推求山区天然河道水面线方法的应用比较研究
HEC-RAS及SOBEK-RURAL软件推算山区天然河道水面线
HEC 与 SOBEK 差值 P = 10 % 0.00 -1.64 -2.73 0.03 -1.37 -1.40 -0.49 -0.02 -1.03 -0.61 -0.79 -1.94 -1.45 -0.86 -0.01 -1.05 0.10 -0.95 -2.26 -0.12 -0.19 -0.44 -1.54 0.84 -0.72 -0.82 P=5% 0.00 -2.99 -2.19 -1.02 -0.95 -1.09 -0.49 -0.42 -0.94 -1.03 -0.91 -1.55 -1.52 -0.33 -0.15 -0.88 0.21 -1.06 -2.36 0.10 -0.42 -0.61 -1.58 0.98 -0.77 -0.88
断面名称 控制断面流量 1 控制断面流量 2 控制断面流量 3
长园河洪峰流量表
洪峰流量
m3/s
P=5% 128 192 250
P = 10 % 99 146 189
9085 8605 8310 8000 7600 7200 6799 6400 6000 5600 5200 4800 4400 3999 3600 3195 2801 2400 2000 1593 1000 799 400 0 -91
和临界流 （Fr=1） 3 种流态进行水面线计算 。 计算原理 基于一维能量方程 ， 逐断面采用直接步进法推 求 。 其
收稿日期 ： 2008 - 10 - 07 作者简介 ： 刘洋 （1980 — ）， 男 ， 助理工程师 。
SOBEK-RURAL 软件 SOBEK-RURAL 软 件 是 由 荷 兰 代 尔 夫 特 水 力 学 所 （ WL — Delft ） 研 制 和 开 发 的 一 维 二 维 耦 合 数 值 计 算 软
天然河道水面线计算的几种方法探讨
天然河道水面线计算的几种方法探讨摘要：介绍了明渠恒定均匀流法、天然河道水面线系统、HEC-RAS软件及SOBEK软件4种常用的水面线推算方法，并对不同河道进行了水面线推算，然后对计算结果进行了对比分析。
结果表明：对于坡度较小且沿程顺直、断面规整的河道，若下游起始水位对上游河道水位影响较小，则可用明渠恒定均匀流法进行水面线推算；若下游起始水位对上游河道水位影响较大，则可采用天然河道水面线系统进行水面线推算；对于断面不规整的缓流河道，水位推算结果大体呈天然河道水面线系统、HEC-RAS软件、SOBEK软件的趋势；对于急流河道，HEC-RAS软件推算的水位比SOBEK软件推算的水位偏高。
关键词：明渠恒定均匀流法；天然河道水面线系统；HEC-RAS软件；SOBEK 软件；水面线推算Abstract: nullah constant uniform flow method, four kinds of water lines in the natural channel surface line system, HEC-RAS software and SOBEK software projection methods, and different river water surface line projections, then the calculation results of the comparative analysis. The results show that: if the downstream starting water level on the upstream river water level downstream starting water level For a slope smaller and straight along regular cross-section of the river, upstream water level of rivers, the available the nullah constant uniform flow method, the water line projections; greater impact, you can use the natural channel surface line system for the water line projections; sectional irregular slow flow of the river, the water level projection results in a substantially natural channel surface line> HEC-RAS software> SOBEK software trend; rapids river HEC-RAS software projected water level than SOBEK software projected high water level.Keywords: nullah constant uniform flow method; natural channel surface line system; HEC-RAS software; SOBEK software; surface line projections前言水面线推算是河道整治的基础工作，其推算结果直接影响到河道断面的规划设计，进而影响到河道整治的工程量和工程造价。
HEC-RAS在山区性河流水面线计算上的应用
HEC-RAS在山区性河流水面线计算上的应用齐云飞【摘要】山区性河流坡降很大,断面形状变化复杂,蜿蜒曲折,流态多为急流或混合流,一般软件计算过程中能量方程不收敛,导致推算过程出错或终止.文章通过阐述HEC-RAS软件的计算原理,并结合桓仁县漏河山洪沟治理应用实例,模拟计算了山区性河流的水面线计算,为工程的相关设计提供了依据.【期刊名称】《黑龙江水利科技》【年(卷),期】2015(043)012【总页数】3页(P97-99)【关键词】HEC-RAS;山区性河流;水面线计算;漏沙;应用【作者】齐云飞【作者单位】辽宁省水利水电勘测设计研究院,沈阳110006【正文语种】中文【中图分类】TV131水面线计算是河道治理工程中的一项基础工作，水面线推求是否合理直接影响工程规模确定的合理性。
水面线计算的常用方法有：图解法、简易计算方法及逐段式算法等[1]。
图解法需要查阅相关图表，效率很低，精度受主观影响，误差较大；简易计算法则常应用在回水曲线等快速粗估计算中，河道水面线推求应用较少；逐段式算法精度高，且能利用计算机技术进行求解，适用性广，是目前水面线计算的主要方法。
天然河道按类型可分为平原区天然河道与山区天然河道。
平原区天然河道相对规整，一般为缓流，易于推求计算，水面线计算的相关软件也较多，技术较成熟；而山区天然河道坡降很大，断面形状变化复杂，蜿蜒曲折，流态多为急流或混合流，一般软件计算过程中往往出现能量方程不收敛，导致推算过程出错或终止，而HEC-RAS软件则可以很好的仿真模拟山区天然河道水面线，精度较高，且不容易发生错误，可应用于河道治理工程的规划设计之中。
HEC-RAS是由美国陆军工程兵团水文工程中心(Hydrologic Engineering Center)开发的一款河流模拟分析计算软件。
该软件功能强大，操作简洁，易于上手，适用面广。
可对天然、人工河道进行一维非恒定流或恒定流的水力推演计算，可针对涵洞、防洪堤、堰闸、泵站、桥梁等涉水建筑物进行相应设置，进行水面线分析计算；可进行急流、缓流、混合流等各种流态的计算。
河道水面线推求方法比较
河道水面线推求方法比较
王文浩
【期刊名称】《山西水利科技》
【年(卷),期】2022()4
【摘要】水面线的推求是山洪灾害评价的关键工作,因此有必要探讨水面线推求方法。
水面线推求方法主要采用水力学方法以及曼宁公式,对比两种方法的精度。
选取有实测水位资料的孔家坡河道,该河段无区间汇水,应用两种方法分别推求河道水位,与实测水位资料进行对比,两种方法计算精度相接近。
沿河村落分布广而多、河道比降较小的条件下,采用曼宁公式与水力学方法推求水面线精度相接近,可以采用曼宁公式简化计算方法。
河道比降较大的情况下,曼宁公式计算精度较差,应采用水面线方法进行推求。
【总页数】5页(P40-43)
【作者】王文浩
【作者单位】长治市水文水资源勘测站
【正文语种】中文
【中图分类】TV13
【相关文献】
1.山区河道水面线推求中几个问题的解决方法
2.基于ASTER GDEM数据精度的流域尺度河道水面线推求方法研究
3.马圈沟河天然河道水面线推求方法探讨
4.闽江
下游河道设计洪水水面线的起始水位推求方法的探讨5.基于实例剖析小流域河道水面线的推求计算方法
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浅谈天然河道水面线推算要点及改进方法.doc
浅谈天然河道水面线推算要点及改进方法摘要：天然河道水面线推算是河道整治与建设工作的基础，是江河堤防工程设计的重要依据，在堤防工程建设和整治中发挥着重要的作用。
本文通过对天然河道水面线的推算的要点进行分析，并对水面线推算方法及改进进行探讨，以作实践参考。
关键词：天然河道;水面线推算;问题分析水面线推算是天然河道治理防洪规划和水利工程建设中的一个重要的工作内容，水面线推算的合理性和科学性对水利工程的效益产生直接影响。
然而，由于河道断面的不规则，河底坡降的不断变化，尤其是天然河道的水面线计算，是比较复杂的。
天然河道的水流一般是非恒定非均匀流，河道中各种水力要素随时间的变化相对缓慢，可以认为天然河道在一定时间内是恒定非均匀流。
在水利工程建设工作中，需要计算水面线时，经常计算不出结果或者计算的结果不合理，这时就需要我们掌握正确的水面线推算方法，根据天然河道恒定非均匀流水面线的计算公式，对天然河道水面线的计算前期的整理资料、划分河段、确定各参数进行计算，并指出水面线成果合理性和科学性。
一、天然河道水面线推算前期工作要点分析 1.1 准确收集地形资料准确的计算水面线，要依赖于较为完整的河道地形资料，计算前要对地形资料加以分析以适应水面线计算的要求。
横断面资料两岸高程应测到设计洪水位以上，水下部分应测完整，并要对断面资料加以分析，不是有效的过水面积如挖沙的深坑要进行断面修订。
纵断面资料应包括沿程高中低水位的同时水面线，以便了解水流沿程变化情况，还应沿河段进行洪水调查。
1.2 计算河段的划分水面线计算是逐段进行的，需要将计算河道划分为若干个计算断面，河道分段是否恰当直接影响水面线的计算成果，计算河段的划分应遵循以下原则：fan【】(1)每个计算河段内过水断面的形状、尺寸、糙率、比降等变化不应太大。
(2)在一个计算河段内上下游断面水位差不能过大，一般平原河流取0.2～1.0米，山区河流取1.0～3.0米。
(3)每个河段内没有支流流入或流出，若河道有支流存在，在支流汇入或分出的河段处，由于流量有变化，应在支流汇入或分出点前后加设断面，设的断面位置应使同一河段的流量沿程不变。
山区河流水面线计算方法探讨
河道洪水演进模拟ꎬ 可进行桥梁、 堰、 闸、 涵洞、 水
流量ꎮ 河流所在位置无水文测站ꎬ 因此起推断面水位
泵、 水库和湖泊的模拟ꎻ 水文计算平台可进行包含复
流量关系根据实测断面资料ꎬ 采用水力学曼宁公式法
式断面、 河道扩大缩小、 急转弯等特殊断面的河道水
与局部水头损失ꎬ ｍꎮ
收稿日期: ２０１９ － ０６ － ２７ꎻ 修回日期: ２０１９ － ０７ － １４
作者简介: 杨会娟(１９９０ － ) ꎬ 女ꎬ 硕士ꎬ 助理工程师ꎬ 主要从事水资源规划及水文分析工作ꎮ
４９
２０１９ 年 １０ 月 第 １０ 期
杨会娟ꎬ 等: 山区河流水面线计算方法探讨
面线计算ꎬ 但不具有模拟水工建筑物功能ꎮ
３ 实例研究
计算求得ꎬ 推求对应的起始水位为 ２９ ４５ ｍꎮ
３ ２ ４ 边界条件设置
为了便于模拟结果之间的比较ꎬ 三种模拟方法均
关键词: 河流水面线ꎻ 水工建筑物ꎻ ＨＥＣ － ＲＡＳꎻ ＭＩＫＥ１１ꎻ 水文计算平台
中图分类号: ＴＶ１３１ ４ 文献标识码: Ａ 文章编号: １００８ － ０１１２(２０１９)１０ － ００４９ － ０３
１ 概述
为了深入贯彻落实乡村振兴战略ꎬ 践行绿水青山
就是金山银山的发展理念ꎬ 开展山区中小河流整治工
情况和流量ꎬ 推求河道的水面线ꎬ 其计算原理同 ＨＥＣ
３ ２ ３ 洪峰流量及起始水位的确定
２ ２ 模型特点
行) » ꎬ 工程所在区域主要为农田ꎬ 其相应洪水标准按
－ ＲＡＳ 软件ꎮ
根据 « 广 东 省 中 小 河 流 治 理 工 程 设 计 指 南 ( 试
ＭＩＫＥ１１ 模型 可 进 行 基 本 的 河 道 洪 水 演 算 模 拟ꎬ
河道水面线推求及参数选取方法
设计洪水水面线推算根据沿程比降、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：2g2g 21w 2221V h V Z Z αα-++= 式中： 1Z 、1V ——上游断面的水位和平均流速；2Z 、2V ——下游断面的水位和平均流速；j f w h h h +=——上、下游断面之间的能量损失；l RC Vh f 22=——上、下游断面之间的沿程水头损失； )22(2221gV g V h j -=ζ——上、下游断面之间的局部水头损失； ζ——局部水头损失系数，根据《水力计算手册》，由于断面逐渐扩大的ζ取值0.333，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。
（2）河道糙率河道的粗糙系数受到河床组成床面特性、平面形态及水流流态、植物、岸壁特性等影响，情况复杂，不易估计，本工程河道基本顺直，床面平整，经过整治的河床粗糙系数可以采用《水工设计手册》第一卷P1-404介绍的当量粗糙系数x Nxnn ∑=1当 ；设总湿周x 的各组成部分1x ，2x ，……N x 及所对应的粗糙系数分别为n 1，n 2……n N 。
1糙率的选取河道糙率影响因素有河槽方面也有水流方面。
河槽边壁及河床粗糙程度，滩地植被，河槽纵横形态的变化是主要因素。
大洪水糙率小于小洪水糙率，若附近有大洪水资料时可采用河段附近现状河道纵横断面资料反推综合糙率；若河道纵横断面于大洪水有较大变化时应在河道原貌的基础上反推糙率；反推糙率实际上小于实际糙率。
无资料时可根据经验参照水力计算手册确定，偏重于安全考虑，在河道整治工作中糙率适当选小些，在防洪规划中适当大一些。
2起推断面与起推水位的确定水流为缓流时起推断面一般选在推算河段下游，急流时选在上游，附近下游有水文站时以水文站为起推断面，依据实测水位资料分析不同标准洪水位，当缺乏高标准的水位流量关系时可适当将水位流量关系外延。
变步长法在天然河道水面线计算中的应用
哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报
Vol139 No14
JOURNAL OF HARB IN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Ap r. 2007
变步长法在天然河道水面线计算中的应用
万五一 ,江春波 ,李玉柱
中图分类号 : TV131
文献标识码 : A
文章编号 : 0367 - 6234 (2007) 04 - 0647 - 03
Applica tion of var ies increm en t itera tion to sim ula tion of wa ter - surface prof ile in na tura l channels
收稿日期 : 2005 - 01 - 05. 基金项目 : 中国博士后科学基金资助项目 (2004036254). 作者简介 : 万五一 (1976—) ,男 ,博士后 ;
江春波 (1960—) ,男 ,教授 ,博士生导师 ; 李玉柱 (1941—) ,男 ,教授 ,博士生导师.
法为图解法和试算法 [ 6 ]. 本文根据试算法的基本 思想用计算机对水面线进行模拟计算 ,并对电算 方法的计算效率进行分析 ,提出变步长的水面线 计算方法 ,此方法的计算速度是常规方法的几十 倍 ,它可以应用于各种明渠和天然河道的非均匀 渐变流水面线计算.
(清华大学 水利水电工程系 ,北京 100084, E2mail: wanwuyi@ tsinghua. org. com )
摘 要 : 试算法是计算天然河道水面线的常用方法之一. 为了提高试算法的计算效率 ,以试算法的基本原理
为基础 ,采用变步长的计算格式对天然河道水面线进行数值模拟 ,并分析步长变化系数对计算效率的影响 ,
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推求山区天然河道水面线方法的应用比较研究
【摘要】本文介绍了推求山区天然河道水面线的MIKE11和HEC-RAS两款软件，并阐述了相关计算原理。
通过利用典型山区天然河道的计算实例，对两者的计算结果进行对比分析。
结果表明：对MIKE 11的糙率取值比HEC-RAS 大于40%左右时，水位和流速差值沿程的变化基本一致，说明两款软件对于山区天然河道水面线的计算的结果基本一致。
但由于两款软件在模拟时所采用的计算方程、迭代方式、求解过程各不相同，所以造成计算结果也不同；MIKE 11软件较HEC-RAS软件计算的水位和流速稍有偏小，但相差不大，在山区天然河道水面线计算中，应结合实际情况，对二者选择采用。
【关键词】山区天然河道；水面线；MIKE11；HEC-RAS；ArcGIS
1.计算原理
1.1 MIKE 11软件
（3）河道糙率：由于在以往的工程运用中，两款软件取相同糙率会导致计算结果相差过大，当MIKE 11的糙率取值比HEC-RAS大于40%左右时，两款软件计算结果趋于一致。
故此次糙率根据河床组成及岸边情况，MIKE 11主槽糙率为0.045，滩地0.05；HEC-RAS主槽糙率为0.03，滩地0.035。
2.1.2 HEC-RAS软件
2.2计算结果及分析
2.2.1计算结果
计算所得的水位与流速均取模拟结果中的最大值，MIKE 11软件及HEC-RAS软件的计算结果见表1。
将表1的水位和流速差值点绘制成图1。
表1 直苴河不同频率水位和流速差值结果对比表
2.2.2结果分析
3.结语
应用MIKE 11和HEC-RAS都可以较快的推求山区天然河道水面线，两者相对于传统的手动推求，均大大减少了工作时间。
由于两款软件对测量资料和边界条件的设置都比较严格，所以在建模初期需做好充足的准备工作。
在本次的计算中，边界条件均采用设计水文资料；所选用的河网模型与断面均由ArcGIS软件自动生成得到，相对于传统手动绘制河网和提取断面，此方法避免了由于人为因素造成的计算误差，所得的结果相对可靠。
在今后的山区天然河道水面线推求过程中，若要考虑计算结果的合理性，可用两款软件分别推求同一工程的水面线对比计算结果；若所得结果差值均被控制在较小的区间，则说明所得结果合理可靠；若两者的差值出现较大范围的波动，则需要考虑对所建的模型进行重新检验并再次计算，直至两者所得结果差值趋于小范围区间。
[科]
【参考文献】
[1]戴文鸿，高篙，张云，等.HEC-RAS和MIKE11模型河床糙率应用比较研究[J].泥沙研究，2011（6）：41-45.
[2]刘洋.几种水面线推算方法的比较[J].人民黄河，2011，33（2）：51-53.
[3]刘洋，孙晓英，工俊英，等.HEC-RAS及SOBEK-RURAL软件推算山区天然河道水面线[J].北京水务，2008（6）：34-36.
[4]李炜.水力计算手册[M].（第2版）北京：中国水利水电出版社，2006.。