河道水位防汛管理論文

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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，當一段河道離水位測量站較遠時，通過計算的方法大致了解其水位顯得尤為重要。

就當前贛撫平原灌區而言，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。根據天然河道水位的計算方法計算渠道內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，對灌區的防汛抗洪指揮、總結防汛經驗具有一定的參考作用。

2幾組水位計算公式的推導

天然河道蜿蜒曲折，其過水斷面形狀極不規則，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雜。由于河道的這些特點，其水位計算時，可根據水文及地形的實測資料，預先將河道分為若干河段。分段時應盡可能使各段的斷面形式、底坡及糙率大致相同，同時保證計算段內流量不變。當然，計算河段分得越多，計算結果也就越準確，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2~4km，且河段內水位落差不應大于0.75m。此外，支流匯入處應作為上、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Δs的兩個漸變流斷面1和2，選0—0為基準面，列斷面1和2的能量方程為

z1+=z2++Δhw

式中z1，v1和z2，v2分別為斷面1和2的水位和流速；Δhw為斷面1和2之間的水頭損失，Δhw=Δhf+Δhj。沿程水頭損失可近似的用均勻流公式計算，即Δhj=Δs，式中為斷面1和2的平均流量模數。局部水頭損失Δhj是由于過水斷面沿程變化所引起的，可用以下公式計算：

Δhj=（－）

式中為河段的平均局部水頭損失系數，值與河道斷面變化情況有關。在順直河段，=0；在收縮河段，水流不發生回流，其局部水頭損失很小可忽略，取=0；在擴散河段，水流常與岸壁分離而形成回流，引起局部水頭損失，擴散越大，損失越大。急劇擴散的河段，可取=－（0.5~1.0）；逐漸擴散的河段，取=－（0.3~0.5）。因擴散段的v2<v1，而式正值，故取負號。

將Δhf和Δhj的關系代入能量方程得

z1+=z2++Δs+（－）⑴

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

z1－z2=Δs⑵

利用式⑴或式⑵，即可進行河道水位的近似計算。

3河道水位的計算方法

㈠一般河道水位計算——試算法

計算天然河道水位，應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，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有關的量均屬已知。將式⑴有關的已知量和未知量分別寫于等號兩邊，則有

z1++－Δs=z2++

式中v=，代入后有

z1+－Δs=z2+

上式等號右邊為已知量，以B表示，左邊為z1的函數，以f（z1）表示，即得

f（z1）=B

計算時，假設一系列z1，計算相應f（z1），當f（z1）=B時的即為所求。通常將假設的3、4個z1值與相應的f（z1）值繪制成z1~f（z1）曲線，如圖2所示。根據已知B值從曲線上查得相應的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。

㈡圖解法

圖解法種類較多，現介紹其中較為常用的一種方法——斷面特性法。

利用簡化公式⑵

Δz=Δs

令=（+）

其中K為特性流量，是斷面要素的函數，因

K2=

則⑵可改寫為

Δz=Δs（+）⑶

式中，A是水位的函數，即

=f（z）⑷

當z=z1時，f（z1）=F1；z=z2時，f（z2）=F2。代入上式，則

Δz=Δs[f（z1）+f（z2）]=Δs[F1+F2]

根據水位資料，繪制上、下斷面的z~f（z）曲線。如圖3所示。假設河段上、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，則ab于ac之夾角的正切為

tgθ==

所以

Δz=tgθ（F1+F2）⑸

比較式⑷與⑸，得

tgθ=（n2Q2）Δs

因此，只要根據已知起始斷面水位，在曲線z1~f（z1）上取定a點，從a點作角度為θ=arctg（Δs）的射線，交曲線z2~f（z2）于b點，b點的縱坐標即為z2值。