河道的糙率计算
HEC-RAS中关于水位、糙率演算的方法
HEC-RAS中关于水位、糙率演算的方法刘斌摘要：为了获得定流量情况下河道各断面水位和河段糙率，通过勘测数据建立河道几何资料及水文数据建立边界条件，应用HEC-RAS软件对河道进行了数值计算。
计算结果经与测试结果验证比较，吻合较好，表明HEC-RAS可以适用于河道水面线计算及糙率试算。
数值模拟的可操作性强，精度及效率均较高，可广泛应用于防洪评价等水力分析计算中。
关键词：HEC-RAS；断面；边界条件；水位；糙率1.HEC-RAS简单介绍1.1发展历史HEC-RAS是由美国陆军工程兵团水文工程中心开发的水面线计算软件包，最早的第1.0版本公布于1995年7月，随后出现了1.1、1.2、2.0、2.1、2.2、2.2.1、3.0、3.1等修正或更新版。
目前最新的版本是4.10，本基于4.0正式版（2008年3月）。
1.2应用领域①洪水位计算（包括定、变流量）；②结构物影响分析：桥梁、涵洞、堰、溢洪道、冰、抽水站、堤防、障碍物；③渠道整治分析；④淹水分析（包括河道及陆地）；⑤桥梁局部冲刷（包括桥墩及桥台）；⑥稳定渠道设计；⑦河道输沙量计算；⑧溃坝分析；⑨溃堤分析。
1.3定流量数值计算步骤1.4界面说明其中：1打开案例2储存案例3开启几何资料编辑视窗4开启定流量编辑视窗5开启变流量编辑视窗6开启执行定流量视窗7开启执行变流量视窗8开启水力计算（例如桥梁冲刷、河道输沙量计算等）9开启河道断面展示视窗10开启水面剖线展示视窗11开启河段水力参数计算结果展示视窗12开启率定曲线计算结果展示视窗13开启河道三维计算结果展示视窗14开启变流量水位、流量关系线展示视窗15开启河道水力特性展示视窗16开启单一断面或结构物水理计算成果展示窗17开启所有断面计算成果展示窗18开启计算过程中所产生之警告或错误通知视窗19开启数据存储系统视窗20显示案例名称21显示计划名称22显示河道几何资料档案名称23显示定流量河道水文资料档案名称24显示变流量河道水文资料档案名称25案例说明26显示档案存取路径27延展案例说明栏位28显示目前案例所用之单位2．水位的计算根据河道断面几何资料、糙率以及初始水位、河段流量推求各断面水位等水力特征。
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。
不同河流、明渠等的粗糙度-糙率取值n表
大漂石，底坡上均 匀，床面 远，断面尚且规整，水流显出斜 长有杂草，树木，形状尚且整
不平整
流，回流或死水现
齐
象 河段不顺直，上下游有急弯，或下 两侧岸壁为岩石及砂土，长有
游有急滩，深坑
杂草，树木，形状尚且整齐；
等；河段处于S形顺直段，不整 两侧岸壁为石砂质夹乱石，风
齐，有阻塞或岩溶情况发育；水流 化页岩，崎岖不平正，上面生
正常值
最大值
0.030 0.035 0.040 0.045 0.045
0.050 0.070 0.100
0.040 0.050
0.033 0.040 0.045 0.050 0.050
0.060 0.080 0.015
0.050 0.070
0.060 0.100
0.030 0.035
0.030 0.035 0.040
0.050 0.050 0.060 0.070 0.100
0.150 0.040 0.060
0.100 0.120
0.035 0.050
0.040 0.045 0.050
0.070 0.060 0.080 0.110 0.160
0.200 0.050 0.080
0.120 0.160
天然河道糙率表
荒溪
6
呈均匀流的多石滩河段，无杂草的河段
7
中等情况的多石滩河段，25%蔓生杂草的河滩
8
具有大砾石的石滩段，个别部分水流方向特别不规则，50%蔓生杂草的河滩
9
75%蔓草杂生的河滩
10
100%蔓草杂生的河滩
注：本表由前苏联玻尔达柯夫编制。 天然河道糙率表—单式断面或主槽（水位较高时） 类型
河段特征
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。
糙率表 全
0.025-0.029
河段不够顺直，上下游附近 土质岸壁，一岸坍塌严
细沙，河底中有稀疏水草
重，为锯齿状，长有稀疏
1
弯曲，有挑水坝，水流不畅
或水生植物
杂草及灌木，一岸坍塌，
通
长有稠密杂草或芦苇
Ⅳ
一侧岸壁为石质，陡坡，
河床由砾石或卵石组成， 顺直段距上弯道不远，断面
形状尚且整齐，另一侧岸
2 底坡上尚均匀，床面不平 尚且规整，水流尚且畅通，
植被
糙率n（曼宁公式)
变化幅度
平均值
Ⅰ 平面顺直，纵断平顺， 土，沙质， 基本上无植物或为已收 0.026-0.038
横断整齐
淤泥
割的麦地
0.030
平面，纵面，横面顺直
稀疏杂草，杂树或矮小
Ⅱ
土，沙质
0.030-0.050
整齐
农作物
0.040
砂砾，卵石
平面，纵面，横面尚且
稀疏杂草，小杂树，或
Ⅲ
滩或为土，
畅通
形状较整齐
0.022-0.026
河床为沙质，河底不太平 上游顺直，下游接缓弯，水 两侧岸壁为黄土，长有杂
1
0.025-0.029
顺
流不够畅通，有局部回流 草
Ⅲ
河道顺直段较长，断面较规
河底由砂砾或卵石组成，
2
整，水流较畅通，基本上无
底坡较均匀，床面尚平整
死水，斜流或回流
两侧岸壁为土砂，岩石， 略有杂草，小树，形状较 整齐
0.080 0.100
正常值
0.030 0.035 0.040 0.045 0.045 0.050 0.070 0.100
0.040 0.050
明渠与天然河道的糙率实例
http://166.111.92.13/data/shuilixue/wlkc1/image/image6/imagepages/image18.htm[2009-2-22 16:42:33]
142.jpg
1１9９ 14１2４.２jp．gｊｐｇ
明槽河道糙率，n=0.050 在黑色软粘土上挖浚的渠道，边坡、底很不规则，长草，断面变 化不大。
http://166.111.92.13/data/shuilixue/wlkc1/image/image6/imagepages/image6.htm[2009-2-22 16:41:05]
130.jpg
7７1 3１0３.０jp．gｊｐｇ
明渠糙率，n=0.02 灌溉渠道较直，用砂压紧二边坡。
http://166.111.92.13/data/shuilixue/wlkc1/image/image6/imagepages/image9.htm[2009-2-22 16:41:31]
133.jpg
1１0０ 13１3３.３jp．gｊｐｇ
明槽河道糙率，n=0.024 该沟渠的两岸和河底都由碎石干砌而成，河道底部不太整齐，分 散有一些卵石，渠中水流较为平缓，河岸两边杂草丛生。
http://166.111.92.13/data/shuilixue/wlkc1/image/image6/imagepages/image7.htm[2009-2-22 16:41:15]
131.jpg
8８1 3１1３.１jp．gｊｐｇ
明渠糙率，n=0.022 该土渠用水泥砂浆衬砌而成，渠内局部地方长有杂草，渠中水流 流速较缓，土渠底部覆有沙层。
http://166.111.92.13/data/shuilixue/wlkc1/image/image6/imagepages/image16.htm[2009-2-22 16:42:21]
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。