楊建明

【摘要】筆者根據(jù)實踐經(jīng)驗，探討了山區(qū)水利水電工程河道糙率的確定問題，對常用的確定糙率的方法進行了總結(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水流影響程度的一個系數(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)河道水力計算中，河道糙率的計算是否恰當(dāng)對河道水力計算結(jié)果影響很大。

1.1 水力學(xué)方法

這種方法是基于實測水文資料的糙率推算，對于山區(qū)某一典型河段，根據(jù)所獲得的實測水位、流量Q、斷面面積A及濕周X等資料，通過運用謝才曼寧公式求得糙率。曼寧公式自從十九世紀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值的計算是建立在大量實測資料積累基礎(chǔ)上，所以只要n值計算準確，曼寧公式基本可以滿足山區(qū)河道水力學(xué)計算的準度要求。

通過采用均勻流公式進行山區(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，則會因為渠道斷面尺寸不合要求而發(fā)生滿溢事故，相反，C值選取過小，則會造成斷面尺寸過大的浪費。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)河道糙率運用較為廣泛的一個公式，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。對于山區(qū)多段河段，在水文資料欠缺時，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實際情況相吻合，進而進行各個河段糙率的確定。

山區(qū)河道呈現(xiàn)非均勻流動，n值的選取更為困難，必須通過對實際河流流量進行測定進而確定糙率值，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)河道實測資料短缺的情況，運用查表法（表1）時必須根據(jù)山區(qū)河道實際情況，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)計依據(jù)，一般只做為進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的動力值，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)整與變動往往會減弱流速的沿程變化，其是通過河寬影響水深以進行比降值調(diào)整，此時流速會始終保持較高值，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，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，所求得的糙率也會存在差別。

采用通過計算洪水比降反求糙率方法時，會出現(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，也會出現(xiàn)所求糙率值不穩(wěn)定，水面線呈發(fā)散狀態(tài)及兩個不同量級的水面線相交叉等不合理現(xiàn)象，如遇上述情況必須結(jié)合實測資料認真分析出現(xiàn)不合理現(xiàn)象的原因，并及時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，因此在進行糙率計算時必須慎重考慮與分析可能的影響因素，在相互驗證基礎(chǔ)上選擇合適的計算方法，防止較大推算誤差的出現(xiàn)。

參考文獻：

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