关于山区河道糙率变化规律的探讨

杨建明

【摘要】笔者根据实践经验，探讨了山区水利水电工程河道糙率的确定问题，对常用的确定糙率的方法进行了总结，在此基础上分析了山区河道糙率变化的基本规律，为水利水电工程糙率的推求提供了指导借鉴。

【关键词】山区河道；糙率；规律

1、山区河道糙率的确定

糙率（系数）是用于反映渠道槽壁面粗糙状况及对水流影响程度的一个系数指标，山区河道的糙率受到河道断面形态、河床粗糙程度、植被生长情况、河道弯曲状况、水位、冲淤及河道建筑物情况等诸多因素影响，故而在山区河道水力计算中，河道糙率的计算是否恰当对河道水力计算结果影响很大。

1.1 水力学方法

这种方法是基于实测水文资料的糙率推算，对于山区某一典型河段，根据所获得的实测水位、流量Q、断面面积A及湿周X等资料，通过运用谢才曼宁公式求得糙率。曼宁公式自从十九世纪问世以来就一直受到各国水利工程师的推崇，主要原因是由于其公式简单、所含物理变量少，且糙率n值的计算是建立在大量实测资料积累基础上，所以只要n值计算准确，曼宁公式基本可以满足山区河道水力学计算的准度要求。

通过采用均匀流公式进行山区天然河道糙率的确定，但是首先必须确定合理的C值，如若C值选取过大，则会因为渠道断面尺寸不合要求而发生满溢事故，相反，C值选取过小，则会造成断面尺寸过大的浪费。C值的大小反映了山区河道周边综合性影响因素，其中最主要的影响因素是河道表面的粗糙度，包括粗糙突起情况、不规则性等，而河道表面的粗糙程度对流速的影响可以用糙率n表示，两者之间的关系如下：

这是当前确定山区河道糙率运用较为广泛的一个公式，按上式，C值是糙率n和水力半径R的函数，但是R对C的影响比n的影响更小一些，n越小则阻力越小，平均流速取值越大。对于山区多段河段，在水文资料欠缺时，可以假设各典型河段糙率并确定水面曲线，经过水面线的反复试算与调整使得水面曲线与站点实际情况相吻合，进而进行各个河段糙率的确定。

山区河道呈现非均匀流动，n值的选取更为困难，必须通过对实际河流流量进行测定进而确定糙率值，山区河道一般包括槽身顺直、水面宽度与断面形式较为一致的河段，根据实测流量值Q、水力半径R及水面坡度等变量值，便可推求出n与C值。

1.2 查表法

这种方法适用于山区河道实测资料短缺的情况，运用查表法（表1）时必须根据山区河道实际情况，选择情况最为接近的河道的糙率，此方法具有较大的任意性，其结果很难作为设计依据，一般只做为进一步分析的参考见表一。

2、山区河道糙率变化规律分析

2.1 固定断面n随水位的变化规律

山区河道糙率n受水位H的影响较大，且呈现不同变化，概括而言，水位H与山区河道糙率n之间的关系包括以下几种类型。

“L”型曲线。对于河床阻力较大的山区单一河道，中高水位部分n随着H的增大而递减并渐趋稳定，低水位部分n值逐渐增大，且水位很低情况下，n值变得不稳定。

“C”型曲线。对于河段底坡不均匀且正常水位以下岸壁植物较少、正常水位以上岸避粗糙植被较多的山区河道，低水位部分n值随水位升高而递减，至正常水位后，n值随水位升高而逐渐增大。

“J”型曲线。对于窄深且河床名较为平整且由沙质或大沙砾石组成的山区河道，低水位部分n值较小，随水位增加n值起初缓慢增加，至中高水位后n值随水位增加而接近垂直线性，增加幅度很小。

2.2 山区河道比降变化规律

比降是指山区河道河流洪水输移演进的动力值，与河槽断面形态剧烈变化相反，在山区河道河流冲击过程中比降的变动是缓慢的，通过含沙洪水的模型塑造便可推求出断面形态的变化及山区河道比降值的大小。但是河流的调整与变动往往会减弱流速的沿程变化，其是通过河宽影响水深以进行比降值调整，此时流速会始终保持较高值，将上游洪水携带的泥沙大量输送至上游。比降变缓则河宽减小，水深增加，可以通过稳定流速来维持山区河道的输沙平衡。

3、结语

糙率n的取值受到河道断面形状、流程、季节、河床及冲淤变化、水流等因素影响较大，当山区河道上下游各因素存在差异时，必须分段确定糙率值。糙率的取值除受到上述客观因素影响外，还与所采用的计算方法、公式等有关，即所采用的推求方法不同，所求得的糙率也會存在差别。

采用通过计算洪水比降反求糙率方法时，会出现同一山区河段n值不同且相差很大的不合理现象；采用水力学方法推求糙率时，也会出现所求糙率值不稳定，水面线呈发散状态及两个不同量级的水面线相交叉等不合理现象，如遇上述情况必须结合实测资料认真分析出现不合理现象的原因，并及时采取合理措施纠正误差。

大多数山区河道糙率取值较低，且随着H的增加糙率n递减，而中高水位糙率n随H的增加反而增加或趋于稳定，因此在进行糙率计算时必须慎重考虑与分析可能的影响因素，在相互验证基础上选择合适的计算方法，防止较大推算误差的出现。

参考文献：

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[2] 崔官.张镜波.王晋学.天然河流糙率的分析研究[J].东北水利水电.2011（02）：26-27.