水利工程论文-浅论防汛中河道水位的几种计算方法.doc水利工程论文-浅论防汛中河道水位的几种计算方法.doc

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水利工程论文浅论防汛中河道水位的几种计算方法摘要利用试算法和图解法可以求解天然河道或渠道中测站上下游的水位,了解河道或渠道水位涨落速度及最高承受水位,为灌区的防洪抗洪指挥、总结防洪经验提供一定的参考作用。关键词防汛河道水位试算法图解法1引言在防汛过程中,河道的水位对防汛抢险具有重要的参考价值。一般天然河道的水位测量站分布稀疏,当一段河道离水位测量站较远时,通过计算的方法大致了解其水位显得尤为重要。就当前赣抚平原灌区而言,东、西总干渠道均有一段渠段是天然河道,原人工开挖渠道经过四十多年的流水冲刷,也渐渐变得与天然河道相差无几。根据天然河道水位的计算方法计算渠道内水位测站上下游水位,了解渠道水位涨落速度及最高承受水位,对灌区的防汛抗洪指挥、总结防汛经验具有一定的参考作用。2几组水位计算公式的推导天然河道蜿蜒曲折,其过水断面形状极不规则,同时底板和糙率往往沿程变化。这些因素使得天然河道水力要素变化复杂。由于河道的这些特点,其水位计算时,可根据水文及地形的实测资料,预先将河道分为若干河段。分段时应尽可能使各段的断面形式、底坡及糙率大致相同,同时保证计算段内流量不变。当然,计算河段分得越多,计算结果也就越准确,但计算的工作量及所需资料也大大增加。分段的多少视具体情况而定。一般计算河段可取24KM,且河段内水位落差不应大于075M。此外,支流汇入处应作为上、下河段的分界。图1所示为天然河道中的恒定非均匀流,取相距为ΔS的两个渐变流断面1和2,选00为基准面,列断面1和2的能量方程为Z1Z2ΔHW式中Z1,V1和Z2,V2分别为断面1和2的水位和流速;ΔHW为断面1和2之间的水头损失,ΔHWΔHFΔHJ。沿程水头损失可近似的用均匀流公式计算,即ΔHJΔS,式中为断面1和2的平均流量模数。局部水头损失ΔHJ是由于过水断面沿程变化所引起的,可用以下公式计算ΔHJ(-)式中为河段的平均局部水头损失系数,值与河道断面变化情况有关。在顺直河段,0;在收缩河段,水流不发生回流,其局部水头损失很小可忽略,取0;在扩散河段,水流常与岸壁分离而形成回流,引起局部水头损失,扩散越大,损失越大。急剧扩散的河段,可取-(0510);逐渐扩散的河段,取-(0305)。因扩散段的V2V1,而式正值,故取负号。将ΔHF和ΔHJ的关系代入能量方程得Z1Z2ΔS(-)⑴上式为天然河道水位一般计算式。如所选的河段比较顺直均匀,两断面的面积变化不大,两断面的流速水头差和局部水头损失可略去不计,则上式可简化为Z1-Z2ΔS⑵利用式⑴或式⑵,即可进行河道水位的近似计算。3河道水位的计算方法㈠一般河道水位计算试算法计算天然河道水位,应已知河道通过的流量Q,河道糙率N,河道平静局部水头损失系数,计算河段长度以及一个控制断面的水位Z2。若已知下游控制断面水位Z2,则可由向上游断面逐段推算,此时与Z2有关的量均属已知。将式⑴有关的已知量和未知量分别写于等号两边,则有Z1-ΔSZ2式中V,代入后有Z1-ΔSZ2上式等号右边为已知量,以B表示,左边为Z1的函数,以F(Z1)表示,即得F(Z1)B计算时,假设一系列Z1,计算相应F(Z1),当F(Z1)B时的即为所求。通常将假设的3、4个Z1值与相应的F(Z1)值绘制成Z1F(Z1)曲线,如图2所示。根据已知B值从曲线上查得相应的Z1值,即是所求的上游断面水位。依次逐段向上推算,可得河道各断面的水位。反之,若已知上游水位值Z1,则从上游往下游逐段推算Z2。㈡图解法图解法种类较多,现介绍其中较为常用的一种方法断面特性法。利用简化公式⑵ΔZΔS令()其中K为特性流量,是断面要素的函数,因K2则⑵可改写为ΔZΔS()⑶式中,A是水位的函数,即F(Z)⑷当ZZ1时,F(Z1)F1;ZZ2时,F(Z2)F2。代入上式,则ΔZΔSF(Z1)F(Z2)ΔSF1F2根据水位资料,绘制上、下断面的ZF(Z)曲线。如图3所示。假设河段上、下游断面的水位为及,在图3曲线上去AA’Z1,则OA’F1;同样,在曲线上去BB’Z2,则OB’F2。过A作水平线交BB’于C点,则AB于AC之夹角的正切为TGΘ所以ΔZTGΘ(F1F2)⑸比较式⑷与⑸,得TGΘ(N2Q2)ΔS因此,只要根据已知起始断面水位,在曲线Z1F(Z1)上取定A点,从A点作角度为ΘARCTG(ΔS)的射线,交曲线Z2F(Z2)于B点,B点的纵坐标即为Z2值。
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