水面线计算程序

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：式中：乙、Z i 为计算段上、下游断面水位；V 2、V 为计算段上、下游断面平 均流速，2、 i 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aa 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 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：3 A V dA式中：V 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。

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， 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 Z 2M 22g h f h j扩散段取=-0.5〜-1.0 ;对于收缩段 =0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：式中：L 为计算段上下游断面间距（m ，K 为流量模数，K CAJR ，—般采用扛 K7是上下两断面的流量模数；C 为谢才系数，C 朴， 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:2 2 准 V 2_） （2g 2g ）式中： 为局部阻力系数。

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：2g2g 21w 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 RC Vh f 22=——上、下游断面之间的沿程水头损失；)22(2122gVg 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。

hecras计算水面线实例
以下是HEC-RAS计算水面线的实例步骤：
1.首先，打开HEC-RAS软件，创建新项目。

2.创建新模型。

选择新项目后，输入模型名字和文件夹路径。

选
择创建HDF5文件，然后点击“确定”。

3.添加河道数据。

点击“流量分析”选项卡，然后点击“河道”
选项，添加河道数据。

4.添加断面数据。

在“流量分析”选项卡下的“河道”选项中，
添加断面数据。

5.定义边界条件。

添加所有的边界条件，包括河流的初始条件和
边界值。

6.设置水文条件。

在“流量分析”选项卡下的“水文计算”选项中，选择水文条件。

输入降雨量、雪深、蒸发量，然后点击“确定”。

7.设置初值条件。

选择“流量分析”选项卡下的“初值条件”选项，输入初始条件值，例如河流的水深、速度等。

8.计算水面线。

选择“计算水面线”选项卡，单击“计算水面线”按钮。

程序将运行出水面线的计算结果。

9.查看结果。

查看计算结果并进行水力学分析，例如河道流量、
水位、压力等等。

这些步骤将帮助您在HEC-RAS中计算水面线，从而帮助您进行水
力学分析和优化工作。

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。

水面线计算简介水面线计算是指在地理信息系统（GIS）领域中，根据地形和水文条件，通过模拟算法计算出水体在不同液态水位下所形成的水面轮廓线。

水面线计算在水利工程、河流管理、环境保护和城市规划等领域具有重要的应用价值。

算法原理水面线计算的核心算法是基于地理信息系统中的高程数据和水文条件模型。

下面是水面线计算的基本原理：1.高程数据获取：首先，需要获取地理信息系统中的高程数据。

高程数据可以是数字高程模型（DEM）或其他形式的地形数据。

2.确定起始点：根据水位的高低，选择一个起始点作为计算的初始点。

通常情况下，选择地理信息系统中的一个合适的点作为起始点。

3.计算相邻点：根据起始点，计算其相邻点的高程数据，并判断相邻点是否在水位以下。

如果相邻点在水位以下，则将其加入到水面线计算的点集中。

4.递归计算：根据已有的点集，继续计算相邻点的高程数据，并判断相邻点是否在水位以下。

如果相邻点在水位以下，则将其加入到水面线计算的点集中，直到没有新的相邻点在水位以下为止。

5.生成水面线：根据计算得到的点集，生成水面线。

通常情况下，水面线是由一系列离散点组成的多边形。

算法实现水面线计算可以使用各种编程语言和地理信息系统软件实现。

下面以Python语言为例，介绍一种基于DEM的水面线计算方法。

import numpy as npdef waterline_calculation(dem, water_level): # 获取DEM数据的行数和列数rows, cols = dem.shape# 初始化水面线点集waterline_points = []# 遍历DEM数据的每一个像元for i in range(rows):for j in range(cols):# 判断像元的高程是否在水位以下if dem[i, j] < water_level:# 将水位以下的像元加入到水面线点集中 waterline_points.append((j, i)) return waterline_points使用上述代码可以实现根据给定的DEM数据和水位高度，计算出水面线的功能。

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。

4.3下细坑涌河道水面线计算
由于本项目的建设为对现状下细坑涌长115m （2号涌）进行整治，因此，需对整治后下细坑涌的过流能力进行计算，采用水面线公式计算。

4.3.1 计算方法
采用渠道恒定渐变流水面曲线的计算，需要求解明槽恒定渐变流的微分方程：
J i ds
dE s
-= （4-8）
式中：J 、i ——渠道的水力坡度和底坡； s ——渠道沿流动方向的沿程坐标，m ； E s ——明槽过水断面的断面比能，m 。

小底坡渠道的断面比能表达式为：
2
2
2
22gA
Q h g
v h E s αα+
=+
= （4-9）
式中：Q ——流量，m 3/s ； g ——重力加速度，m/s 2； α——动能修正系数； h ——水深，m ； v ——流速，m/s ； A ——过水断面面积，m 2；
4.2.2 设计水面线计算
1）起始断面的水位
本文以下细坑涌河口处的针咀水闸闸前水位，作为下细坑涌设计水面线计算的起始水位。

已知2号涌设计洪峰流量为3.859m3/s，由起始断面的水位流量关系得出起始水位为4.22m。

2）河道糙率
本设计河涌护岸和河底材料为现浇C30砼，根据《水力计算手册》（第二版），本设计河涌糙率n采用0.017。

3）设计水面线成果
以前述起始断面的水位作控制，根据整治后下细坑涌横断面及河道糙率，采用式4-8、4-9推求20年一遇洪水时的水面线，成果见表4-7。

表4-7 整治后下细坑涌设计水面线成果表。

河道水面线推求————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ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：2g2g 21w 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 RC Vh f 22=——上、下游断面之间的沿程水头损失；)22(2122gVg 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。