水利工程論文-淺論防汛中河道水位的幾種計算方法.doc

水利工程論文-淺論防汛中河道水位的幾種計算方法摘要：利用試算法和圖解法可以求解天然河道或渠道中測站上下游的水位，了解河道或渠道水位漲落速度及最高承受水位，為灌區(qū)的防洪抗洪指揮、總結(jié)防洪經(jīng)驗提供一定的參考作用。關(guān)鍵詞：防汛河道水位試算法圖解法1引言在防汛過程中，河道的水位對防汛搶險具有重要的參考價值。一般天然河道的水位測量站分布稀疏，當(dāng)一段河道離水位測量站較遠(yuǎn)時，通過計算的方法大致了解其水位顯得尤為重要。就當(dāng)前贛撫平原灌區(qū)而言，東、西總干渠道均有一段渠段是天然河道，原人工開挖渠道經(jīng)過四十多年的流水沖刷，也漸漸變得與天然河道相差無幾。根據(jù)天然河道水位的計算方法計算渠道內(nèi)水位測站上下游水位，了解渠道水位漲落速度及最高承受水位，對灌區(qū)的防汛抗洪指揮、總結(jié)防汛經(jīng)驗具有一定的參考作用。2幾組水位計算公式的推導(dǎo)天然河道蜿蜒曲折，其過水?dāng)嗝嫘螤顦O不規(guī)則，同時底板和糙率往往沿程變化。這些因素使得天然河道水力要素變化復(fù)雜。由于河道的這些特點(diǎn)，其水位計算時，可根據(jù)水文及地形的實(shí)測資料，預(yù)先將河道分為若干河段。分段時應(yīng)盡可能使各段的斷面形式、底坡及糙率大致相同，同時保證計算段內(nèi)流量不變。當(dāng)然，計算河段分得越多，計算結(jié)果也就越準(zhǔn)確，但計算的工作量及所需資料也大大增加。分段的多少視具體情況而定。一般計算河段可取24km，且河段內(nèi)水位落差不應(yīng)大于0.75m。此外，支流匯入處應(yīng)作為上、下河段的分界。圖1所示為天然河道中的恒定非均勻流，取相距為s的兩個漸變流斷面1和2，選00為基準(zhǔn)面，列斷面1和2的能量方程為z1+=z2+hw式中z1，v1和z2，v2分別為斷面1和2的水位和流速；hw為斷面1和2之間的水頭損失，hw=hf+hj。沿程水頭損失可近似的用均勻流公式計算，即hj=s，式中為斷面1和2的平均流量模數(shù)。局部水頭損失hj是由于過水?dāng)嗝嫜爻套兓鸬模捎靡韵鹿接嬎悖篽j=（）式中為河段的平均局部水頭損失系數(shù)，值與河道斷面變化情況有關(guān)。在順直河段，=0；在收縮河段，水流不發(fā)生回流，其局部水頭損失很小可忽略，取=0；在擴(kuò)散河段，水流常與岸壁分離而形成回流，引起局部水頭損失，擴(kuò)散越大，損失越大。急劇擴(kuò)散的河段，可取=（0.51.0）；逐漸擴(kuò)散的河段，取=（0.30.5）。因擴(kuò)散段的v2v1，而式正值，故取負(fù)號。將hf和hj的關(guān)系代入能量方程得z1+=z2+s+（）上式為天然河道水位一般計算式。如所選的河段比較順直均勻，兩斷面的面積變化不大，兩斷面的流速水頭差和局部水頭損失可略去不計，則上式可簡化為z1z2=s利用式或式，即可進(jìn)行河道水位的近似計算。3河道水位的計算方法一般河道水位計算試算法計算天然河道水位，應(yīng)已知河道通過的流量Q，河道糙率n，河道平靜局部水頭損失系數(shù)，計算河段長度以及一個控制斷面的水位z2。若已知下游控制斷面水位z2，則可由向上游斷面逐段推算，此時與z2有關(guān)的量均屬已知。將式有關(guān)的已知量和未知量分別寫于等號兩邊，則有z1+s=z2+式中v=，代入后有z1+s=z2+上式等號右邊為已知量，以B表示，左邊為z1的函數(shù)，以f（z1）表示，即得f（z1）=B計算時，假設(shè)一系列z1，計算相應(yīng)f（z1），當(dāng)f（z1）=B時的即為所求。通常將假設(shè)的3、4個z1值與相應(yīng)的f（z1）值繪制成z1f（z1）曲線，如圖2所示。根據(jù)已知B值從曲線上查得相應(yīng)的z1值，即是所求的上游斷面水位。依次逐段向上推算，可得河道各斷面的水位。反之，若已知上游水位值z1，則從上游往下游逐段推算z2。圖解法圖解法種類較多，現(xiàn)介紹其中較為常用的一種方法斷面特性法。利用簡化公式z=s令=（+）其中K為特性流量，是斷面要素的函數(shù)，因K2=則可改寫為z=s（+）式中，A是水位的函數(shù)，即=f（z）當(dāng)z=z1時，f（z1）=F1；z=z2時，f（z2）=F2。代入上式，則z=sf（z1）+f（z2）=sF1+F2根據(jù)水位資料，繪制上、下斷面的zf（z）曲線。如圖3所示。假設(shè)河段上、下游斷面的水位為及，在圖3曲線上去aa=z1，則oa=F1；同樣，在曲線上去bb=z2，則ob=F2。過a作水平線交bb于c點(diǎn)，則ab于ac之夾角的正切為tg=所以z=tg（F1+F2）比較式