河道水位防汛管理论文

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1引言

在防汛过程中，河道的水位对防汛抢险具有重要的参考价值。一般天然河道的水位测量站分布稀疏，当一段河道离水位测量站较远时，通过计算的方法大致了解其水位显得尤为重要。

就当前赣抚平原灌区而言，东、西总干渠道均有一段渠段是天然河道，原人工开挖渠道经过四十多年的流水冲刷，也渐渐变得与天然河道相差无几。根据天然河道水位的计算方法计算渠道内水位测站上下游水位，了解渠道水位涨落速度及最高承受水位，对灌区的防汛抗洪指挥、总结防汛经验具有一定的参考作用。

2几组水位计算公式的推导

天然河道蜿蜒曲折，其过水断面形状极不规则，同时底板和糙率往往沿程变化。这些因素使得天然河道水力要素变化复杂。由于河道的这些特点，其水位计算时，可根据水文及地形的实测资料，预先将河道分为若干河段。分段时应尽可能使各段的断面形式、底坡及糙率大致相同，同时保证计算段内流量不变。当然，计算河段分得越多，计算结果也就越准确，但计算的工作量及所需资料也大大增加。分段的多少视具体情况而定。一般计算河段可取2~4km，且河段内水位落差不应大于0.75m。此外，支流汇入处应作为上、下河段的分界。

图1所示为天然河道中的恒定非均匀流，取相距为Δs的两个渐变流断面1和2，选0—0为基准面，列断面1和2的能量方程为

z1+=z2++Δhw

式中z1，v1和z2，v2分别为断面1和2的水位和流速；Δhw为断面1和2之间的水头损失，Δhw=Δhf+Δhj。沿程水头损失可近似的用均匀流公式计算，即Δhj=Δs，式中为断面1和2的平均流量模数。局部水头损失Δhj是由于过水断面沿程变化所引起的，可用以下公式计算：

Δhj=（－）

式中为河段的平均局部水头损失系数，值与河道断面变化情况有关。在顺直河段，=0；在收缩河段，水流不发生回流，其局部水头损失很小可忽略，取=0；在扩散河段，水流常与岸壁分离而形成回流，引起局部水头损失，扩散越大，损失越大。急剧扩散的河段，可取=－（0.5~1.0）；逐渐扩散的河段，取=－（0.3~0.5）。因扩散段的v2<v1，而式正值，故取负号。

将Δhf和Δhj的关系代入能量方程得

z1+=z2++Δs+（－）⑴

上式为天然河道水位一般计算式。

如所选的河段比较顺直均匀，两断面的面积变化不大，两断面的流速水头差和局部水头损失可略去不计，则上式可简化为

z1－z2=Δs⑵

利用式⑴或式⑵，即可进行河道水位的近似计算。

3河道水位的计算方法

㈠一般河道水位计算——试算法

计算天然河道水位，应已知河道通过的流量Q，河道糙率n，河道平静局部水头损失系数，计算河段长度以及一个控制断面的水位z2。若已知下游控制断面水位z2，则可由向上游断面逐段推算，此时与z2有关的量均属已知。将式⑴有关的已知量和未知量分别写于等号两边，则有

z1++－Δs=z2++

式中v=，代入后有

z1+－Δs=z2+

上式等号右边为已知量，以B表示，左边为z1的函数，以f（z1）表示，即得

f（z1）=B

计算时，假设一系列z1，计算相应f（z1），当f（z1）=B时的即为所求。通常将假设的3、4个z1值与相应的f（z1）值绘制成z1~f（z1）曲线，如图2所示。根据已知B值从曲线上查得相应的z1值，即是所求的上游断面水位。依次逐段向上推算，可得河道各断面的水位。反之，若已知上游水位值z1，则从上游往下游逐段推算z2。

㈡图解法

图解法种类较多，现介绍其中较为常用的一种方法——断面特性法。

利用简化公式⑵

Δz=Δs

令=（+）

其中K为特性流量，是断面要素的函数，因

K2=

则⑵可改写为

Δz=Δs（+）⑶

式中，A是水位的函数，即

=f（z）⑷

当z=z1时，f（z1）=F1；z=z2时，f（z2）=F2。代入上式，则

Δz=Δs[f（z1）+f（z2）]=Δs[F1+F2]

根据水位资料，绘制上、下断面的z~f（z）曲线。如图3所示。假设河段上、下游断面的水位为及，在图3曲线上去aa’=z1，则oa’=F1；同样，在曲线上去bb’=z2，则ob’=F2。过a作水平线交bb’于c点，则ab于ac之夹角的正切为

tgθ==

所以

Δz=tgθ（F1+F2）⑸

比较式⑷与⑸，得

tgθ=（n2Q2）Δs

因此，只要根据已知起始断面水位，在曲线z1~f（z1）上取定a点，从a点作角度为θ=arctg（Δs）的射线，交曲线z2~f（z2）于b点，b点的纵坐标即为z2值。