關(guān)于山區(qū)河道糙率變化規(guī)律的探討

楊建明

【摘要】筆者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探討了山區(qū)水利水電工程河道糙率的確定問題，對(duì)常用的確定糙率的方法進(jìn)行了總結(jié)，在此基礎(chǔ)上分析了山區(qū)河道糙率變化的基本規(guī)律，為水利水電工程糙率的推求提供了指導(dǎo)借鑒。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)河道；糙率；規(guī)律

1、山區(qū)河道糙率的確定

糙率（系數(shù)）是用于反映渠道槽壁面粗糙狀況及對(duì)水流影響程度的一個(gè)系數(shù)指標(biāo)，山區(qū)河道的糙率受到河道斷面形態(tài)、河床粗糙程度、植被生長情況、河道彎曲狀況、水位、沖淤及河道建筑物情況等諸多因素影響，故而在山區(qū)河道水力計(jì)算中，河道糙率的計(jì)算是否恰當(dāng)對(duì)河道水力計(jì)算結(jié)果影響很大。

1.1 水力學(xué)方法

這種方法是基于實(shí)測水文資料的糙率推算，對(duì)于山區(qū)某一典型河段，根據(jù)所獲得的實(shí)測水位、流量Q、斷面面積A及濕周X等資料，通過運(yùn)用謝才曼寧公式求得糙率。曼寧公式自從十九世紀(jì)問世以來就一直受到各國水利工程師的推崇，主要原因是由于其公式簡單、所含物理變量少，且糙率n值的計(jì)算是建立在大量實(shí)測資料積累基礎(chǔ)上，所以只要n值計(jì)算準(zhǔn)確，曼寧公式基本可以滿足山區(qū)河道水力學(xué)計(jì)算的準(zhǔn)度要求。

通過采用均勻流公式進(jìn)行山區(qū)天然河道糙率的確定，但是首先必須確定合理的C值，如若C值選取過大，則會(huì)因?yàn)榍罃嗝娉叽绮缓弦蠖l(fā)生滿溢事故，相反，C值選取過小，則會(huì)造成斷面尺寸過大的浪費(fèi)。C值的大小反映了山區(qū)河道周邊綜合性影響因素，其中最主要的影響因素是河道表面的粗糙度，包括粗糙突起情況、不規(guī)則性等，而河道表面的粗糙程度對(duì)流速的影響可以用糙率n表示，兩者之間的關(guān)系如下：

這是當(dāng)前確定山區(qū)河道糙率運(yùn)用較為廣泛的一個(gè)公式，按上式，C值是糙率n和水力半徑R的函數(shù)，但是R對(duì)C的影響比n的影響更小一些，n越小則阻力越小，平均流速取值越大。對(duì)于山區(qū)多段河段，在水文資料欠缺時(shí)，可以假設(shè)各典型河段糙率并確定水面曲線，經(jīng)過水面線的反復(fù)試算與調(diào)整使得水面曲線與站點(diǎn)實(shí)際情況相吻合，進(jìn)而進(jìn)行各個(gè)河段糙率的確定。

山區(qū)河道呈現(xiàn)非均勻流動(dòng)，n值的選取更為困難，必須通過對(duì)實(shí)際河流流量進(jìn)行測定進(jìn)而確定糙率值，山區(qū)河道一般包括槽身順直、水面寬度與斷面形式較為一致的河段，根據(jù)實(shí)測流量值Q、水力半徑R及水面坡度等變量值，便可推求出n與C值。

1.2 查表法

這種方法適用于山區(qū)河道實(shí)測資料短缺的情況，運(yùn)用查表法（表1）時(shí)必須根據(jù)山區(qū)河道實(shí)際情況，選擇情況最為接近的河道的糙率，此方法具有較大的任意性，其結(jié)果很難作為設(shè)計(jì)依據(jù)，一般只做為進(jìn)一步分析的參考見表一。

2、山區(qū)河道糙率變化規(guī)律分析

2.1 固定斷面n隨水位的變化規(guī)律

山區(qū)河道糙率n受水位H的影響較大，且呈現(xiàn)不同變化，概括而言，水位H與山區(qū)河道糙率n之間的關(guān)系包括以下幾種類型。

“L”型曲線。對(duì)于河床阻力較大的山區(qū)單一河道，中高水位部分n隨著H的增大而遞減并漸趨穩(wěn)定，低水位部分n值逐漸增大，且水位很低情況下，n值變得不穩(wěn)定。

“C”型曲線。對(duì)于河段底坡不均勻且正常水位以下岸壁植物較少、正常水位以上岸避粗糙植被較多的山區(qū)河道，低水位部分n值隨水位升高而遞減，至正常水位后，n值隨水位升高而逐漸增大。

“J”型曲線。對(duì)于窄深且河床名較為平整且由沙質(zhì)或大沙礫石組成的山區(qū)河道，低水位部分n值較小，隨水位增加n值起初緩慢增加，至中高水位后n值隨水位增加而接近垂直線性，增加幅度很小。

2.2 山區(qū)河道比降變化規(guī)律

比降是指山區(qū)河道河流洪水輸移演進(jìn)的動(dòng)力值，與河槽斷面形態(tài)劇烈變化相反，在山區(qū)河道河流沖擊過程中比降的變動(dòng)是緩慢的，通過含沙洪水的模型塑造便可推求出斷面形態(tài)的變化及山區(qū)河道比降值的大小。但是河流的調(diào)整與變動(dòng)往往會(huì)減弱流速的沿程變化，其是通過河寬影響水深以進(jìn)行比降值調(diào)整，此時(shí)流速會(huì)始終保持較高值，將上游洪水?dāng)y帶的泥沙大量輸送至上游。比降變緩則河寬減小，水深增加，可以通過穩(wěn)定流速來維持山區(qū)河道的輸沙平衡。

3、結(jié)語

糙率n的取值受到河道斷面形狀、流程、季節(jié)、河床及沖淤變化、水流等因素影響較大，當(dāng)山區(qū)河道上下游各因素存在差異時(shí)，必須分段確定糙率值。糙率的取值除受到上述客觀因素影響外，還與所采用的計(jì)算方法、公式等有關(guān)，即所采用的推求方法不同，所求得的糙率也會(huì)存在差別。

采用通過計(jì)算洪水比降反求糙率方法時(shí)，會(huì)出現(xiàn)同一山區(qū)河段n值不同且相差很大的不合理現(xiàn)象；采用水力學(xué)方法推求糙率時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)所求糙率值不穩(wěn)定，水面線呈發(fā)散狀態(tài)及兩個(gè)不同量級(jí)的水面線相交叉等不合理現(xiàn)象，如遇上述情況必須結(jié)合實(shí)測資料認(rèn)真分析出現(xiàn)不合理現(xiàn)象的原因，并及時(shí)采取合理措施糾正誤差。

大多數(shù)山區(qū)河道糙率取值較低，且隨著H的增加糙率n遞減，而中高水位糙率n隨H的增加反而增加或趨于穩(wěn)定，因此在進(jìn)行糙率計(jì)算時(shí)必須慎重考慮與分析可能的影響因素，在相互驗(yàn)證基礎(chǔ)上選擇合適的計(jì)算方法，防止較大推算誤差的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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