河道水面线推求

沙河水面线推求过程 1.1 水面线计算理论基础 根据沿程比降、流量、建筑物及支流汇入情况，水面线分段进行推算。 （1）水面线推算的基本公式 水面线计算按明渠恒定非均匀渐变流能量方程，在相邻断面之间建立方程， 采用逐段试算法从下游往上游进行推算。 具体如下： αV 2 2αV 1 2 Z 1  Z 2  h w  2g2g （1-1） 式中：Z 1 、V 1 ——上游断面的水位和平均流速； Z 2 、V 2 ——下游断面的水位和平均流速； h w  h f  h j ——上、下游断面之间的能量损失； h f  V 2 2 C R 2 l——上、下游断面之间的沿程水头损失； 2 VV h j ζ (21)——上、下游断面之间的局部水头损失； 2g2g ，在收缩河段，一ζ——局部水头损失系数，根据《水力计算手册》 般局部水头损失系数ζ=0；在扩散段，由于V 2 V 1 ，所以ζ0，其中在渐扩段， ζ取值-0.333，急扩段、桥渡处ζ取值-0.05~-0. 1。 C——谢才系数； R——水力半径； α——动能修正系数。 分段求和法计算时，应注意以下及点：第一，把已知水深的断面作为起始断 面。第二，明渠中水流必须是恒定流，并且流量沿程不变。第三，渠道糙率系数 n 沿程不变。 （2）河道糙率 沙河河道与滩地糙率虽然有所不同， 但相差较小， 沙河主槽 0.027， 滩地 0.03 对水位影响较小，这里统一按 0.027 取值计算。推求中一律按河道糙率计算。 1.2 计算过程 本次计算从K0+000断面到K14+400断面， 河道纵断面变化如图1-1， 图1-2。 图 1-1河道纵断面图 图 1-2沙河河道图 图 1-3河道局部横断面图、地形图 K1+600 断面到 K0+000 断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K3+200 断面到 K1+600 断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K4+800 断面到 K3+200 断面为收缩 段，局部水头损失系数ζ=0。K4+800 断面到 K5+600 断面为渐扩段，局部水头损失系 数ζ=-0.333。K7+200 断面到 K5+600 断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。 。K8+000 断面到 K7+200 断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K8+800 断面到 K8+000 断面 为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K9+600 断面到 K8+800 断面为渐扩段，局部水头损 失系数ζ=-0.333。K11+200 断面到 K9+600 断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。 K12+000 断面到 K12+800 断面为渐扩段，局部水头损失系数ζ=-0.333。K13+600 断面到 K12+800断面为收缩段，局部水头损失系数ζ=0。K14+400断面到K13+600断面为渐扩段， 局部水头损失系数ζ=-0.333。 以推求 K0+800 断面水深为例。 K0+00 断面水深已知， 𝐻1=61.45， Q = 3000。 图 1-4K0+00 过流断面 以K0+00断面作为起始断面。由河流横断面图1-2得：𝐴1 = 1785，χ1 = 190.3。 𝑉 1 = 𝐴 = 1.680672（1-2） 1 Q R1 = 𝐴1/χ1=9.3799（1-3） 𝐶 1=𝑅11/6 ∗ 𝑛 = 53.786（1-4） 对 K0+800 断面水深取值试算，最终计算结果为𝐻2=61.59。 1 图 1-5K0+800 过流断面 由河流横断面图 1-3 得：𝐴2= 2138.1，χ2 = 390.4。 𝑉 2 = 𝐴 = 1.403115（1-5） 2 Q R2 = 𝐴2/χ2=5.47669（1-6） 𝐶2=𝑅21/6∗ 𝑛 = 49.173（1-7） ̅=0.5（ 𝑉 1 + 𝑉 2）=1.541894 （1-8）𝑉 ̅=0.5（R1 + R2）=7.4283 （1-9）𝑅 𝐶=0.5（𝐶1+ 𝐶2）=51.479 （1-10） 𝑉 𝐽= =0.0001（1-11） ̅ 𝐶2𝑅 ℎ𝑓= 0.96615（1-12） ℎ 𝑗 = 0.01438（1-13） αV 2 2αV 1 2 H 2  H 1  h w  6.585（1-14） 2g2g ̅2 1 可以认为此时所取断面水位满足要求，否则重新取值试算，直到满足要求。 1.3计算结果 71 69 67 65 63 61 59 57 55 0.000 一维方程推求值 马湾水文站 数值模拟计算值 实验室推求值 水 位 （ m ） 35.00030.00025.00020.00015.000 断面 10.0005.000 图 1-6水面线对比 结果： 表 1-1 沙河设计水面线计算成果表单位：m 序序 号号 桩号桩号过水断面面积过水断面面积湿周湿周设计水面线设计水面线 10+00 20+800 30+1600 40+2200 50+2400 60+3200 70+4000 80+4800 90+5600 100+6400 110+7200 120+8000 130+8800 140+9600 150+10400 16 17 18 19 20 0+11200 0+12000 0+12800 0+13600 0+14400 1785 2138.1 2799.1 2612.6 1543.8 1609.8 1438.5 1865.2 1587.4 1524.9 3335.5 1600.4 2078.9 1727.7 1381.3 3150.6 1737.3 2328.1 1914.1 2037.8 190.3 390.4 452.9 434.3 243.8 220.6 169.9 195.9 183.3 205.7 374.5 337.7 306.2 275.6 242.9 369.3 503.4 289 211.6 207.2 61.45 61.59 61.69 61.69 61.67 61.82 61.99 62.12 62.19 62.4 62.48 62.54 62.7 62.77 63.04 63.17 63.25 63.39 63.44 63.6