【摘要】采用一個(gè)綜合糙率計(jì)算設(shè)計(jì)工程斷面水位流量關(guān)系普遍被采用，本文總結(jié)研究葉爾羌河上幾個(gè)水利工程設(shè)計(jì)后，探究出將綜合糙率分成幾段以便提高水位流量計(jì)算成果精度的方式。運(yùn)用葉河上水文站和水利工程計(jì)算值與實(shí)測(cè)資料的對(duì)比分析，驗(yàn)證了上述方法的有效性，供廣大同行借鑒。

【關(guān)鍵詞】糙率；水位流量；確定方法；復(fù)式斷面

引言

在水利工程設(shè)計(jì)中，新建的工程往往離有觀測(cè)資料的水文站較遠(yuǎn)，在根據(jù)水利工程設(shè)計(jì)要求計(jì)算設(shè)計(jì)斷面天然河道的水位流量關(guān)系時(shí)，往往是根據(jù)實(shí)測(cè)大斷面和洪水調(diào)查資料，采用曼尼公式進(jìn)行計(jì)算，而在計(jì)算過(guò)程中人們往往采用一個(gè)綜合糙率。筆者采用以上方法發(fā)現(xiàn)在擬定的水位流量關(guān)系與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)有一定誤差，通過(guò)翻閱相關(guān)文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)斷面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析研究驗(yàn)證了以上方法的有效性，并分析出綜合糙率選擇的改進(jìn)方法。

1、設(shè)計(jì)斷面水位流量確定

在水利工程的前期階段采用實(shí)測(cè)的縱橫斷面，根據(jù)不同水位計(jì)算出比降J、斷面面積A、水力半徑R等，根據(jù)河道的糙率n值表查找出相應(yīng)河段的糙率，應(yīng)用明渠均勻流的公式計(jì)算出水位流量關(guān)系。

隨著設(shè)計(jì)階段的深入，在設(shè)計(jì)斷面設(shè)立水尺對(duì)水位進(jìn)行觀測(cè)，設(shè)立或采用現(xiàn)有水文站觀測(cè)流量，利用實(shí)測(cè)資料對(duì)計(jì)算成果進(jìn)行修正。

2、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算值驗(yàn)證

采用以上方法發(fā)現(xiàn)計(jì)算的水位流量關(guān)系與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)有一定誤差如圖1所示，糙率取0.03時(shí)高水部分吻合較好，糙率取0.04時(shí)中部吻合較好，而糙率取0.05時(shí)低水部分吻合較好。結(jié)合卡群水文站實(shí)測(cè)糙率在大斷面圖上分布可見(jiàn)糙率隨水位增大而減小。定量分析可見(jiàn)采用糙率0.03與0.05計(jì)算的相同流量在2000m3/s時(shí)水位相差0.9m，流量在3500m3/s時(shí)水位相差1.05m，流量在5200m3時(shí)水位相差1.2m。

圖1采用不同糙率計(jì)算卡群水文站的水位流量關(guān)系

筆者原以為誤差主要由測(cè)量誤差，比降誤差或計(jì)算造成，但翻閱相關(guān)文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)：測(cè)量本身必然存在誤差，但水面比降難具代表性不僅是觀測(cè)誤差所致，而且同河流本身水面特性異常復(fù)雜有關(guān)；由于工程斷面的測(cè)量一般在枯水期進(jìn)行，而洪水調(diào)查很難查找出不同流量級(jí)水位的比降，因此工程中一般采用水面比降或河底比降進(jìn)行計(jì)算。

3、分析與比較

在工程應(yīng)用中若處于前期規(guī)劃階段可直接采用中間的糙率計(jì)算成果，但隨著工程的深入及不同性質(zhì)的工程，必須有較高精度計(jì)算成果。如阿爾塔什水庫(kù)工程，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇，所計(jì)算的水位處于斷面上的較高位置，該工程采用小糙率（0.03）基本可以反映處于較高水處的水位流量關(guān)系，但該工程還有生態(tài)電站，就要求為常年平均流量對(duì)應(yīng)的水位。而葉爾羌河防洪工程時(shí)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水經(jīng)過(guò)阿爾塔什圍堰調(diào)蓄后，約相當(dāng)于天然狀況下的4年一遇的情況，因此應(yīng)采用大糙率，0.04-0.05才能反映中低水處的水位流量關(guān)系。

根據(jù)卡群水文站圖2中的橫斷面圖中可以明顯的發(fā)現(xiàn)水位在7m附近有一個(gè)邊灘，在9.5m附近是第二個(gè)灘地。根據(jù)河道的糙率n值表，可查出山區(qū)河流河床為礫石、卵石及少許孤石河段糙率取值約為0.03～0.05。低水位時(shí)床面的凹凸不平造成糙率較大，取較大值0.05進(jìn)行水位流量計(jì)算；水位高出第一個(gè)灘地后，糙率減小，選用0.04；水位高出第二個(gè)灘地后，糙率更小，選用0.03。采用分段糙率計(jì)算并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后成果見(jiàn)圖3，與圖1比較可見(jiàn)，采用分段糙率法后計(jì)算成果與實(shí)測(cè)資料的明顯接近，誤差值明顯較小。

4、糙率選擇方法改進(jìn)后驗(yàn)證

分段糙率方法的使用具體為：首先根據(jù)設(shè)計(jì)斷面實(shí)測(cè)的大橫斷面、現(xiàn)場(chǎng)照片及河流概況等資料，在河道的糙率n值表中查找出設(shè)計(jì)斷面的糙率取值范圍；然后根據(jù)實(shí)測(cè)的大橫斷面圖上邊灘水位的不同將糙率劃分成幾段，分別代入明渠均勻流的公式，計(jì)算出各段的水位流量關(guān)系；最后根據(jù)水位流量圖局部調(diào)整連接斷面，由于各段所采用糙率值不同，分段處出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象，可徒手修勻，最后得所求工程設(shè)計(jì)斷面的水位流量關(guān)系。

以下舉例說(shuō)明分段糙率的使用方法和計(jì)算成果：

阿爾塔什水利工程斷面的橫斷面測(cè)量成果見(jiàn)圖4，橫斷面圖中可以明顯的發(fā)現(xiàn)水位在4.8m附近有一個(gè)邊灘，在6.2m附近是第二個(gè)灘地。根據(jù)河道的糙率n值表，可查得河床為卵石、塊石組成，床面不平整底坡有凹凸?fàn)畹纳絽^(qū)河段糙率取值約為0.04～0.08。根據(jù)兩個(gè)灘地的水位處改變糙率，首先是低水位時(shí)糙率取較大值0.08進(jìn)行水位流量計(jì)算；水位高出第一個(gè)灘地后，糙率減小，選用中值0.07；水位高出第二個(gè)灘地后，糙率更小，選用小值0.05。采用分段糙率計(jì)算并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后成果見(jiàn)圖 5，由采用分段糙率計(jì)算成果與實(shí)測(cè)資料的比較成果可見(jiàn)，誤差值較小。

5、結(jié)論

本文通過(guò)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)測(cè)資料分析計(jì)算，討論了采用一個(gè)糙率計(jì)算水位流量關(guān)系方法的合理性，發(fā)現(xiàn)該方法計(jì)算成果與實(shí)測(cè)值存在較大的誤差，分析其主要原因河槽的糙率變化，引入根據(jù)天然復(fù)式河道大橫斷面的特性，在水位漫上灘地時(shí)改變河道糙率的方法。采用大量資料計(jì)算的圖表表明，本文給出選擇糙率的方法，使得計(jì)算水位流量關(guān)系更接近實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，其計(jì)算成果明顯提高。

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