常见。求解明渠 恒 定缓变流水面曲线，宜采用逐段试算法，对棱柱体和非棱柱渠道均可应用。逐段试算法的基本公式为 式中：△ x ---- 流段长度（m ）; g -------- 重力加速度（m/s2 ）； h 1、h 2 ---------------- 分别为流段上游和下游断面的水深（ m ）； v 1、V 2 --------------- 分别为流段上游和下游断面的平均流速（ m/s ）; a 1、a 2――分别为流段上游和下游断面的动能修正系数； i △ x= av 2 2g i- i f 2g
(22 2 2、 1 . +.- 1 7 h f 1 n 1 v 1 丄n 八2 —|f1 〒 i f 2 或i f — =— T -------------- 2 V 或i A 2 R 4/ 3 I R 1 R 4/3 R 2 丿
式中：h f——△ x段的水头损失（m； n 1、n2――分别为上、下游断面的曼宁粗糙系数，当壁面条件相同时，则R 1、R a――分别为上、下游断面的水力半径（m）; A 1、A分别为上、下游断面的过水断面面积（m2）; 4、各项水头损失的计算如下： （1）沿程水头损失的计算公式为n1=n2=n ; i x 'n f v f “PR73n 2V2 RT （2）渐变段的水头损失，当断面渐缩变化时，水头损失计算公式为: / 2 2 、V 2V1 hs= hc+hf =fc ———+ i f L Q 2g丿 5、前池虹吸式进水口的设计公式 （1）吼道断面的宽高比：b o/h o=1.5 — 2.5 ; （2）吼道中心半径与吼道高之比：r0/h 0=1.5 — 2.5 ; （3）进口断面面积与吼道断面面积之比：A/A°=2 — 2.5 ; （4）吼道断面面积与压力管道面积之比：A0/A M=1—1.65 ; （5）吼道断 面底部高程（b点）在前池正常水位以上的超高值：△z=0.1m （6）进口断面河吼道断面间的水平距离与其高度之比：l/P=0.7 —0.9 ; 6、最大负压值出现在吼道断面定点a处，a点的最大负压值按下式确定： h B、a -—厂h°•0亠二h w 2g 式中：/—前池内正常水位与最低水位之间的高差（m； h0 —吼道断面咼度（m）; 二h w —从进水口断面至吼道断面间的水头损失（m ； p / —因法向加速度所产生的附加压强水头（m。 附加压强水头按下式计算: 0.2m; 式中：0 —吼道断面中心半径（m） 计算结果，须满足下列条件: h B、a -h a -h v
天然河道水面线计算的几种方法探讨 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 Abstract: nullah constant uniform flow method, four kinds of water lines in the natural channel surface line system, HEC-RAS software and SOBEK software projection methods, and different river water surface line projections, then the calculation results of the comparative analysis. The results show that: if the downstream starting water level on the upstream river water level downstream starting water level For a slope smaller and straight along regular cross-section of the river, upstream water level of rivers, the available the nullah constant uniform flow method, the water line projections; greater impact, you can use the natural channel surface line system for the water line projections; sectional irregular slow flow of the river, the water level projection results in a substantially natural channel surface line> HEC-RAS software> SOBEK software trend; rapids river HEC-RAS software projected water level than SOBEK software projected high water level.Keywords: nullah constant uniform flow method; natural channel surface line system; HEC-RAS software; SOBEK software; surface line projections 前言 水面线推算是河道整治的基础工作，其推算结果直接影响到河道断面的规划设计，进而影响到河道整治的工程量和工程造价。按照弗劳德数(Fr)的不同，河道水流流态可分为三类：缓流(Fr1)和临界流(Fr=1)。平原河道水流一般为缓流，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合理选用、提高设计人员的工作效率都有很重要的作用。笔者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。 1 水面线推算的几种常用方法 1．1 明渠恒定均匀流法
水面线计算 1、XX河水面线计算河段长4.26km（XX路~XX河），计算末端采用跌水顺接XX河河底，设计河底高程493.38m，跌差1.925m ，末端水深取出口XX河断面对应的同频率洪水位498.20m，设计河底纵坡为i=0.004~0.002，并设多处跌水消除河道落差。水面线计算结果如XX河纵断面图所示，主要计算断面结果如下表所示。 XX河水面线计算成果表（P=2%） 河底，设计河底高程500.128m，末端水深取出口XX河断面对应的同频率洪水位502.128m，设计河底纵坡为i=0.003，并设多处跌水消除河道落差。水面线计算结果如XX河支沟纵断面图所示，主要计算断面结果如下表所示。
XX河支沟水面线计算成果表（P=2%） 河底高程，设计河底高程491.000m，保证下游顺利接入XX河，设计河底纵坡为i=0.003，并设多处跌水消除河道落差。水面线计算结果如XX河纵断面图所示，主要计算断面结果如下表所示。 XX河水面线计算成果表（P=2%）
路纵坡分为5段分别排入XX河、XX河支沟、XX河等3条主要河道。各分段计算末端设计沟底高程应分别按3条主要河道起点位置河底高程确定，各分段末端水深应取3条主要河道起点位置对应的同频率洪水位及相应水深，设计沟底纵坡随道路或地形坡度控制。但是，受截洪沟位置及高程关系影响，在各段截洪沟末端位置均以跌水方式分别排入三条主要河道，故出口端为自由出流，截洪沟水位不受三条主要河道洄水影响，末端水深可按明渠恒定均匀流考虑，以此推求截洪沟设计洪水线，水面线计算结果如XX路截洪沟纵断面图所示。 XX路截洪沟水位计算参数表
水利专业常用计算公式一、枢纽建筑物计算 1、进水闸进水流量计算： 3 ） 1/2 Q=B0δε m（ 2gH0 式中： m —堰流流量系数 ε—堰流侧缩短系数 2、明渠恒定平均流的基本公式以下： 流速公式： u＝C Ri 流量公式 Q＝Au ＝ A C Ri 流量模数 K ＝ A C R 式中： C—谢才系数，对于平方摩阻区宜按曼宁公式确定，即 C＝ 1 R1 / 6 n R—水力半径（ m）； i—渠道纵坡； A —过水断面面积（m2）； n—曼宁粗糙系数，其值按SL 18 确定。 3、水电站引水渠道中的水流为缓流。水面线以a1 型壅水曲线和b1 型落水曲线最为常有。求解明渠恒定缓变流水面曲线，宜采用逐段试算法，对棱柱体和非棱柱渠道均可应用。逐段试算法的基本公式为 a v2 a v2 2211 h2h1 2g2g △ x= i - i f 式中：△ x——流段长度（m）； g——重力加速度（m/s2）； h1、 h2——分别为流段上游和下游断面的水深（m）； v1、 v2——分别为流段上游和下游断面的平均流速（m/s）； a1、 a2——分别为流段上游和下游断面的动能修正系数； i f——流段的平均水里坡降，一般可采用 1-h f1n12 v 12n 22 v 22 i f i f 1i f 2或 i f 2R14/3R24 / 3 2x
式中： h f —— △ x 段的水头损失（ m ）； n 1、 n 2——分别为上、下游断面的曼宁粗糙系数，当壁面条件相同时，则 n 1=n 2=n ； R 1、 R 2 ——分别为上、下游断面的水力半径（ m ）； A 1、 A 2——分别为上、下游断面的过水断面面积（㎡） ； 4、各项水头损失的计算以下： （ 1）沿程水头损失的计算公式为 h f x n 12 v 12 n 22 v 22 2 R 14 / 3 R 24 / 3 （ 2）渐变段的水头损失，当断面渐缩变化时，水头损失计算公式为： h ω h c h f v 22 v 12 i f L f c 2g 2g 5、前池虹吸式进水口的设计公式 （ 1）吼道断面的宽高比： b 0/h 0=1.5 —2.5 ； （ 2）吼道中心半径与吼道高之比： r 0 /h =1.5 —2.5 ； （ 3）进口断面面积与吼道断面面积之比： A /A =2— 2.5 ； 1 （ 4）吼道断面面积与压力管道面积之比： A 0/A M =1— 1.65 ； （ 5）吼道断面底部高程（ b 点）在前池正常水位以上的超高值： △ z=0.1m —0.2m ； （ 6）进口断面河吼道断面间的水平距离与其高度之比： l/P=0.7 — 0.9； 6、最大负压值出现在吼道断面定点 a 处， a 点的最大负压值按下式确定： 2 * p h B 、 a h 0 h w 2g 式中： —前池内正常水位与最低水位之间的高差（ m ）； h 0—吼道断面高度（ m ）； h w —从进水口断面至吼道断面间的水头损失（ m ）； * p / —因法向加速度所产生的附加压强水头（ m ）。 附加压强水头按下式计算： 2 * 2 0 1 p / 2g h 0 2 式中： 0 —吼道断面中心半径（ m ） 计算结果，须满足以下条件： h B 、 a h a h v 式中： h —计算断面处的大气压强水柱高（ m ）； a
水利常用专业计算公式 一、枢纽建筑物计算 1、进水闸进水流量计算：Q=B0δεm(2gH03）1/2 式中：m —堰流流量系数 ε-堰流侧收缩系数 2、明渠恒定均匀流的基本公式如下: 流速公式： u＝ 流量公式 Q＝Au＝A 流量模数 K＝A 式中：C—谢才系数，对于平方摩阻区宜按曼宁公式确定,即
C＝ R—水力半径（m）； i—渠道纵坡； A—过水断面面积（m2)； n—曼宁粗糙系数，其值按SL 18确定. 3、水电站引水渠道中的水流为缓流。水面线以a1型壅水曲线和b1型落水曲线最为常见。求解明渠恒定缓变流水面曲线，宜采用逐段试算法，对棱柱体和非棱柱渠道均可应用。逐段试算法的基本公式为 △x= 式中：△x—-流段长度（m）； g——重力加速度（m/s²)； h1、h2——分别为流段上游和下游断面的水深（m）; v1、v2——分别为流段上游和下游断面的平均流速（m/s）; a1、a2——分别为流段上游和下游断面的动能修正系数；
-—流段的平均水里坡降，一般可采用 或 式中：h f——△x段的水头损失（m）； n1、n2——分别为上、下游断面的曼宁粗糙系数，当壁面条件相同时，则n1=n2=n； R1、R2——分别为上、下游断面的水力半径(m)； A1、A2—-分别为上、下游断面的过水断面面积（㎡）； 4、各项水头损失的计算如下： （1）沿程水头损失的计算公式为 （2)渐变段的水头损失，当断面渐缩变化时,水头损失计算公式为： 5、前池虹吸式进水口的设计公式 （1）吼道断面的宽高比：b0/h0=1。5—2.5； （2）吼道中心半径与吼道高之比:r0/h0=1.5—2。5; （3）进口断面面积与吼道断面面积之比：A1/A0=2-2。5； （4）吼道断面面积与压力管道面积之比:A0/A M=1—1。65；
第一章明渠水力计算 明渠水力计算分为明渠均匀流计算及明渠非均匀流计算，这不仅是渠道工程设计的主要计算项目，也是灌区水工建筑物设计中最基本的水力计算项目。在渡槽、涵洞、陡坡等建筑物的设计中，常需推算水面线，水面线的推算属于明渠非均匀流计算。消能计算中的下游尾水深计算及渡槽槽身的水力计算都是明渠均匀流计算；水面线计算中的正常水深也是按明渠均匀流计算。因此本书将首先在此简要介绍明渠水力计算。 第一节单式断面明渠均匀流水力计算 一、计算公式 明渠均匀流的基本计算公式如式(1—1)一式(1—3)； 二、计算类型 根据设计条件及要求，单式断面明渠均匀流一般可分为以下(种计算情况： (1)已知设计流量、渠底比降及渠底宽，计算水深。 (2)已知设计流量，渠底比降及水深，计算渠底宽。 (3)已知设计流量及过水断面面积、计算渠底比降。 (4)已知过水断面面积及渠底比降，计算过水流量。 上述第(3)、(4)两种情况可由式(1—1)直接求得计算结果，但不是设计中的主要计算情况．第(1)、(2)两种情况，因式(1—1)中的w、R、C 等值均包含有渠底宽及 第1页 水深两个未知数，因此不可能由式(1—1)简单求解，而需要经过反复试算才能得到计算结果，这两种是设计中常见的情况，为了减少计算工作量，过去多是借助有关的计算图表进行计算，现在则可采用电算。 三、算例 现以算例介绍单式断面明渠均匀流不同计算情况的计算方法和步骤。 [例1—1，已知某梯形断面渠槽的渠底宽为b＝1．5m，水深为h--3．2m，边坡系数
[例1—2] 已知某梯形断面渠槽的设计流量为Q＝20．07m^3／s，渠底宽为b--1．Sm，边坡系数为m--2．5，渠底比降i=1／7000，糙率为n=0．025。试计算渠道水深。 解：本倒不可能由式(1—1)一次算出水深，需通过假定不同的水深反复试算才能求得所需值。计算步骤是首先假定一个水深值，计算相应的w、R、C等值，然后按式(1—1)计算过水流量，如流量计算值小于设计流量，表明假定的水深偏小，再加大水深值重新计算；反之，则表明假定的水深偏大，再减小水深值重新计算，如此反复多次，直至按假定的水深计算的过水流量渐进等于设计流量时，该水深即为所求水深。 现假设水深为h=3．2m． 按例1—1步骤算得：w＝30．4(m^2)；R＝1．623(m)；C＝43．36(m^0.5／s) 按式(1—1)计算过水流量为：Q＝20．o?(mVs) 因上述流量计算值等于设计流量，表明假定的水深3．2m即为所求水深。本例省略了试算过程。 本例如是已知设计流量、渠道水深及渠底比降，要求计算确定渠底宽，也同样按上述步骤进行试算。 [“明渠均匀流水力计算程序”计算示例] 按例1—1及例1—2的基本资料，“明渠均匀流水力计算程序”的计算显示输出如下。 明渠均匀流水力计算 程序编制说明 (1)本程序用于明均匀的渠道过水断面计算及临界水深计算： (2)程序可根据需要分别对以下5种情况进行计算 1)已知流量．渠废宣及比降，计算水深： 第2页 <<上一章下一章>> 工成网 第二章水闸过水能力(孔径)计算 第一节开敞式水闸过水能力(孔径)计算 平底开敞式水闸过闸水流的流态为宽顶堰流，根据SL265—2001《水闸设计规范》(以下简称《规范》)，其闸孔总净宽B。按式(2—1)一式(2—6)计算：
广东省吴川市城市防洪工程 初步设计阶段 洪水水面线计算书 ----------设计院 工程设计证书：--级1991178-sy 二00六年六月
鉴江及袂花江洪水水面线推算 一、基本资料 1)、断面资料 鉴江及塘尾河河道横断面为实测断面，断面间距180米~990米。袂花江河道横断面为实测断面，博茂减洪河8号断面以上为设计断面,8号断面以下为实测断面。断面间距为150米~1150米。 ２）、用糙率 鉴江干流及分洪河平均水深较深,河面较宽,分析确定鉴江干流糙率为0.027，塘尾分洪河糙率为0.03。袂花江及分洪河平均水深较深,河面较宽,分析确定袂花江糙率为0.03，博茂分洪河糙率为0.027。 二、洪潮组合方案的确定 1、鉴江及袂花江堤防设计标准为50年一遇。 2、洪潮组合采用《广东省城乡水利防灾减灾工程建设指引》中推荐的洪潮组合计算方法：“对于下游河口有洪潮遭遇组合的河道，考虑到洪潮遭遇的不同组合，受潮影响大小等，河道设计水面线可采用以洪水为主的设计洪水水面线和以潮水为主的设计洪水水面线的外包线作为成果。对以洪水为主的设计洪水水面线确定，可采用以常遇潮位（多年平均或五年一遇）为起推水位，用河道设计洪水洪峰流量推求。对以潮水为主的设计洪水水面线确定，则采用以设计潮位为起推水位，用河道常遇洪水（多年平均）洪峰流量推求。” 本次城防工程设计的洪潮组合根据上述原则，采用多年平均高潮位，遭遇50年一遇洪水水面线和50年一遇潮位遭遇2年一遇洪水
水面线的外包线作为设计成果。 三、鉴江洪水水面线推算 鉴江干流集水面积6320平方公里，干流河长231公里，境内河长46.3公里,河床坡降0.000374,塘尾河为鉴江干流的分洪河，全长3.1公里。 1、鉴江干流起推水位、流量的推求 1）鉴江及塘尾分洪河出海口断面起推潮位的确定 根据《广东省海堤工程设计导则（试行）宣贯材料》，鉴江的多年平均高潮位为2.52米，50年一遇高潮位为4.26米。 2)鉴江30#断面下游及塘尾河分流量的推求 采用广东省水利厅推荐的天然河道水面线计算程序HD-5进行水位及分流量的推求。 Ｉ、起推潮位为平均高潮位（2.52米）。 （一）鉴江干流30#断面下游水位～流量关系的推求 A）根据二○○四年湛江市水利水电勘测设计院编写的《广东省吴川市大岸1、2号水闸和大岸3号水闸水文分析报告》的计算结论，大岸1、2、3号闸，闸上最高设计闸排水水位为2.5米，低于闸下多年平均高潮位2.52米，因而本次从沙角漩河口采用2.52米潮位推求鉴江干流水面线，不考虑鉴西大岸闸的排水。 吴阳坝位于鉴江出海口上游19号断面处，此坝已经运行四十多年，残旧不堪，经吴川市水利局和湛江市水利局安全鉴定为四类坝，属拆除重建工程，初步规划在吴阳原坝址附近建深水闸，初步规划深