徐觀兵

摘要：河道糙率是回水計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)河道治理、水利建設(shè)中的輸水損失、防汛搶險(xiǎn)中的洪水演算至關(guān)重要。水庫(kù)淤積后糙率將隨著變化，因此選用適當(dāng)?shù)牟诼仕惴?，是?kù)區(qū)回水計(jì)算十分關(guān)鍵的一步，對(duì)水庫(kù)淤積后沿程水位確定、城市防洪安全、堤防設(shè)計(jì)高程擬定、水庫(kù)防洪庫(kù)容計(jì)算等均具有直接影響。

關(guān)鍵詞：河道糙率；水庫(kù)淤積；回水計(jì)算

1引言

河道糙率是反映河床表面粗糙程度的重要水力參數(shù)，受眾多因素影響，包括岸壁和河床等的粗糙程度，斷面形狀，河床表面、河道岸壁等的地質(zhì)特性，水流的流態(tài)以及含沙量等。這些因素的變化情況，都與河流的特性不同，即使是同一條河流的上、中、下游各處，乃至同一河段的不同水深時(shí)也是不一樣，其值很難精確求得，然而基本的公式法和查表法得出的具體值并不能滿足水力的計(jì)算要求，因此是否選擇合理的方法來(lái)計(jì)算糙率將會(huì)直接影響計(jì)算結(jié)果的正確性和合理性。通常情況下，如果河流的河床和邊壁等組成情況沒(méi)有特別改變，那么，糙率大小的變化趨勢(shì)將會(huì)是隨著河道水深的增加而遞減，直到某一水位，糙率才穩(wěn)定不變。對(duì)一般的河道而言，不同水位下的各種水力特性往往不同，比如邊壁特性、植物生長(zhǎng)、河床質(zhì)組成等情況都不一致，不同水位下的河段平均粗糙程度也有所不同，水深通?？梢蚤g接反映這種變化。糙率是一個(gè)綜合的阻力系數(shù)，受多方面的因素影響，包括河道的幾何形狀、水力條件、甚至包括比降觀測(cè)、水深、流速等各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)量誤差。糙率的計(jì)算是否合理正確、將對(duì)洪水演算產(chǎn)生較大的影響。研究表明，糙率也是一個(gè)相當(dāng)敏感的參數(shù)。因此，考慮糙率隨水位流量變化是有必要的。

2糙率算法

2.1查表估值法

所謂查表估值法，是指在缺乏實(shí)測(cè)資料的情況下，結(jié)合河道特征，參照相似河道的糙率，再根據(jù)河床粗糙程度的特征，通過(guò)查詢天然河道的糙率表得出糙率。該方法沒(méi)有考慮局部阻力，僅反映切應(yīng)力對(duì)水流的阻力。此時(shí)雖然有圖表可查，但很大程度上依賴于技術(shù)人員的工程經(jīng)驗(yàn)，因此查表估值法有一定的誤差性，所以要慎重選擇。

2.2水力學(xué)推算法

當(dāng)河道有實(shí)測(cè)資料時(shí)，可應(yīng)用水力學(xué)推算法來(lái)計(jì)算糙率。水力學(xué)推算法是指利用河道實(shí)測(cè)水文資料推算糙率。將水力學(xué)推算法應(yīng)用到特定河段時(shí)，需要預(yù)先判斷水流的流態(tài)。當(dāng)流態(tài)為恒定均勻流時(shí)，則應(yīng)用謝才曼寧公式來(lái)推算糙率；當(dāng)流態(tài)為漸變流時(shí)，則利用該河段實(shí)測(cè)資料的平均值來(lái)推算糙率初值，再利用反復(fù)推算水面線的方法來(lái)推算糙率值，直至符合計(jì)算需求。

2.3反求糙率精度法

反求糙率精度法是指通過(guò)將實(shí)測(cè)的相關(guān)資料代入曼寧公式來(lái)反求糙率。在天然河流中的水流通常是處于一個(gè)非恒定流的狀態(tài)。而曼寧公式的推導(dǎo)卻是在近似于均勻流的水流流態(tài)下進(jìn)行的。因此，在觀測(cè)水面比降的時(shí)候，應(yīng)選擇在水流流態(tài)短時(shí)內(nèi)處于平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，或者在洪水漲落時(shí)，短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)峰頂時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，利用這種方式觀測(cè)出來(lái)的比降資料通過(guò)曼寧公式才能較準(zhǔn)確地對(duì)糙率進(jìn)行計(jì)算。水文站在勘選斷面時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免選擇那些會(huì)出現(xiàn)深潭、彎道及形狀急劇變化等的斷面。選擇合適的斷面進(jìn)行觀測(cè)，可以減少局部能量損失，甚至可以忽略局部能量的損失。從而使得在計(jì)算糙率的時(shí)候，可以直接使用曼寧公式通過(guò)水面比降將糙率反求出來(lái)。

3糙率算法修正辦法

3.1糙率參數(shù)反問(wèn)題修正法

通常，由糙率公式法推算出來(lái)的糙率不能直接應(yīng)用到天然河道中的計(jì)算，因?yàn)橛刹诼使酵扑愠鰜?lái)的糙率與用洪水資料推算出來(lái)的糙率存在差異。天然河流在計(jì)算糙率過(guò)程中所選用的糙率系數(shù)n是一個(gè)相對(duì)比較綜合的阻力系數(shù)，既反應(yīng)了周界粗糙程度，也反應(yīng)出河道斷面的形狀、水流的流態(tài)以及水力條件等的變化。在糙率計(jì)算中，應(yīng)用手工調(diào)試的方法來(lái)率定斷面的糙率存在明顯的弊端。當(dāng)河網(wǎng)規(guī)模比較大且復(fù)雜時(shí)，應(yīng)用手工調(diào)試的方法來(lái)率定糙率的工作量會(huì)變得非常巨大，同時(shí)伴有很大的隨機(jī)性。為克服這些弊端，可將各級(jí)糙率的率定提為反問(wèn)題中的參數(shù)問(wèn)題，采用優(yōu)化方法率定糙率，有效地節(jié)省了工作量與工作時(shí)間，同時(shí)還能提高準(zhǔn)確率。

3.2綜合計(jì)算糙率法

所謂綜合計(jì)算糙率法是指利用局部能量損失系數(shù)以及反映切應(yīng)力的糙率參數(shù)綜合計(jì)算糙率的方法。但，利用該方法的前提是假設(shè)局部能量損失在計(jì)算子河段內(nèi)是均勻分配，且不影響計(jì)算斷面的計(jì)算水位值。

因?yàn)樵谔烊缓拥乐兴鞯牧鲬B(tài)往往是非恒定流，恒定流出現(xiàn)的時(shí)間和概率均較小。天然河流中，沿程水深和流速通常是不斷變化，使得天然河流的流態(tài)往往形成恒定非均勻流。因此，在考慮能量損失時(shí)，應(yīng)當(dāng)把局部能量損失也考慮進(jìn)去。需要用能量方程來(lái)代替曼寧公式來(lái)確定糙率。

總結(jié)：隨著大量水庫(kù)的運(yùn)行使用，泥沙淤積也隨之發(fā)展，造成了水庫(kù)庫(kù)容的損失，大大降低了水庫(kù)的綜合效益，還會(huì)產(chǎn)生一系列嚴(yán)重影響，因此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)河道的糙率，尤其成庫(kù)后的綜合糙率，對(duì)河道的各種水力、泥沙沖淤和排沙的準(zhǔn)確計(jì)算有著重要意義。以往針對(duì)水庫(kù)淤積糙率的研究主要采用半理論半經(jīng)驗(yàn)方式、或采用淤積初步平衡其他類似河段參考等方式進(jìn)行確定，為了克服這種弊端，部分研究人員提出了一些新方法來(lái)推算糙率，以期得到更加準(zhǔn)確和合理的結(jié)果。以此同時(shí)，對(duì)糙率進(jìn)行了修正研究，還能提高精度，減小糙率對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生的影響。endprint