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9.9，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
⎪
⎪ ⎭
⎫
⎝ ⎛ - + ∆ +
+
= + 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
ξ α α
格隔开，空格多少不受限制，其中“点注释”可以省略。 横断测量成果表举例如下：
实际推算时，应保证横断数据顺序与推算方向一致，注意选择使用水面线推算对话框上的“横断数据顺序颠倒”核选框进行倒换。
第二步、批量绘制横断面图
用批量绘制现状横断面功能，读入第一步准备的数据，
画出河道横断面图，
根据图形校核数据文件的正确性。
第三步、对断面测量数据进行删减
因为测量数据，可能包含两岸堤防背坡的数据，堤顶及堤背坡的数据无用，须把该部分数据删除，只保留两岸堤防迎水坡及河道的数据。再一次用“批量绘制现状横断面”功能画出断面图。
第四步、生成河道糙率要素文件
图1-1 单式断面河道（一个糙率）示意图
软件按照断面上端点编号来确定不同糙率的范围，端点编号从左到右，按0、1、2、3、4……的顺序编排。假设15+350断面上共有15个端点，河道糙率要素文件的前三列可以写成：
桩号左滩槽分界点(点号) 右滩槽分界点(点号)
15+350 0 14
也可写成：
桩号左滩槽分界点(点号) 右滩槽分界点(点号)
15+350 0 999
即右分界点可以是大于总点数的一个很大的数字。
点菜单“水力计算”－>“单一糙率天然河道水面线”－>“统计生成一糙
率河道要素文件”，弹出对话框，在对话框中点取“横断数据文件名”按钮，在浏览方式下，选择第三步生成的数据文件，软件会自动生成糙率要素文件名，点确定按钮后，软件生成一个糙率的河道糙率要素文件，内容如下：
第五步、用记事本或excel打开第四步生成的文件，加入断面流量和过桥水位跌差值，构成以下内容，这就是推算河道水面线时需要的河道糙率要素文件，保存该文件为文本文件。
△h为水流流经桥梁断面时，水头变化的数值，不管具体推算方向如何，顺着水流方向，水头增加者△h为正值，水头降低者△h为负值。所以在实际推算时，△h均为负值。
第六步、推算水面线
从“水力计算”菜单栏点取“单一糙率天然河道水面线”－>“单一糙率天然河道水面线推算”菜单项，弹出图1-2所示的对话框，输入有关参数，按“原始数据文件名”按键，在浏览方式下指定记录原始横断面数据的文件名；按“河道要素文件名”按键，在浏览方式下指定记录河道要素信息的文件名，软件会自动计算书文件名和推算成果文件名（用户可以再行修改）。
设置完有关参数，点“推算”按钮，系统会生成推算成果文件。成果文件为纯文本表格格式，可用Excel、记事本（notepad）、写字板（wordpad）等软件打开，以便进一步编辑、打印。
图1-2 单一糙率河道水面线推算对话框
二、设计断面河道水面线推算
一般先确定河底的开挖高程，再假定填筑堤顶高程（堤顶高程假设的高低没有太大关系），按横断面模板的要求制作河道的设计要素文件，再用横断模板的功能批量绘制整条河道的横断面图，包括现状线和设计线，软件会自动生成设计断面对应的过水内轮廓数据（湿周断面数据），用来推算设计断面河道水面线推算，重复第一部分的步骤即可完成。
第二节 二个糙率天然河道水面线推算
一、现状天然河道水面线推算
指一个断面上有二个糙率值，一般河槽取一个糙率，左滩地和右滩地取另一个糙率，一般河槽糙率值较小，滩地糙率值较大。根据下式，采用分段试算法，精确推算水位。
其中：K 1 为左滩地的平均流量模数，K 2 为河槽的平均流量模数，K 3 为右滩地
的平均流量模数。
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
( ) ⎪ ⎪ ⎭ ⎫
⎝ ⎛ - + + + ∆ + + = + g v g v K K K l
Q g v z g v z 2 2 2 2 2 1 2 2 2 3
2 1 2 2
2
2 2 1
1 ξ α α
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。
横断测量成果表举例如下：
实际推算时，应保证横断数据顺序与推算方向一致，注意选择使用水面线推算对话框上的“横断数据顺序颠倒”核选框进行倒换。
第二步、批量绘制横断面图
用批量绘制现状横断面功能，读入第一步准备的数据，画出河道横断面图，根据图形校核数据文件的正确性。再一次用“批量绘制现状横断面”功能画出断面图。
第三步、对断面测量数据进行删减
因为测量数据，可能包含两岸堤防背坡的数据，堤顶及堤背坡的数据无用，须把该部分数据删除，只保留两岸堤防迎水坡及河道的数据。
第四步、生成河道糙率要素文件
图2-1 复式断面河道示意图
滩槽分界点见图2-1示意，滩槽分界点编号为河道测量断面线的端点编号。端点编号规则为：从左到右，按0、1、2、3、4……的顺序。点菜单“水力计算”－>“二个糙率天然河道水面线”－>“统计生成二个糙率河道要素文件”，在软件提示下，由用户在横断面图上，用鼠标点取左滩槽分界点和右滩槽分界点，软件会生成二个糙率的河道糙率要素文件，内容如下：
第五步、用记事本或excel打开第四步生成的文件，加入断面流量和过桥水位跌差值，构成以下内容，这就是推算河道水面线时需要的河道糙率要素文件，保存该文件为文本文件。
△h为水流流经桥梁断面时，水头变化的数值，不管具体推算方向如何，顺着水流方向，水头增加者△h为正值，水头降低者△h为负值。所以在实际推算时，△h均为负值。
第六步、推算水面线
从“水力计算”菜单栏点取“二个糙率天然河道水面线”－>“二个糙率天然河道水面线推算”菜单项，弹出图2-2所示的对话框，输入有关参数，按“原始数据文件名”按键，在浏览方式下指定记录原始横断面数据的文件名；按“河道要素文件名”按键，在浏览方式下指定记录河道要素信息的文件名，软件会自动计算书文件名和推算成果文件名（用户可以再行修改）。
设置完有关参数，点“推算”按钮，系统会生成推算成果文件。成果文件为纯文本表格格式，可用Excel、记事本（notepad）、写字板（wordpad）等软件打开，以便进一步编辑、打印。
图2-2 二个糙率河道水面线推算对话框
二、设计断面河道水面线推算
一般先确定河底的开挖高程，再假定填筑堤顶高程（堤顶高程假设的高低没有太大关系），按横断面模板的要求制作河道的设计要素文件，再用横断模板的功能批量绘制整条河道的横断面图，包括现状线和设计线，软件会自动生成设计断面对应的过水内轮廓数据（湿周断面数据），用来推算设计断面河道水面线推算，重复第一部分的步骤即可完成。
第三节 多个糙率天然河道水面线推算
一、现状天然河道水面线推算
指一个断面上有多级滩地的情况，可以取多个糙率值，也可适用一段河道上下游各个断面取不同糙率的情况。根据下式，采用分段试算法，精确推算水位。
其中：K 1 为断面第一分块的平均流量模数，K 2为断面第二分块的平均流量模
数，…，K n 为断面第n 分块的平均流量模数。
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：
( )
⎪
⎪
⎭
⎫
⎝ ⎛ - + .... + ∆ +
+
= + g v g v K
K K l
Q g
v z g
v z 2 2 2 2 2 1 2 2 2
n
2 1 2 2
2
2
2
1
1
ξ α α
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。
横断测量成果表举例如下：
实际推算时，应保证横断数据顺序与推算方向一致，注意选择使用水面线推算对话框上的“横断数据顺序颠倒”核选框进行倒换。
第二步、批量绘制横断面图
用批量绘制现状横断面功能，读入第一步准备的数据，画出河道横断面图，根据图形校核数据文件的正确性。
第三步、对断面测量数据进行删减
因为测量数据，可能包含两岸堤防背坡的数据，堤顶及堤背坡的数据无用，须把该部分数据删除，只保留两岸堤防迎水坡及河道的数据。再一次用“批量绘制现状横断面”功能画出断面图。
第四步、生成河道糙率要素文件
图3-1 多级滩地河道断面示意图
软件按照断面上端点编号来确定不同糙率的范围，端点编号从左到右，按0、1、2、3、4……的顺序编排。点菜单“水力计算”－>“多个糙率天然河道水面线”－>“统计生成多个糙率河道要素文件”，在软件提示下，由用户在横断面图上，用鼠标点取不同糙率的分界点，软件会生成多个糙率的河
道糙率要素文件，内容如下：
第五步、用记事本或excel编辑生成流量要素文件
流量要素文件中包含流量和过桥跌差△h项，过桥跌差△h为水流流经桥梁断面时，水头变化的数值，不管具体推算方向如何，顺着水流方向，水头增加者△h为正值，水头降低者△h为负值。所以在实际推算时，△h均为负值。
流量要素文件举例如下：
第六步、推算水面线
从“水力计算”菜单栏点取“多个糙率天然河道水面线”－>“多个糙率天然河道水面线推算”菜单项，弹出图3-2所示的对话框，输入有关参数，按“原始数据文件名”按键，在浏览方式下指定记录原始横断面数据的文件名；按“河道要素文件名”按键，在浏览方式下指定记录河道要素信息的文件名，软件会自动计算书文件名和推算成果文件名（用户可以再行修改）。
设置完有关参数，点“推算”按钮，系统会生成推算成果文件。成果文件为纯文本表格格式，可用Excel、记事本（notepad）、写字板（wordpad）等软件打开，以便进一步编辑、打印。
图3-2 多个糙率河道水面线推算对话框
二、设计断面河道水面线推算
一般先确定河底的开挖高程，再假定填筑堤顶高程（堤顶高程假设的高低没有太大关系），按横断面模板的要求制作河道的设计要素文件，再用横断模板的功能批量绘制整条河道的横断面图，包括现状线和设计线，软件会自动生成设计断面对应的过水内轮廓数据（湿周断面数据），用来推算设计断面河道水面线推算，重复第一部分的步骤即可完成。
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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
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.
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： 2g 2g 21w 2221V h V Z Z αα-++= 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0.333，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。 （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；五是当河道形状有明显扩宽或缩窄等变化时，变化位置应增设断面。计算河段的长度，分段数量等，可根据河道的宽度，比降，河势变化确定。当河流
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
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。
浅谈天然河道水面线推算要点及改进方法 摘要：天然河道水面线推算是河道整治与建设工作的基础，是江河堤防工程设计的重要依据，在堤防工程建设和整治中发挥着重要的作用。本文通过对天然河道水面线的推算的要点进行分析，并对水面线推算方法及改进进行探讨，以作实践参考。 关键词：天然河道;水面线推算;问题分析 水面线推算是天然河道治理防洪规划和水利工程建设中的一个重要的工作内容，水面线推算的合理性和科学性对水利工程的效益产生直接影响。然而，由于河道断面的不规则，河底坡降的不断变化，尤其是天然河道的水面线计算，是比较复杂的。天然河道的水流一般是非恒定非均匀流，河道中各种水力要素随时间的变化相对缓慢，可以认为天然河道在一定时间内是恒定非均匀流。在水利工程建设工作中，需要计算水面线时，经常计算不出结果或者计算的结果不合理，这时就需要我们掌握正确的水面线推算方法，根据天然河道恒定非均匀流水面线的计算公式，对天然河道水面线的计算前期的整理资料、划分河段、确定各参数进行计算，并指出水面线成果合理性和科学性。 一、天然河道水面线推算前期工作要点分析 1.1 准确收集地形资料 准确的计算水面线，要依赖于较为完整的河道地形资料，计算前要对地形资料加以分析以适应水面线计算的要求。横断面资料两岸高程应测到设计洪水位以上，水下部分应测完整，并要对断面资料加以分析，不是有效的过水面积如挖沙的深坑要进行断面修订。纵断面资料应包括沿程高中低水位的同时水面线，以便了解水流沿程变化情况，还应沿河段进行洪水调查。 1.2 计算河段的划分 水面线计算是逐段进行的，需要将计算河道划分为若干个计算断面，河道分段是否恰当直接影响水面线的计算成果，计算河段的划分应遵循以下原则： (1)每个计算河段内过水断面的形状、尺寸、糙率、比降等变化不应太大。 (2)在一个计算河段内上下游断面水位差不能过大，一般平原河流取0.2～1.0米，山区河 流取1.0～3.0米。 (3)每个河段内没有支流流入或流出，若河道有支流存在，在支流汇入或分出的河段处， 由于流量有变化，应在支流汇入或分出点前后加设断面，设的断面位置应使同一河段的流量沿程不变。由于支流的汇入或分出，将引起下游河段流量的改变，因此应考虑流量的变化。
河道水面线推求及参数选 取方法 Revised by Hanlin on 10 January 2021
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0.333，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。 （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