漫滩洪水水位涨率的理论初探VIP专享VIP免费

http://www.paper.edu.cn-1-漫滩洪水水位涨率的理论初探葛文生河海大学水利水电工程学院，南京(210098)E-mail：huasheng000@163.com摘要：河道的水位表现取决于起始水位的高低及洪水水位涨率的大小。起始水位的大小主要取决于前期河道累积冲淤所引起的主槽河底高程的升降。水位变化大小直接反映了河床萎缩程度。因而对水位涨率的研究是具有重要的意义的。关键词：水位涨率，水位涨幅，流量涨幅中图分类号：TV6971.引言黄河下游游荡性河道横断面十分宽浅，河宽在年际间变化很大，水面宽最大可达数公里，最窄时只有几百米；河宽在洪水期的调整非常频繁。近年来，黄河下游河道平滩流量减小、河宽变窄十分突出，河宽对洪水位的影响更加受到人们的关注。庞炳东[2]就认为洪水漫滩后主槽过水能力降低，滩地过水能力的增加的主要原因就是流场中能量分布的不均匀性而起的阻力分布不均匀。这种能量分布的不均匀也就是与比降和河床的断面形态有关。自上游水库的大量建设、人类活动的影响，黄河下游河道萎缩严重，平滩流量降至3000m3/s左右[1]，往往形成小水大灾，对下游人民的生产生活构成了威胁。客观地认识河宽对水位涨幅的影响，对于设计合理的水位流量关系、对于黄河防洪预案的制定、对于河道整治方案的研究，以及对于洪水冲淤规律认识的深化，都具有非常重要的意义。2．对水位涨率的探讨2.1从曼宁公式对水位涨率的探讨对于一场洪水来说，河道的水位表现取决于起始水位的高低及洪水水位涨率的大小。起始水位的大小主要取决于前期河道累积冲淤所引起的主槽河底高程的升降，如在黄河下游常用3000m3/s同流量水位变化来反映。水位涨率的变化主要取决于河道横断面形态的变化、河道阻力的变化以及纵断面的调整变化等。某一时刻通过任一断面的流量Q与该断面的河宽B、水深H、糙率n以及比降J等水力因素有关。从曼宁公式可以看出，流量与水深的高次方成正比，即：5/31/2BQHJn=（1）根据水位涨率的概念，对式（1）以水深H为自变量、Q为应变量对H求偏导，并进行化简可得水位涨率的表达式：0.60.60.40.6()nHJQBQ∂=∂（2）由式（2）可以看出，其他水力因子保持不变的情况下，水位涨率HQ∂∂与流量0.4Q成反比，流量3000m3/s时的涨率比流量8000m3/s的涨率偏大48%。因此形成了水位—流量关系曲线随着流量的增大，水位涨率越来越小的变化趋势。实际情况下，在冲积河流中，流量的增http://www.paper.edu.cn-2-大，势必会引起冲刷，水面宽度也相应的增大，则水位流量关系曲线会变的更加平缓。黄河下游河道从上到小河宽逐渐变窄，比降逐渐变缓，河型由游荡性向弯曲性转换，不同河段的冲淤特性是不同的，其水位---流量关系曲线的特点也不同。对于游荡性河段（图1），各年水位---流量关系曲线变化的趋势不同，有些年份曲线会变缓，有些年份曲线会变陡，主要与洪水的来水来沙情况、断面冲淤以及河道的边界条件等因素有关。历年水位---流量关系曲线呈扇形散开状，不同年份同流量水位差可达数米。在同一年份，不同场次的洪水其水位---流量关系相差很大，即使在同一场次的洪水，其涨水和落水的水位---流量关系也相差很大，涨水期和落水期同流量下水位最大可相差达到1m左右，同一水位流量可相差4000~5000m3/s。而过渡性河段和弯曲性河段历年的水位---流量关系趋势变化较小，多为向左或向右移动，同一场次洪水涨落的水位差较小，如孙口（图2）站一般仅差0.2m，比游荡性河段小得多。90919293949519501955196019651970197519801985199019952000年份花园口水位（m）717273747576夹河滩水位（m）花园口夹河滩图1黄河下游花园口、夹河滩历年汛后同流量（3000m3/s）水位变化过程59606162636419501955196019651970197519801985199019952000年份高村水位（m）444546474849孙口水位（m）高村孙口图2黄河下游高村、孙口历年汛后同流量（3000m3/s）水位变化过程对式（4-2）进行简化处理，可得0.60.60.60()()nHQQBJ∆=−(3)其中：Q为洪水涨水时的流量；0Q为洪水起涨时的流量。式（3）的物理意义就是在其他水力因子不变的情况下，水位的变化数值与流量的0.6次方变化前后的差值成正比。对于黄河下游游荡性河段糙率一般为0.012，，对于...