浅析河道糙率的算法
浅水方程模拟中确定糙率的回归系数法
浅水方程模拟中确定糙率的回归系数法
浅水方程模拟是一种非常有用的工具，用于模拟不同的水化学和物理效应，这些效应的参数都受到溪流的糙率的影响。
因此，确定这些效应参数所需要的糙率值是一个异常重要的问题。
传统的方法是使用野外实验来测量糙率，但是这是一个非常昂贵而且缓慢的过程。
因此，寻求一种更有效率、更快速的糙率估算方法是尤其重要的，尤其是在对溪流的水资源进行计算的时候。
回归系数法（RFA）是一种用来估算河流糙率的实用方法，它基于河流的一些经验规律，利用简单的数学模型来估算河流的糙率。
RFA可以使用现有研究得出的关于糙率和溪流水深及流速的经验规律，能够用少量数据计算得出河流的粗糙程度，把野外实验数据精确计算运用于水源分析和模拟中。
为了计算河流糙率，RFA使用一组称为回归系数的经验模型参数，它将不同的河流的水深和流速参数与河流的糙率值相关联。
这些参数是基于对实际河流的研究得出的，它们可以用于估算糙率的大小。
RFA通过使用一组经验模型参数，将未知的河流的水深和流速参数与糙率之间的关系建立起来，用于快速预估河流的细节。
RFA的经验参数是根据野外测量得出的实验结果发展出来的，以满足模拟河流糙率的不同要求。
一般而言，参数通常包括溪流流速、水深、曲折程度等。
在使用RFA之前，可以预先评估河流
的大致形状来确定相应的参数；也可以根据观测和实验设备获取的实际流量数据调整参数以更精确地估测糙率。
RFA是一种高效的糙率估算方法，可以以比传统野外实验更快的速度估算河流的糙率，为水资源分析和模拟提供重要信息。
RFA可以帮助水文工程师更快捷地建立水源模型，从而更准确准确地掌握河流的特征，做出更精准的资源利用计划。
天然河道糙率问题的理论探讨
天然河道糙率问题的理论探讨作者：李东颇刘宏来源：《农业与技术》2014年第12期摘要：糙率是估算河道洪峰流量，计算分析水文要素的一个重要参数。
本文对糙率影响因素以及对糙率的推求，进行了理论探讨，并阐述了糙率的规律性，及其变化，取决于天然河流中的各种水力因素、由于各种水力因素在天然河道中，不但沿程发生变化，而且在同一断面的不同水位时，也是不同的，因此，糙率还随着各种水力因素在不同水位时发生变化。
关键词：河道糙率；影响因素；规律性；理论；探讨中图分类号：TV143 文献标识码：A1 糙率及水力因素衡量河床粗糙程度的糙率，实际上是一个系数。
它的大小对水流运动产生一定的影响。
但就水流运动来说，水流运动，能量也会不断损失，而能量损失主要包括沿程损失、局部阻力损失2部分。
沿程损失反映河道的粗糙程度和流态，天然河流，多属于紊流。
沿程损失又与河床的粗糙程度有着密切的关系。
河床表面粗糙，沿程损失大，反之则小。
所以，糙率也是反映水流沿程摩阻损失的一个系数。
把过水断面形状、大小以及河底沿程变化，深潭、急滩、湾道等造成的局部损失、沿程损失合起来求糙率，会导致糙率含义不清，分析的成果也很不理想，糙率值的精度低。
且因不同情况的天然河道，没有一定规律，给实际应用带来很大困难，因此不宜用这种方法来分析河道的糙率。
糙率的影响因素，主要是河床的组成，以及各种组成的河床粗糙程度，如河床表面平整程度，水生植物生长情况等。
当河槽床面与河岸糙率不同时，其综合糙率随水深变化。
若岸壁糙率较大，综合糙率随水深的增大而增加。
若岸壁较光滑，综合糙率随水深的增加而减小。
因此，河床组成在没有改变的情况下，糙率是随着水深增加而逐渐减小，某一水位后，趋于稳定。
天然河流，各级水位的河床质组成、水生植物生长等情况绝大多数是不一致的，因此，反映各级水位河床平均粗糙程度也有所不同，间接反映这种变化的也是水深。
2 糙率的反求因为糙率是一个系数，所以反求时要考虑采用沿程损失。
大型人工河道糙率问题研究
大型人工河道糙率问题研究摘要：本文从新汴河的实际运行工况，利用实测资料反推出新汴河河槽和滩地糙率，通过分析新汴河运行以来河床糙率的变化，总结出大型人工河道河床糙率变化的一般规律。
关键词：新汴河河槽滩地糙率1河道糙率影响因素影响糙率的因素，主要是河床壁材料的组成（如泥沙、卵石、天然岩石），以及各种材料的粗细结构，河床表面平整程度，植被生长情况等。
关于水深对糙率的影响，一般来说，低水位时水深小，河床面凹凸度占水深比例相对较大，对水流的影响也大。
另外，阻力跟水流与河床的接触面有关。
在同一断面中，水位低接触面相对较大。
但随着水深的增加，湿周的增率也逐渐减小，或者趋于不变。
因此河床壁组成等情况如无特殊改变，糙率的变化也是随着水深增加而减小，到某一高水位后，稳定少变。
对于天然河流来说，各级水位的河床质组成，边壁特性，植被成长等情况各不一致，因此反映各级水位以下河段平均粗糙程度也各有差异，水深可以间接反映这种变化情况。
2新汴河河道糙率研究2.1河道概况新汴河是淮北平原上人工平地开挖的河道，新汴河七岭子～团结闸段，全长111.2km，河道底宽95～115m，堤中心距350～560m。
具有近似于明渠均匀流的条件。
本文用实测资料反推法推算新汴河河道糙率，选用的是有实测水文数据的宿县闸～团结闸段98.44km河段，根据设计条件，新汴河20年一遇设工况下，河道断面平均流速为1.135m/s，团结闸和宿县闸洪峰出现的时间差为1d。
2.2原设计糙率取值及存在问题新汴河原设计河道糙率中泓采用0.0225，滩地按漫滩水深区别采用，3m以上0.03，3m～2m为0.03～0.035，2m～1m为0.035～0.04，1m～0.5m为0.04～0.06，0.5m以下不计行洪能力。
1982年7月，新汴河发生特大洪水，根据宿县闸和团结闸水文站实测资料，宿县闸实测最大流量1450m3/s，最高水位28.49m，流量与20年一遇设计排洪流量相当，但水位却高出20年一遇水位0.66m，团结闸最高水位18.97m，比20年一遇设计水位低0.87m，宿县闸～团结闸间水位差达9.52m，比设计水位差7.99m大1.53m，水面纵比降比设计增加约19%，实测流量、水位说明，新汴河实际行洪能力与设计工况有较大差异。
高坦水文站河道糙率分析及率定
高坦水文站河道糙率分析及率定摘要：河道糙率是推求洪水流量和进行其他水文分析的重要参数，论述了河道糙率的含义，论证了在恒定非均匀流情况下，用能量方程处理流速水头变化和局部损失的问题；此外，还根据高坦站的实测资料，分析了秋浦河高坦河段糙率的规律性，对用比降—面积法测流有参考价值。
关键词：高坦站；河道糙率；能量方程；分析1测站概况高坦水文站1951年7月设站，坐落于安徽省池州市贵池区梅村镇罗田村，测站坐标117°26′29"E，30°21′19"N，监测断面上游集水面积1077 km2，控制秋浦河干流81km，为皖南山区1000～2000km2代表站，防汛抗旱、水资源管理、水质监测,国家基本站、河道站、省级重要站、国家二类精度站。
本站测验顺直河段长1.6km，主流偏左岸，左岸有圩堤，当水位超过27.20m 时，漫溢穿过老街镇，右岸边树木茂盛，洪水期漂浮物较多，滩地宽约90.0m，当水位达23.00m时，开始漫滩。
河床为卵石沙砾，较稳定，无分流等其他现象。
上游左岸1.5km有小河（十字河）汇入，上游4.3km有双峰电站。
比降上、下断面之间无支流和分流。
测验河段基本顺直，断面稳定，近岸边水流通畅；河段内断面形状沿程变化不大，无卡口、急滩和较大的深潭，水面线无明显的转折点；河段内无较高而且密集的水生植物，岸坡无影响水流畅通的成片树林和季节性高杆作物；河床沙质，冲淤变化不大。
河道来水受流域降雨影响，卵石沙砾河床，断面稳定。
山区性河流产汇流时间较短，涨水历时变幅7～10h，洪峰滞时变幅0.5～1.0h。
水位、流量自建站至今资料连续，中高水时（水位在21.00m以上）水位流量关系为单一线，关系稳定。
低水期受上游电站发电影响，水位流量关系紊乱呈临时曲线，来水来沙主要集中在汛期。
2糙率分析的计算公式糙率是反映河床、岸壁形状的不规则性和表面粗糙程度的系数，是衡量河床边壁粗糙程度对水流影响的系数。
天然河道糙率及河道整治后糙率的变化
天然河道糙率及河道整治后糙率的变化摘要：天然河道的糙率与很多因素有关，如河床沙，卵石的大小和级配，底坡沿程变化及潭深，河道弯曲程度，横断面形状的不规则性，及整治后河道的人工建筑物等。
目前，河道整治后糙率多借用整治前的糙率，河道整治后改变了水流状态、河床形态，糙率也会随之改变。
本文基于河道糙率的确定的基本方法，根据整治后河道水流及河床的变化规律，应用水力学原理，分析河道糙率的变化。
关键词：天然河道‘糙率1、河道糙率的涵义和影响意义糙率又称粗糙系数，水力学的解释是指河床边壁粗糙程度对水流运动影响的一个系数，工程上综合反映管渠槽面粗糙情况对水流影响的一个系数。
运动学角度上水流从上向下游沿程运动引起的能量损失。
影响糙率的主要因素，主要是河床壁面的材料组成（如泥沙、卵石、天然岩石），以及各种材料的粗细结构，床壁表面的平整程度，植物生衰情况，河床的弯曲程度，水位的高低，河槽的冲淤以及整治河道的人工建筑物大小，形状，数量和分布等方面。
因为影响粗糙的因素众多，复杂多变，且糙率又是水力计算的重要参数，因此河道的糙率的确定恰当与否对水力计算成果有很大影响。
2、河道糙率的确定对河道糙率的确定一般采用本河段实测水文资料进行推算，对无实测资料或实测资料短缺的河道，比照类似河道的糙率或用一般经验公式计算确定。
以下主要介绍有实测资料的河道糙率的确定方法。
2.1基于实测水文资料的糙率推算（水力学方法）该方法是利用河道实测水文资料推算糙率，对于某一河段，当流态按恒定均匀流处理时，可根据实测资料（流量Q、断面面积A、水位等）应用谢才公式及曼宁公式推算而得；当流态按恒定非均匀渐变流处理时，可根据河道实测资料的平均值推算糙率初值，然后再通过水面线的反复推算调整糙率值。
2.2查表法当河道的实测资料短缺时，可根据河道特征，参照相似河道的糙率，根据河道河床特征，查天然河道糙率表，用经验的方法确定糙率。
该方法给出的糙率值仅反映切应力对水流的阻力，没有考虑局部阻力对水流流态的影响。
天然河道一维数模中综合糙率的确定方法
天然河道一维数模中综合糙率的确定方法作者：田景环武鑫奇张艺来源：《农业与技术》2013年第11期摘要：天然河道断面形态沿程变化比较大，水力计算时需要考虑局部阻力和沿程阻力双重影响。
根据能量守恒原理，提出了天然河道一维水力计算时糙率系数的确定方法，并通过实验对该方法进行了验证，取得了预期的结果。
该方法减少了率定糙率时的工作量，对缺乏历史观测资料的地区同样适用。
关键词：综合糙率；天然河道；一维数值模拟；水头损失中图分类号：TV12 文献标识码：A前言综合糙率系数是一个反映河床边壁粗糙程度、边界形状以及其他因素的对水流影响的一个系数，是进行水力计算、河流模拟研究的重要参数，它的正确与否直接关系着数值模型的精度。
天然河流，特别是山区型河流，往往有许多弯道、断面形状突变段，水流结构沿程变化比较大，此时如果仅考虑由沿程阻力造成的能量损失，就会产生较大的误差。
本文通过研究一维水力计算中糙率系数的确定方法，导出了利用能量方程来确定综合糙率的计算方法，并进行了验证。
1 概述确定河流综合糙率系数的方法大致归纳起来可分为2种：1.1 利用实测资料对糙率进行率定此种方法根据实测的流量、水位湿周等水力要素，利用最优化原理，定出使计算所得的相关水力要素值与实测值最接近的糙率值，这种方法确定的糙率能够综合反映河流的沿程和局部阻力特性，因此应用较广。
但它是利用实测资料反演得到糙率，不可避免地受到观测误差的影响，当研究河段较多或缺乏完整的观测数据时，参数取值具有很大的不确定性。
1.2 利用河床的壁面特征及状况确定的经验值此种情况确定的糙率值，仅反映由于切应力的作用水流产生的阻力，当计算河段的距离较短，局部能量损失远大于沿程能量损失时，由该方法确定的糙率值不能真实反映河流的阻力特征。
2 糙率计算方法天然河道的断面形状沿程变化比较明显，河流结构沿程变化比较大，进行一维水力计算时，可以将研究河段分为多个断面形状近似不变的子河段，在每个子河段内综合考虑沿程阻力和局部阻力的影响，确定出能正确反映该河段阻力特性的综合糙率。
浅谈天然河道糙率的确定方法
浅谈天然河道糙率的确定方法摘要:目前在推算无实测资料的天然河道洪峰流量时,无论用比降法或其他方法,都离不开一个很重要的因素,这就是天然河道糙率。
本文主要通过实际工作分析探讨关于如何正确确定河床糙率,以便在洪水分析计算得出科学合理的结果。
关键词:河道糙率河床确定方法1 对天然河道的认识河床糙率一般认为是反映了河道的粗糙程度,因此,在考虑选用糙率时也是根据粗糙程度有关的因素来确定糙率,如河床组成,地形地物,河段形势,植被,岸壁特征等等。
2 关于复式河槽主槽滩地的划分方法在复式河槽推算洪峰流量和选用糙率或推求糙率时,一般都采用主槽滩地分别计算的方法。
按主槽河床形状做垂直切割来划分主槽滩地。
在实践中发现这样计算主槽流量偏大20%以上。
对于主槽呈宽线形的大中河流情况则相反,从流速横向分布看,有的河段洪水时主槽河床两侧部分的流速近于滩地。
根据上述情况看,按河床进行垂直切割划分主槽滩地来推算糙率或流量是不妥的,下面是我在工作中总结的几种方法供大家参考。
2.1 外斜线切割法小河在推算糙率时应按流速变化带做分界来划分主槽与滩地。
在无实测资料的情况下,可近似的河床与滩地分界处向外做60°～70°斜线来划分主槽与滩地。
在实践中观察发现小河一般主槽较为窄深,大洪水时主槽向外扩展明显,经过资料分析证明,外斜线切割法所计算主槽糙率是接近天然河道糙率。
(详见表1)所以小河选用外斜线来划分主槽、滩地是可行的。
2.2 向主槽内斜线划分法此法是按主槽滩地分界线向主槽内做45°～60°斜线来划分主槽与滩地,特别是主槽与滩地界线不易明显区分,在洪水时主流明显居中,而滩地流速与主槽边界流速差异较小,这样的河流用向主槽内斜线来划分主槽、滩地是比较适用的。
2.3 主槽糙率系数法用斜线划分主槽与滩地的方法在计算中较为麻烦,不如垂直划分简便,为了弥补垂直划分的不足,若将主槽糙率乘一个系数,使它符合实际情况就解决了这个矛盾。
黑河莺落峡河段糙率分析及其计算
２ ８ ２ ９ ９ ９ ８
８ ４ ５ １ ８ ４ ． ０ ９ ８ ４ ３ ５ ． ７ １ ９５
３ ９ ．５ ３ ４ ． ７
９ ． ２ ０ ９ ． ３ ０
２ １ ． ５ ２ １ ．
３ ． ４ Ｏ ３ ． ４ ７
受 人工 调 节影 响最小 。
．
设 想之 三是 认为 洪水 达到 峰顶 时 ，各 水 力要 素
２ ６ ．８
２ ２ ．６
２ ４ ．８ ２ ５ ．７ ２ ５ ．９ ２ ５ ．７
５９ ６ ．
５． ８９
８９ ９ ． ８ ． ８ ３ ８ ． ８ ４ ６ ． Ｏ ７
１５ ．９
１４ ． ５
１３ ． ９ １２ ． ９ １３ ． ７ １ ５ ． ３
４ ． ９３
１ ４ ３
３ ７ ． ９
２ ８ ． ５
９ ． ３ ０
８ ． ９Ｏ
３ ４ ５ ９ １ ８
８ ３２ ８ ． ７ ． ５ ３ ７ ９ ３１ ８ ． １ ． ５ ０ ４ ９ ３１ ７ ． ３ ． ８ ８ ３
２ ７ ．６ ２ ４ ． ２ ２ ．６
５． ９Ｏ ５． ８４ ５． ７３
沿程 水 头损失 可用 下式 计算 ：
ｈｓ一
（） ３
式 中 ：Ｑ — — 流 量 （ ／ ） ｍ。 ｓ
目前 ，用实测 资料 反 推 糙 率 的 方法 只有 两 种 ：
现分 述如 下 。
１ ２ １ 能 量 法 ．．
Ｌ—— 上 、下 断面 间距 （ ； ｍ）
— —
河床 糙率 。
６
７
８ ９ １ ０ １ １ ９ ２ ８
１ ９ ３ ３ ９ ． Ｏ ． ３ ４５
１ ２ ３ ２ ８ ． １ ． ５ ５ ４
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浅析河道糙率的算法
作者：徐观兵
来源：《城市地理》2016年第05期
摘要：河道糙率是回水计算的关键参数，对河道治理、水利建设中的输水损失、防汛抢险中的洪水演算至关重要。
水库淤积后糙率将随着变化，因此选用适当的糙率算法，是库区回水计算十分关键的一步，对水库淤积后沿程水位确定、城市防洪安全、堤防设计高程拟定、水库防洪库容计算等均具有直接影响。
关键词：河道糙率；水库淤积；回水计算
1引言
河道糙率是反映河床表面粗糙程度的重要水力参数，受众多因素影响，包括岸壁和河床等的粗糙程度，断面形状，河床表面、河道岸壁等的地质特性，水流的流态以及含沙量等。
这些因素的变化情况，都与河流的特性不同，即使是同一条河流的上、中、下游各处，乃至同一河段的不同水深时也是不一样，其值很难精确求得，然而基本的公式法和查表法得出的具体值并不能满足水力的计算要求，因此是否选择合理的方法来计算糙率将会直接影响计算结果的正确性和合理性。
通常情况下，如果河流的河床和边壁等组成情况没有特别改变，那么，糙率大小的变化趋势将会是随着河道水深的增加而递减，直到某一水位，糙率才稳定不变。
对一般的河道而言，不同水位下的各种水力特性往往不同，比如边壁特性、植物生长、河床质组成等情况都不一致，不同水位下的河段平均粗糙程度也有所不同，水深通常可以间接反映这种变化。
糙率是一个综合的阻力系数，受多方面的因素影响，包括河道的几何形状、水力条件、甚至包括比降观测、水深、流速等各项数据的测量误差。
糙率的计算是否合理正确、将对洪水演算产生较大的影响。
研究表明，糙率也是一个相当敏感的参数。
因此，考虑糙率随水位流量变化是有必要的。
2糙率算法
2.1查表估值法
所谓查表估值法，是指在缺乏实测资料的情况下，结合河道特征，参照相似河道的糙率，再根据河床粗糙程度的特征，通过查询天然河道的糙率表得出糙率。
该方法没有考虑局部阻力，仅反映切应力对水流的阻力。
此时虽然有图表可查，但很大程度上依赖于技术人员的工程经验，因此查表估值法有一定的误差性，所以要慎重选择。
2.2水力学推算法
当河道有实测资料时，可应用水力学推算法来计算糙率。
水力学推算法是指利用河道实测水文资料推算糙率。
将水力学推算法应用到特定河段时，需要预先判断水流的流态。
当流态为
恒定均匀流时，则应用谢才曼宁公式来推算糙率；当流态为渐变流时，则利用该河段实测资料的平均值来推算糙率初值，再利用反复推算水面线的方法来推算糙率值，直至符合计算需求。
2.3反求糙率精度法
反求糙率精度法是指通过将实测的相关资料代入曼宁公式来反求糙率。
在天然河流中的水流通常是处于一个非恒定流的状态。
而曼宁公式的推导却是在近似于均匀流的水流流态下进行的。
因此，在观测水面比降的时候，应选择在水流流态短时内处于平稳状态时进行观测，或者在洪水涨落时，短时间内出现峰顶时进行观测，利用这种方式观测出来的比降资料通过曼宁公式才能较准确地对糙率进行计算。
水文站在勘选断面时，应当避免选择那些会出现深潭、弯道及形状急剧变化等的断面。
选择合适的断面进行观测，可以减少局部能量损失，甚至可以忽略局部能量的损失。
从而使得在计算糙率的时候，可以直接使用曼宁公式通过水面比降将糙率反求出来。
3糙率算法修正办法
3.1糙率参数反问题修正法
通常，由糙率公式法推算出来的糙率不能直接应用到天然河道中的计算，因为由糙率公式推算出来的糙率与用洪水资料推算出来的糙率存在差异。
天然河流在计算糙率过程中所选用的糙率系数n是一个相对比较综合的阻力系数，既反应了周界粗糙程度，也反应出河道断面的形状、水流的流态以及水力条件等的变化。
在糙率计算中，应用手工调试的方法来率定断面的糙率存在明显的弊端。
当河网规模比较大且复杂时，应用手工调试的方法来率定糙率的工作量会变得非常巨大，同时伴有很大的随机性。
为克服这些弊端，可将各级糙率的率定提为反问题中的参数问题，采用优化方法率定糙率，有效地节省了工作量与工作时间，同时还能提高准确率。
3.2综合计算糙率法
所谓综合计算糙率法是指利用局部能量损失系数以及反映切应力的糙率参数综合计算糙率的方法。
但，利用该方法的前提是假设局部能量损失在计算子河段内是均匀分配，且不影响计算断面的计算水位值。
因为在天然河道中水流的流态往往是非恒定流，恒定流出现的时间和概率均较小。
天然河流中，沿程水深和流速通常是不断变化，使得天然河流的流态往往形成恒定非均匀流。
因此，在考虑能量损失时，应当把局部能量损失也考虑进去。
需要用能量方程来代替曼宁公式来确定糙率。
总结：随着大量水库的运行使用，泥沙淤积也随之发展，造成了水库库容的损失，大大降低了水库的综合效益，还会产生一系列严重影响，因此准确预测河道的糙率，尤其成库后的综合糙率，对河道的各种水力、泥沙冲淤和排沙的准确计算有着重要意义。
以往针对水库淤积糙
率的研究主要采用半理论半经验方式、或采用淤积初步平衡其他类似河段参考等方式进行确定，为了克服这种弊端，部分研究人员提出了一些新方法来推算糙率，以期得到更加准确和合理的结果。
以此同时，对糙率进行了修正研究，还能提高精度，减小糙率对模拟结果产生的影响。