黄委中游水文水资源局 山西晋中 030600
摘要：正确选用糙率，对估算天然河道流量十分重要，本文通过对糙率的影响因素分析，来阐述糙率的一般分析方法。
关键词：天然河道；影响因素；糙率
1 概述
当河渠水流为恒定均匀流时，可用曼宁公式推算过水断面流量，曼宁公式是一个经验公式，表达式如下：
2 糙率影响因素分析
曼宁公式中，糙率对流量的推算精度影响非常大，因此，对糙率的影响因素进行分析，对于提高流量的推算精度十分必要。
如前所述，在天然河道中，影响糙率的因素较多，既有河床方面的，也有水流方面的。河床方面主要有河道断面的几何形状、河床组成、岸壁特征和水生植物等；水流方面主要有流速、流量、含沙量和水藻等。复式河床的河槽和滩地，糙率不相同；不同季节河床的水生植物不同，糙率不相同；不同的水位流量，糙率不相同；不同的含沙量，糙率不相同；水流中有无水藻，糙率不相同。由此可见，天然河道糙率是一个影响因素相当复杂，对流量推算又举足轻重的综合系数。
2.1 河床对糙率的影响
1、选择适合于曼宁公式的河段
曼宁公式要求天然河流应尽量符合恒定均匀流。所以要求测验河段要顺直，河段内水流断面基本一致，且冲淤变化小。
测验河段须选择在顺直河段。在测验断面上、下游6倍于河宽的河段内，弯曲部分与顺直部分的交角在20°以下者为顺直，在20°至70°之间者为缓弯，在90°左右者为急弯。测验河段须选在交角20°以下的河段。
测验河段须选择在无扩散河段或无收缩河段。在测验河段内，扩散角或收缩角（岸边线与水流方向线之交角）在15°以下者为无扩散段或无收缩段，在15°以上者为有扩散段或有收缩段。测验河段须选在扩散角或收缩角小于15°的河段。
测验河段须选择在没有或较小冲淤变化的河段。河段内，各断面的冲淤变化与汛前大断面比较，小于±3%者为冲淤变化较小，否则为较大。测验河段须选在冲淤变化小于±3%的河段。
2、选择糙率比较稳定的河段
对糙率影响最大的是河床。
河床形状不同糙率也不同。河床越宽浅糙率越大且不稳定，反之，河床越窄深糙率越小且较稳定；复式河床，河槽部分糙率小些，滩地部分糙率大些。
河床表面特征不同糙率也不同。表面越粗糙，糙率越大，反之，河床表面越光滑糙率越小；河床水生植物越旺盛，糙率越大，反之糙率越小；床沙质泥沙颗粒直径越大，糙率越大，反之糙率越小；冲淤变化大，糙率变化相应也大。
因此，为了使测站糙率比较稳定，首先必须使测验河段适合于使用曼宁公式，其次应尽量选取单式河床，窄深河床，表面粗糙程度、水生植物、河床质泥沙粒径和冲淤变化不大的河床。
2.2 水流对糙率的影响
对糙率影响较大的另一个方面是水流。
水流的水位和流量不同糙率也不同。在单式河槽内，水位越高，流量越大，糙率一般较低水相对越小；水位不变，流量或流速越大，糙率越大。在复式河槽内，水位由主槽到漫滩，糙率增大。
水流的含沙量不同糙率也不同。在水位流量不变时，含沙量越大，糙率越小。
水流的水藻不同糙率也不同。在水位流量不变时，水藻越大，糙率越大。
因此，在实际中，一般要建立水位（或平均水深或流量等）～糙率关系图，同时引入水面比降（流速因素）、含沙量或水藻含量等参数，以尽可能的反映糙率随有关因素变化的规律。提高糙率的取用精度，进而提高流量的推算精度。
3 糙率的分析与选用
糙率的选取有两种途径：一是选用实测资料分析值，二是选用有关规范手册提供的经验值。
3.1 根据实测资料分析
应选择河段基本顺直，断面形状沿程相似，河床组成单一、稳定，冲淤变化较小，河床底坡基本一致，无变动回水影响，水位代表性好的水文测站进行糙率分析。
1、收集基本资料
根据实测资料分析糙率，首先是收集实测资料。在分析之前，应深入测验河段，进行必要的查勘和测量，收集测验河段的地形图以及纵、横断面图，断面冲淤变化资料等，调查河床组成、岸壁组成及植被生长情况，了解历年测站断面变迁情况，收集分析糙率所需的有比降糙率项目的历年实测流量资料。
2、资料的选用
对收集到的资料进行初步甄别。曼宁公式是基于恒定均匀流情况下推导出来的一个经验公式，对于山区性河流，洪水大都是暴涨暴落，属于非恒定流，洪水的涨落段均为非恒定流，变化较快，只有在洪峰出现的短时间内，水位平稳，流量变化较小，才近似为恒定流。在这些部位的实测流量资料比较符合要求。另外洪水的落坡相对也较为平缓，也可以近似选用。即以峰顶资料为主，洪水落坡过程为辅。在选取的资料中，特别要对个别突出点子慎重考虑，做到去粗取精，去伪存真。
3、糙率关系的分析建立
糙率关系是河段内糙率随各级水位（或其他水力要素）变化的关系。当经甄别后的选用资料系列长度满足规范要求时，即可分析建立水位（或其他水力要素）与糙率的相关关系。
（1）糙率关系较好
根据选取的实测资料，点绘水位（或其他水力要素）～糙率相关关系图，关系点据趋势明显，集中成一带状者，可综合定为一条单一线。相关曲线一般为反曲线，即糙率在低水时较大，随水位的升高而逐渐减小，到高水位后，若边坡特性无明显改变，各种影响因素的综合结果趋于稳定时，糙率到高水位后，接近常数。使用时，由水位即可在关系曲线图上查出相对应的糙率。
（2）糙率变化复杂
尽管一些测站河段顺直，单式断面且形状沿程变化不大、河床组成单一，冲淤变化不大；河底坡降无大的转折变化；不受变动回水影响，水草也不严重，但由于各因素的相互作用，整体影响水位（或其他水力因素）～糙率关系散乱，呈较宽的带状，较难定为单一线。对于这类型的测站用水面比降或含沙量等做参数，可以定为水位～比降（或含沙量）～糙率关系图，即同一水位级比降大的糙率也大，可绘制成几组相关曲线。同样，同一水面比降，一般糙率在低水时较大，随水位的升高而逐渐减小，到高水位后，糙率趋于稳定，接近常数。实际使用时，由水位、比降（或含沙量）在关系曲线图上查出相对应的糙率。
（3）有漫滩时
对于有漫滩的河流，可将河槽分为左滩、主槽、右滩，分析建立各部分的水位（或其他水力因素）～糙率相关关系。实际使用时，分别查读各部分糙率，分别计算各部分流量，最后合成为全断面流量。
总之，分析建立糙率关系是比较复杂的，当相关关系比较散乱时，应认真分析探索，找到适合的参数因子，使建立的相关关系符合实际情况，推求的流量具有一定的精度。
3.2 借用或查阅资料选用
当某一河流的某一河段缺少实测资料，无法建立糙率相关关系时，应通过借用相似河流实测资料分析成果，或参阅有关规范和技术手册选取合适的糙率。
1、借用相似河流糙率
当河流大小和测站特性比较接近时，可将该河流实测资料分析的糙率成果，通过流量辗转，分析到所需应用的河流断面上。如果辗转有困难时，也可根据流量大小直接近似借用。
实际使用时，首先根据洪水过程中峰顶水位，假定一个流量，由假定流量及实测比降，从辗转后的流量～比降～糙率关系图中查读糙率，推算出峰顶流量。若推算的峰顶流量与假定的流量比较接近，则认为推算峰顶流量即为实际峰顶流量，查得糙率即为实际河床糙率。否则，重新假定流量，继续试算，直到两者比较接近时为止。
4 结语
1、天然河道的糙率影响因素复杂，本文根据天然河道的特性，分析了影响糙率的主要因素，对有资料和无资料的河段分别阐述了糙率的分析或选用方法。
2、对于有资料的河段，可通过建立水位（其他水力因素）～糙率相关关系，用比降或含沙量等做参数，来选取糙率。
3、对于无资料的河段，可通过借用相似河流糙率关系的方法选取糙率；或参考选用国内外单、复式河道糙率经验值。
4、选用糙率应谨慎，应在实际工作中勤于探索分析，不断完善，逐步提高曼宁公式法推算流量的精度。
参考文献
［1］朱晓原，张留住，姚永熙．水文测验实用手册．中国水利水电出版社，2013.5；
［2］张秉文．天然河道糙率计算及取值方法．南水北调与水利科技．2012年2月，第10卷01期；
作者简介：汪艾卓，男，出生于1963年7月15日，工程师，长期从事黄河水文水资源工作。
论文作者:汪艾卓,郑凯,李雷
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年16期
论文发表时间:2019/11/6
标签：河段论文; 水位论文; 河床论文; 流量论文; 断面论文; 含沙量论文; 关系论文; 《建筑学研究前沿》2019年16期论文;