關于山區河道糙率變化規律的探討

楊建明

【摘要】筆者根據實踐經驗，探討了山區水利水電工程河道糙率的確定問題，對常用的確定糙率的方法進行了總結，在此基礎上分析了山區河道糙率變化的基本規律，為水利水電工程糙率的推求提供了指導借鑒。

【關鍵詞】山區河道；糙率；規律

1、山區河道糙率的確定

糙率（系數）是用于反映渠道槽壁面粗糙狀況及對水流影響程度的一個系數指標，山區河道的糙率受到河道斷面形態、河床粗糙程度、植被生長情況、河道彎曲狀況、水位、沖淤及河道建筑物情況等諸多因素影響，故而在山區河道水力計算中，河道糙率的計算是否恰當對河道水力計算結果影響很大。

1.1 水力學方法

這種方法是基于實測水文資料的糙率推算，對于山區某一典型河段，根據所獲得的實測水位、流量Q、斷面面積A及濕周X等資料，通過運用謝才曼寧公式求得糙率。曼寧公式自從十九世紀問世以來就一直受到各國水利工程師的推崇，主要原因是由于其公式簡單、所含物理變量少，且糙率n值的計算是建立在大量實測資料積累基礎上，所以只要n值計算準確，曼寧公式基本可以滿足山區河道水力學計算的準度要求。

通過采用均勻流公式進行山區天然河道糙率的確定，但是首先必須確定合理的C值，如若C值選取過大，則會因為渠道斷面尺寸不合要求而發生滿溢事故，相反，C值選取過小，則會造成斷面尺寸過大的浪費。C值的大小反映了山區河道周邊綜合性影響因素，其中最主要的影響因素是河道表面的粗糙度，包括粗糙突起情況、不規則性等，而河道表面的粗糙程度對流速的影響可以用糙率n表示，兩者之間的關系如下：

這是當前確定山區河道糙率運用較為廣泛的一個公式，按上式，C值是糙率n和水力半徑R的函數，但是R對C的影響比n的影響更小一些，n越小則阻力越小，平均流速取值越大。對于山區多段河段，在水文資料欠缺時，可以假設各典型河段糙率并確定水面曲線，經過水面線的反復試算與調整使得水面曲線與站點實際情況相吻合，進而進行各個河段糙率的確定。

山區河道呈現非均勻流動，n值的選取更為困難，必須通過對實際河流流量進行測定進而確定糙率值，山區河道一般包括槽身順直、水面寬度與斷面形式較為一致的河段，根據實測流量值Q、水力半徑R及水面坡度等變量值，便可推求出n與C值。

1.2 查表法

這種方法適用于山區河道實測資料短缺的情況，運用查表法（表1）時必須根據山區河道實際情況，選擇情況最為接近的河道的糙率，此方法具有較大的任意性，其結果很難作為設計依據，一般只做為進一步分析的參考見表一。

2、山區河道糙率變化規律分析

2.1 固定斷面n隨水位的變化規律

山區河道糙率n受水位H的影響較大，且呈現不同變化，概括而言，水位H與山區河道糙率n之間的關系包括以下幾種類型。

“L”型曲線。對于河床阻力較大的山區單一河道，中高水位部分n隨著H的增大而遞減并漸趨穩定，低水位部分n值逐漸增大，且水位很低情況下，n值變得不穩定。

“C”型曲線。對于河段底坡不均勻且正常水位以下岸壁植物較少、正常水位以上岸避粗糙植被較多的山區河道，低水位部分n值隨水位升高而遞減，至正常水位后，n值隨水位升高而逐漸增大。

“J”型曲線。對于窄深且河床名較為平整且由沙質或大沙礫石組成的山區河道，低水位部分n值較小，隨水位增加n值起初緩慢增加，至中高水位后n值隨水位增加而接近垂直線性，增加幅度很小。

2.2 山區河道比降變化規律

比降是指山區河道河流洪水輸移演進的動力值，與河槽斷面形態劇烈變化相反，在山區河道河流沖擊過程中比降的變動是緩慢的，通過含沙洪水的模型塑造便可推求出斷面形態的變化及山區河道比降值的大小。但是河流的調整與變動往往會減弱流速的沿程變化，其是通過河寬影響水深以進行比降值調整，此時流速會始終保持較高值，將上游洪水攜帶的泥沙大量輸送至上游。比降變緩則河寬減小，水深增加，可以通過穩定流速來維持山區河道的輸沙平衡。

3、結語

糙率n的取值受到河道斷面形狀、流程、季節、河床及沖淤變化、水流等因素影響較大，當山區河道上下游各因素存在差異時，必須分段確定糙率值。糙率的取值除受到上述客觀因素影響外，還與所采用的計算方法、公式等有關，即所采用的推求方法不同，所求得的糙率也會存在差別。

采用通過計算洪水比降反求糙率方法時，會出現同一山區河段n值不同且相差很大的不合理現象；采用水力學方法推求糙率時，也會出現所求糙率值不穩定，水面線呈發散狀態及兩個不同量級的水面線相交叉等不合理現象，如遇上述情況必須結合實測資料認真分析出現不合理現象的原因，并及時采取合理措施糾正誤差。

大多數山區河道糙率取值較低，且隨著H的增加糙率n遞減，而中高水位糙率n隨H的增加反而增加或趨于穩定，因此在進行糙率計算時必須慎重考慮與分析可能的影響因素，在相互驗證基礎上選擇合適的計算方法，防止較大推算誤差的出現。

參考文獻：

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