沙河水面线推求过程
1.1 水面线计算理论基础
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：
2g
2g 2
1w 2221V h V Z Z αα-
++= （1-1）
式中： 1Z 、1V ——上游断面的水位和平均流速； 2Z 、2V ——下游断面的水位和平均流速；
j f w h h h +=——上、下游断面之间的能量损失； l R
C V
h f 22
=
——上、下游断面之间的沿程水头损失；
)22(2
12
2g
V
g V h j -=ζ——上、下游断面之间的局部水头损失；
ζ——局部水头损失系数，根据《水力计算手册》
，在收缩河段，一般局部水头损失系数ζ=0；在扩散<段，由于2V <1V ，所以ζ<0，其中在渐扩段，
ζ取值-0.333，急扩段、桥渡处ζ取值-0.05~-0. 1。
C ——谢才系数； R ——水力半径；
α——动能修正系数。
分段求和法计算时，应注意以下及点：第一，把已知水深的断面作为起始断面。第二，明渠中水流必须是恒定流，并且流量沿程不变。第三，渠道糙率系数n 沿程不变。
（2）河道糙率
沙河河道与滩地糙率虽然有所不同，但相差较小，沙河主槽0.027，滩地0.03
对水位影响较小，这里统一按0.027取值计算。推求中一律按河道糙率计算。
1.2 计算过程
本次计算从K0+000断面到K14+400断面，河道纵断面变化如图1-1，图1-2。
图1-1 河道纵断面图
图1-2 沙河河道图
图1-3 河道局部横断面图、地形图
K1+600断面到K0+000断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K3+200断面到K1+600断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K4+800断面到K3+200断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K4+800断面到K5+600断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K7+200断面到K5+600断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。。K8+000断面到K7+200断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K8+800断面到K8+000断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K9+600断面到K8+800断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K11+200断面到K9+600断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K12+000断面到K12+800断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K13+600断面到K12+800断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K14+400断面到K13+600断面为渐扩段，
局部水头损失系数ζ=-0.333。
以推求K0+800 断面水深为例。K0+00 断面水深已知，H1=61.45，Q=3000。
图1-4 K0+00过流断面
以K0+00断面作为起始断面。由河流横断面图1-2得：A1=1785，χ1=190.3。
=1.680672（1-2）
V1=Q
A1
R1=A1/χ1=9.3799 （1-3）
=53.786（1-4）
C1=R11/6∗1
n
对K0+800 断面水深取值试算，最终计算结果为H2=61.59。
图1-5 K0+800过流断面
由河流横断面图1-3得：A2=2138.1，χ2=390.4。
V 2=Q
A 2
=1.403115 （1-5）
R2=A 2/χ2=5.47669 （1-6） C 2=R21/6∗1
n =49.173 （1-7） V
̅=0.5（V 1+V 2）=1.541894 （1-8） R
̅=0.5（R1+R2）=7.4283 （1-9） C =0.5（C 1+C 2）=51.479 （1-10） J =V ̅2
C 2R
̅=0.0001 （1-11） ℎf =0.96615 （1-12） ℎj =0.01438 （1-13）
585.62g
2g 2
1w 2212=-++=V h V H H αα （1-14）
可以认为此时所取断面水位满足要求，否则重新取值试算，直到满足要求。
1.3 计算结果
图1-6 水面线对比
结果：
表1-1 沙河设计水面线计算成果表 单位：m
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。
第一章天然河道水面线推算 百图软件既可以处理一个糙率的单式断面天然河道，又可以处理二个或任意多个糙率的复式断面天然河道，也可以处理河道某处出现江心洲或分叉情况，还可以处理整条河道上，支流汇入或流出、过桥水头跌差等情况。 缓坡河道应从下游向上游推算，根据经验及《水力学》教材的介绍，当最下游断面的起始水位无法确定时，可用该断面附近的正常水深对应的水位作为起始水位。陡坡河道应从上游向下游推算，根据经验，当最上游断面的起始水位无法确定时，可用该断面的临界水深或略小于临界水深对应的水位作为起始水位。 实际工程中，一条长距离的河道可能是缓、陡坡交替变化的情况，此时应先画出河底的纵断面图。根据纵断面图，当人工能够分辨出缓、陡坡的分界点，可人工划分成单一的缓坡或陡坡分别进行推算。当人工不能够分辨出缓、陡坡的分界点时，可假定该整条河道为缓坡，选择整条河道从下游向上游推算，若软件一直能进行推算，说明该段为缓坡；若软件不能进行推算，说明该段为陡坡。软件运行终止的断面，即为缓、陡坡的分界点，按此方法判断出整条河道上的所有缓、陡坡的分界点，把整条河道划分成单一的缓坡或陡坡分别进行推算。
第一节 一个糙率天然河道水面线推算 一、现状天然河道水面线推算 根据下式，即华东水利学院编《水力学》（1999年版）式，采用分段试算法，精确推算水位。 第一步、准备现状横断面数据文件 数据文件为txt 格式，在excel 中整理数据时必须另存为文本文件（制表符分隔）类型的txt 文件。 原始横断面测量成果表的内容格式如下： 横断测量成果表中，桩号允许带“+”或“-”，但不允许有其它非数字文本，程序通过加减号来识别桩号。起点距即是累距，零点桩的起点距为0。每个点的数据占一行，包括“起点距”、“高程”和“点注释”三项，中间用空格隔开，空格多少不受限制，其中“点注释”可以省略。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? g v g v K l Q g v z g v z 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 ? ? ?
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
沙河水面线推求过程 1.1 水面线计算理论基础 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： 2g 2g 2 1w 2221V h V Z Z αα- ++= （1-1） 式中： 1Z 、1V ——上游断面的水位和平均流速； 2Z 、2V ——下游断面的水位和平均流速； j f w h h h +=——上、下游断面之间的能量损失； l R C V h f 22 = ——上、下游断面之间的沿程水头损失； )22(2 12 2g V g V h j -=ζ——上、下游断面之间的局部水头损失； ζ——局部水头损失系数，根据《水力计算手册》 ，在收缩河段，一般局部水头损失系数ζ=0；在扩散<段，由于2V <1V ，所以ζ<0，其中在渐扩段， ζ取值-0.333，急扩段、桥渡处ζ取值-0.05~-0. 1。 C ——谢才系数； R ——水力半径； α——动能修正系数。 分段求和法计算时，应注意以下及点：第一，把已知水深的断面作为起始断面。第二，明渠中水流必须是恒定流，并且流量沿程不变。第三，渠道糙率系数n 沿程不变。 （2）河道糙率 沙河河道与滩地糙率虽然有所不同，但相差较小，沙河主槽0.027，滩地0.03
对水位影响较小，这里统一按0.027取值计算。推求中一律按河道糙率计算。 1.2 计算过程 本次计算从K0+000断面到K14+400断面，河道纵断面变化如图1-1，图1-2。 图1-1 河道纵断面图 图1-2 沙河河道图
天然河道水面线推算方法及基本参数的分析 天然河道水面线推算是河道防洪规划和整治建设工作的基础，是河道堤防工程设计的依据，水面线推算的合理性和科学性对水利工程的投资有直接的影响。本文主要介绍天然河道水面线的计算方法及基本参数的选取原则，为今后相关工程水力计算作参考。 标签：天然河道；水面线推算；基本参数分析 1、天然河道水面线计算公式 天然河道因其断面几何尺寸、坡度、粗糙系数一般沿程均会发生变化，水流一般为非均匀流。水面线计算主要理论依据是伯努利能量守恒方程，从下游向上游断面逐段推算水位，最终得出整个河段的水面线。基本方程式如下： 2、天然河道水面线计算中参数的确定 水面线计算中参数确定很重要，关系到计算结果的准确性，如糙率、比降均沿流程都有变化，而要准确确定参数，就必须尽可能的收集水文、泥沙、断面及河道地形等基础资料，包括历史洪水调查资料。 2.1河道糙率确定 河道糙率是反应河流阻力的一个综合性系数，也是衡量河流能量损失大小的一个特征量，它是水流与河槽相互相互作用的产物。所以影响河道糙率的因素有河槽方面也有水流方面，但两者相互作用，相互影响，无明显的划分界限。 河槽边壁及河床粗糙程度，滩地植被，河槽纵横形态、水位的高低变化等是主要因素。天然河道水面线计算糙率的确定主要有两种方法：一是有实测资料时，可采用河段附近现状河道纵横断面资料反推综合糙率；二是无实测资料时可根据河道现状平面形态、河床组成、床面及滩地植被情况，参照《水力计算手册》和以往同类工程确定，偏重于安全考虑，在河道整治工作中糙率适当选小些，在防洪规划中适当大一些。 2.2起推断面与起推水位的确定 一是水流为缓流时起推断面一般选在推算河段下游，急流时选在上游；二是附近下游有水文站时以水文站为起推断面，依据实测水位资料分析不同标准洪水位，当缺乏高标准的水位流量关系时可适当将水位流量关系外延；三是附近下游有调查的历史洪水的水位流量关系时可以采用均匀法求调查断面近似的水位流量关系，从而确定起推断面水位流量关系；四是没有实测资料时，起推断面大多选定与有设计校核水位流量关系的跨河桥或其他有控制的断面，应由此修正起推断面的水位；五是当没有水文站或控制工程时，起推断面一般由河段末端向下游
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。
河道水面线推求及参数 选取方法 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
设计洪水水面线推算 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： 式中： 1Z 、1V ——上游断面的水位和平均流速； 2Z 、2V ——下游断面的水位和平均流速； j f w h h h +=——上、下游断面之间的能量损失； l R C V h f 22=——上、下游断面之间的沿程水头损失； )22(2221g V g V h j -=ζ——上、下游断面之间的局部水头损失； ζ——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ζ 取值，桥渡处ζ取值~0. 1。 C ——谢才系数； R ——水力半径； α——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x N xn n ∑=1当 ；设总湿周 x 的各组成部分1x ，2x ，……N x 及所对应的粗糙系数分别为n 1，n 2……n N 。 1糙率的选取
河道糙率影响因素有河槽方面也有水流方面。河槽边壁及河床粗糙程度，滩地植被，河槽纵横形态的变化是主要因素。大洪水糙率小于小洪水糙率，若附近有大洪水资料时可采用河段附近现状河道纵横断面资料反推综合糙率；若河道纵横断面于大洪水有较大变化时应在河道原貌的基础上反推糙率；反推糙率实际上小于实际糙率。无资料时可根据经验参照水力计算手册确定，偏重于安全考虑，在河道整治工作中糙率适当选小些，在防洪规划中适当大一些。 2起推断面与起推水位的确定 水流为缓流时起推断面一般选在推算河段下游，急流时选在上游，附近下游有水文站时以水文站为起推断面，依据实测水位资料分析不同标准洪水位，当缺乏高标准的水位流量关系时可适当将水位流量关系外延。三是附近下游有调查的历史洪水的水位流量关系时可以采用均匀法求调查断面近似的水位流量关系，从而确定起推断面水位流量关系。四是没有实测资料时，起推断面大多选定与有设计校核水位流量关系的跨河桥或其他有控制的断面，应由此修正起推断面的水位。五是当没有水文站或控制工程时，起推断面一般由河段末端向下游延伸一段距离，距离的长短与河道纵坡有关，当起推断面的水位较难准确确定或不能确定起推断面是否受下游壅水影响时，应进行敏感性分析，即假定起推水位变化时，若河段末端水位没有明显变化，说明起推断面位置相对合适，否则向下游重新选取。 3推算断面的布设 河道水面线应逐段推算，河道分段，推断断面布设原则： 一是尽可能使断面间的水力坡度无明显变化；二是当河流有支流汇入或流量分出等流量突变时，需在突变位置加设断面；三是当有桥梁，涵洞等壅水不大的河道建筑时，在该位置增设断面；四是当存在橡胶坝等建筑物时，坝上，下均增设断面；五是当河道形状
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
第一章 天然河道水面线推算 本软件既可以处理单式断面的天然河道，又可以处理复式断面的天然河道。 第一节 天然河道水面线粗略推算 根据华东水利学院编《水力学》（1999年版）式9.18， ()23212K K K l Q z ++∆=∆ 采用分段试算法，逐段试算水位。 该公式适用于长距离顺直河道，过水断面宽度变化不大的情况，忽略了局部水头损失和流速水头。初步设计阶段也可用来粗略计算。 第一步、准备原始横断面测量成果表文件 原始横断面测量成果表的格式如下： 测量成果表中，桩号允许带“+”或“-”，但不允许有其它非数字文本，程序通过加减号来识别桩号。起点距即是累距，零点桩的起点距为0。每个点
的数据占一行，包括“起点距”、“高程”和“点注释”三项，中间用空格隔开，空格多少不受限制，其中“点注释”可以省略。 用户需用Windows下的记事本软件（操作方法为：开始\程序\附件\记事本）把原始测量记录输入整理成测量成果表，并保存成文本格式的文件，也可以用excel软件整理，切记保存成文本格式的文件，或者利用“断面工具”下的“测量数据转为成果表”功能把原始测量读数（来自水准仪、经纬仪、全站仪）转换为横断测量成果表，详细内容，请参考用户手册第九章的内容。 友情提示：用户须注意应保证横断面的两个端点高出可能达到的最高水位，即横断面能够“盛着”洪水。 横断成果表举例如下（小清河部分数据）：
当从下游向上游推算时，断面1为最下游的断面，断面2为近邻断面1的上游断面，依此类推。 当从上游向下游推算时，断面1为最上游的断面，断面2为近邻断面1的下游断面，依此类推。实际应用中，若原始数据文件顺序与推算方向不一致时，可以利用断面工具菜单下的“横断成果表上下游颠倒”工具进行倒换。 第二步、整理河道要素文件 河道要素为文本文件，格式举例如下： 桩号左滩槽分界点编号右滩槽分界点编号 36+260 12 22 35+320 5 16 34+550 3 12 33+670 6 12 32+740 3 11 31+860 5 12 31+570 3 16 图1-1 复式断面河道示意图 其中：滩槽分界点见图1-1示意图，滩槽分界点编号为河道测量断面的端点编号，编号规则为：从左到右，按0、1、2、3、4……的顺序编号。可以利用断面CAD系统的统计点号工具，直接从断面图上统计出点号，保存成河道要素文件，即直接从图形上分滩分槽。具体操作方法如下：从“断面”菜单