几种水面线推算方法的比较

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。     

河渠底坡陡缓对水面线计算的影响分析

河渠水面线的计算是堤防整治规划设计中的重要内容。然而生产实践部门在水面线计算(尤其是山丘河流水面线)中会遭遇到一系列问题:成果误差大,甚至无法求解,起推水位如何确定等。从应用角度出发,首先探讨河道底坡对水面线推求方向的影响;然后探讨河道底坡对水面线计算成果精度的影响。分析表明,缓坡河道宜采用由下游向上游推求,而陡坡河道则宜采用由上游向下游推求;坡度愈大,水面线成果误差愈大,故应根据河道坡度严格控制计算河段的长度,从而保证水面线成果的精度;此外还分别探讨了缓坡和陡坡河道下起推水位的确定方法。这些探讨可为堤防工程规划设计提供有益的参考。     

回水计算工作中的几点经验

艾斯考福法中坡度线与Ｚ￣Ｆ曲线出现相割现象的原因是由于起算断面上的水位流量关系不能成立之故。并建议采用以相应坝前最高水位的出流与入库最大流量的差值，按水库面积或距离比例分配到各计算河段，使各段总流量向上游逐渐加大，以坝前最高水位为起始水位，逐段按不同河段流量向上游推算，求出设计洪水的水面线，以此计算大型水库入库洪水沿程回水及瞬时最高水面线。     

急流的分析判别与急流水面线计算

山区河流水面线计算常遇到急流流态的河段,正确判别水流的流态是计算河流水面线的关键。该文首先阐述了判别流态的理论依据,继而以实例分析计算了急流洪水位,并分析了该水面线的合理性,供参考。     

HEC-RAS软件在水面线计算中的应用

分别利用HEC-RAS软件和传统试算法对渭河眉县段进行水面线推求,分析HEC-RAS软件和传统试算法差异性。HEC-RAS软件主要方法是根据拟定堤距、河段糙率、控制断面水位~流量关系和实测断面资料,计算各断面水力因素,并以最下游实测断面作为边界起算断面,逐步向上推算,最终推求出各断面设计洪水水面线。分别推求渭河眉县段10年、5年和2年一遇的洪水位,并利用传统试算法进行校核与对比分析,认为软件计算虽与传统试算法结果有偏差,但偏差在合理范围内,其结果可采用,同时计算较传统方法简单明了,故推荐使用软件进行计算水面线。     

用高程与河道断面特性平均积分曲线图解河道水面线

从恒定、渐变流河段能量方程式中推导出以高程与河道断面特性平均积分曲线图解河道水面线的方法,并通过某河段水面线计算实例说明了此方法的计算图解步骤。对于同一河道,由于高程与河道断面特性平均积分曲线不变。故曲线可重复利用。因此,对进行多种设计标准的水面线计算可很方便地直接从曲线图上得出水面线结果。     

不同流量下渐扩段局部水头损失数值模拟

为研究不同流量下渐扩段局部水头损失规律,选取了MIKE软件的水动力(HD)模块,对渐扩段水面线进行模拟分析,从而得出局部水头损失的水面线、流场等相关规律,并与计算值进行对比。计算结果表明:模拟得到的渐扩段沿程水面线与计算值吻合较好,且从流场图上及水位对比图中可看出,MIKE软件更能很好地模拟出局部水头损失,大大减小计算的难度和复杂程度,且能做到精确模拟。研究成果可为相关实际水利工程提供依据。     

HEC-RAS模型在山区中小河流水面线计算中的应用研究 ——以铁场河综合整治工程为例

山区中小河流具有坡降大、水工建筑物多、水流急的特点,在水面线推算上相比平原区河流难度较大。常规的水面线方法在急流及多水工建筑物情况下容易出现突变,需分段推求水面线,计算精度较差。该文选定铁场河综合整治工程案例,建立HEC－RAS一维模型推算铁场河干流水面线,并与常规的水面线方法结果对比,分析HEC－RAS模型在山区中小河流水面线推算中的优点。     

受水利工程影响后的河段洪水水面线分析计算——以郁江干流贵港枢纽至西津坝下段为例

在考虑贵港航运枢纽调度运行方式的基础上,复核分析贵港航运枢纽泄流曲线的合理性,采用河道非均匀渐变流伯努利方程进行水面线计算,并通过控制断面水位、所依据基础资料的可靠性、水力要素的合理性、调查水面线趋势等方面对计算成果进行合理性分析。结果表明:水面线的分析计算成果与调查水面线趋势相符,成果合理可靠,可为该河段河道治理等防洪工程建设提供设计依据及参考。     

基于MIKE11的平原河道水面线分析计算

以平原河道东鱼河为例,采用MIKE11一维水动力模型计算水面线。分别对中游河段、下游河段验证站各选择两场洪水进行模型验证,拟定滩地、河槽分区糙率,设置河段上游流量边界、下游水位边界。结果表明,在洪水大流量、高水位阶段,场次洪水的模拟水位与实测水位整体吻合较好,模型具有较好的适应性。在既定水文水力条件下,推求20年一遇标准洪水设计水面线,分析了流量~水位及水位~过水面积关系,相关成果可为河道洪水调度提供决策参考。     

二维泥沙数学模型在赣江大堤南昌段改线中的应用

采用平面二维水流泥沙数学模型计算了赣江大堤南昌段堤线改线对河段水流运动及河床冲淤的影响。在运用实测资料对该数学模型进行河段水面线，断面流速分布，汊道分流比和河床冲淤分布验证的基础上，计算了堤线改线工程前，后河段洪水水位壅高，断面流速分布变化，取土料场回淤等。     

天然河道水面线推算基本方法及参数选取

壶流河是海河流域永定河水系桑干河的一级支流,在流经县城附近的下河湾水库时,现状河道K0+000—K1+000段,河道由430 m渐变至80 m。文章在分析水面线计算目的及原理、计算过程中的控制断面选择及参数选取、改河段水面线推算参数确定等的基础上,进行了水面线成果推算和水面线成果分析。结果表明,本次计算的水面线结果与历次成果十分相近,本次成果能准确指导工程运行管理。     

基于遗传程序的南水北调中线水面线计算

目前南水北调中线水面线的推算采用传统恒定非均匀流公式,糙率等水力参数需根据实际情况,定期复核并进行修正,缺乏灵活性。结合中线调度实际,建立了基于遗传程序设计的渠道水面线计算模型,利用遗传程序自动拟合渠段上游节制闸闸后水位与下游节制闸闸前水位、输水流量的非线性关系,从而实现在闸前常水位控制模式下不同输水流量的水面线推算。经在南水北调中线干线工程典型渠段的试用表明,建立的基于遗传程序水面线计算模型灵活性强、拟合精度高、操作方便,具有较高的实际应用价值。     

河渠水面线推求方向的可行性研究

河渠水面线的推求,首先必须确定推求方向,因为虽然从理论上可从上游或下游断面开始递推,但实际上都可能遇到无法推求的情况.构建的规则河渠水面线推求方向可行性分析方法,首先分析水面线计算式上、下断面能量函数曲线的特性,研究计算河段长度、河道底坡对其的影响;然后探讨上、下断面的能量函数曲线相对位置关系,从而探究无法推求的原因及求解的规律性,并以实例进行分析.研究结果表明,由下游向上游推求等截面缓坡、临界坡河段及收缩河段,或由上游向下游推求等截面陡坡、临界坡河道及扩散河段,总能找到可行解或通过缩短计算河段长度找到可行解;而由上游往下游推求等截面缓坡河段、收缩河段,或由下游向上游推求等截面陡坡河段、扩散河段时,则存在无解区域,且无解区域发生在临界流态的某一邻域内,邻域左右半径不一定相等;此外,河段长度愈长,坡度愈陡,邻域半径愈大.     

上下断面间河段距离选取对水库回水计算的影响

上下断面间河段距离△L的选取是计算水库、水电站回水和确定淹没线的重要影响因素之一.分别探讨河段间距选取对确定河道比降的影响和对回水长度范围确定的影响.分析表明,在同流量同起推水位不变的情况下,河段间距选取越大,河道平均比降、末端回水尖灭点的极值趋向误差就越大,不能正确反映出河道水面线的真实情况,所以要提高回水水面线的计算精度,就要严格控制好河段间距的选取.     

黑水河某河段治理水面线计算

设计水面线是河岸工程建设最为重要的水文依据之一。结合辽宁黑水河河道治理，利用流域降水资料，采用无资料地区设计暴雨洪水计算法和水文比拟法对比验证计算10 a一遇的洪峰流量。同时，根据现有水文资料和设计洪峰流量，通过一维恒定流能量方程计算黑水河某河段（新房子—平台子村）的设计水面线，得到沿岸63个设计断面的水位，水位变化在0.14～1.87 m。计算结果对河道治理工程设计发挥了应有的作用。     

水面线计算成果验证方法研究

根据天然河道水面线计算原理,结合浑江重点段治理工程进行河道水面线推算,并采用水文站实测水位和洪水调查成果方法对水面线推求结果进行了验证,验证后成果更接近于实际水位。对于水面线推求成果采用合理方法进行验证,对确定河道治理工程规模和投资都有重要影响,可为类似河道治理工程的水面线推求提供参考。     

HEC-RAS软件在山区中小河流治理工程中的应用

水面线推求是中小河流治理工程中一项重要的基础工作,尤其是山区河流中,流态比较复杂,采用常规能量方程分段推求方法容易出现错误或无解现象.以吉林省抚松县山区河流汤河为例,采用HEC-RAS模型,模拟了20年一遇设计洪水频率下河道水面线.计算结果表明,HEC-RAS软件在分析计算山区河道水面线及河内建筑物对河道的壅水影响时方便实用,软件适用性较好,可供中小河流(尤其是山区河流)治理工程参考使用.图1幅,表2个.     

基于变步长差分迭代方法的河道水面线计算

在计算天然河道水面线时，由于河道的不规则性，导致计算断面间距往往是不相等的。为此，依据水力学能量方程，建立了变步长差分迭代的水面曲线模型。该数学模型简单易行，适应性强，便于程序化实现。通过对河南省南部某河道治理工程水面线的推求验证，证明该方法可有效解决非等间距断面的水面线推求问题，且计算效率和精度较高，可为计算类似工程问题提供参考。     

三峡水库蓄水后荆江段低水期水面线变化分析

为了分析三峡水库蓄水以后荆江河段水面线的变化,采用2002～2016年实测水文资料对荆江河段低水期水面变化进行分析。分析结果表明:荆江河段水面线呈明显下降趋势,低水时同一流量下各站水位也有一定程度下降,但枝城站水位下降幅度不大,沙市站水位下降较为明显,其可能原因是受河道局部冲淤影响较大。