天然河道水面线计算的几点体会

□郑 星

在天然河道整治工程设计中，河道水面线的计算是关键的一步，推求水面线的计算方法也很多，例如水深沿程变化的微分方程法、断面比能沿程变化的微分方程法、水位沿程变化的微分方程法以及天然河道水面线计算系统等。这些方法基本理论依据都是明渠恒定非均匀流渐变流一维平移流动能量平衡的微分方程，在公式的推导过程中均有按其边界条件做了近似或技术处理，均有其边界条的局限性。很多的水利工作者已经证明，对人工河道或水力参数变化不大相对规则的天然河道，采用前4种推算天然河道水面线的计算方法均能满足河道整治工程的精度要求，但对于河道的过水断面极不规则、河床不断发生冲淤变化、沿程水力参数变化较大的情况，建议采用天然河道水面计算系统分析计算水面线，这种方法相对比较符合实际。现就在实际工作过程中、采用天然河道水面线推求系统计算河道水面线谈几点体会。

1.明渠恒定渐变流微分方程

在底坡为i的明渠渐变流中，沿水流方向任取一微分流ds，如图1所示。

图1

断面1—1和断面2—2，列出能量方程?

可以看出，方程左端为上游水位函数，右端为下游水位函数，令上游水位函数为F1(Zu)，下游水位函数为F2(Zd)，则有

F1(Zu)=F2(Zd)时的水位高程即为所求。F1(Zu)和F2(Zd)函数中：

u、d—为上游和下游断面的水流要素下标；

Zu、Zd—为上游水位和下游水位，Z=ZO+h；

ZO—为河道底高程，实测取得；

α—动能修正系数，平均流速代替质点流速的修正系数，视情况一般取1.0～1.1；……