广州市白云区人和拦河坝管理所 510000
摘要：天然河道的糙率与很多因素有关，如河床沙，卵石的大小和级配，底坡沿程变化及潭深，河道弯曲程度，横断面形状的不规则性，及整治后河道的人工建筑物等。目前，河道整治后糙率多借用整治前的糙率，河道整治后改变了水流状态、河床形态，糙率也会随之改变。本文基于河道糙率的确定的基本方法，根据整治后河道水流及河床的变化规律，应用水力学原理，分析河道糙率的变化。
关键词：天然河道‘糙率
1、河道糙率的涵义和影响意义
糙率又称粗糙系数，水力学的解释是指河床边壁粗糙程度对水流运动影响的一个系数，工程上综合反映管渠槽面粗糙情况对水流影响的一个系数。运动学角度上水流从上向下游沿程运动引起的能量损失。
影响糙率的主要因素，主要是河床壁面的材料组成（如泥沙、卵石、天然岩石），以及各种材料的粗细结构，床壁表面的平整程度，植物生衰情况，河床的弯曲程度，水位的高低，河槽的冲淤以及整治河道的人工建筑物大小，形状，数量和分布等方面。因为影响粗糙的因素众多，复杂多变，且糙率又是水力计算的重要参数，因此河道的糙率的确定恰当与否对水力计算成果有很大影响。
2、河道糙率的确定
对河道糙率的确定一般采用本河段实测水文资料进行推算，对无实测资料或实测资料短缺的河道，比照类似河道的糙率或用一般经验公式计算确定。以下主要介绍有实测资料的河道糙率的确定方法。
2.1基于实测水文资料的糙率推算（水力学方法）
该方法是利用河道实测水文资料推算糙率，对于某一河段，当流态按恒定均匀流处理时，可根据实测资料（流量Q、断面面积A、水位等）应用谢才公式及曼宁公式推算而得；当流态按恒定非均匀渐变流处理时，可根据河道实测资料的平均值推算糙率初值，然后再通过水面线的反复推算调整糙率值。
2.2查表法
当河道的实测资料短缺时，可根据河道特征，参照相似河道的糙率，根据河道河床特征，查天然河道糙率表，用经验的方法确定糙率。该方法给出的糙率值仅反映切应力对水流的阻力，没有考虑局部阻力对水流流态的影响。对于多个河段，可由查表法或水力学法拟定初始糙率值，再自上而下依次推算各断面水位，通过水面线的反复试验确定河段糙率。
2.3公式法
目前对糙率的推算大多是从糙率的内涵出发，经过严格的物理分析和数学推导确定河床面糙率和边壁糙率，再推算综合糙率。在无实测资料推算糙率，也无类似河道糙率可参考的情况下，可用计算河道糙率的理论公式。该公式主要以基本糙率加各项影响改正因素的综合公式和以河床沙粒为因素的河床糙率公式。
3、天然河道的糙率计算
天然河道的糙率与很多因素有关，如河床砂、沙粒的级配与大小，河道弯曲程度，横断面形状的不规则形，河槽的冲积以及整治河道的人工建筑物等。这些复杂的因素不仅沿河道的长度变化，而且在同一河段上也随水位的变化而不同。糙率随水位的变化规律取决于河道的具体情况，某些河段糙率随水位升高而减小，有些河段糙率随水位升高而增大。是因为低水位时，因水深小，河槽中的砂、石的相对粗糙度和沙坡的相对高度都比较大，阻力就大，同时低水位时，河槽委婉曲折，也增大了水流阻力。整治建筑物的高度一般都在正常当水位之下，低水位时比较突出，阻力比较大，由于上述诸因素形成了较大的综合阻力，故低水位时糙率较大，水位升高后，砂石的相对粗糙度和沙坡的相对高度都随之减小，阻力也就减小，由于水深大，人工建筑物对水流的阻碍作用也相对减小，因此综合阻力减小，糙率也随之减小。
计算断面的设置和计算河段的划分，应与水面曲线计算的断面划分相一致。需要指出的是，计算河段的划分是否合理，将直接影响所推求的糙率的正确性和代表性。河流阻力具体反映在水流的能量损失强度上（即水力坡度），从实测和实用观点来看，水流能量损失强度的计算，可通过适用于各种水流流动类型（如均匀流、非均匀流、非恒定流等）的能量方程求得。但是水流能量损失强度转化为糙率，不论流动类型如何，都是通过曼宁公式解决的：
公式中：v—流速（m/s）；R—水力半径（m）；J—水力梯度；n—河道糙率
如果明渠中的流体为恒定均匀流以及明渠恒定缓变流，可使用谢才公式来计算流量：
公式中：Q—流量（m3/s）；A—过水断面面积（m2）；
J—水力梯度；C—谢才系数
4、河道整治后水流条件及河床形态的改变
目前多认为河道整治前后糙率改变不大，直接采用整治前的糙率，这对于整治前后河床形态及组成改变不大的情况，影响不大，但对于河道边界改变较大，河床调整较多的，水力计算精度就有受到一定的影响。
（1）河道断面的改变
无论采用何种整治措施，河道边界均要发生变化。如两岸砌筑挡土墙，水位未超堤顶时，湿周减小，当水位超过后湿周可能增大；如新河岸比旧河岸光滑，可能引起糙率减小，反之则引起糙率增大。
（2）水流条件变化
整治工程建成后，流速、流向、流态等均要发生改变。如修建丁坝束窄河床，流速增大；浅滩挖槽后，断面平均流速减小，挖槽范围内流速增大。
（3）河床组成变化
整治后水流条件的改变，会引起河床组成的变化，冲积河道尤其如此。例如河道挖槽，挖槽范围内流速增大，能起动粒径更大的床沙，河床组成可能变粗，糙率增大；相反，非挖槽范围内糙率可能减小，其综合糙率变化趋势可能由这两部分的相对情况而定。
（4）河岸组成变化
除了水流条件会引起河岸组成的改变以外，整治建筑物采用的材料及其粗糙度也会造成河岸组成的变化。如沿江堤岸采用混凝土挡墙，护岸采用浆砌块石等。影响糙率最主要的因素是河道边界的粗糙程度及其沿边界的分布情况。上述的（1）、（3）、（4）三项改变是引起整治后糙率变化的直接原因。
（5）淤积的影响
当河道上修建雍水建筑物后，随着库区水位的抬高，水流的过水断面增大，水力坡度变缓，纵向流速和紊动流速都大大减小。原河道水流特性的这种改变，降低了水流的挟沙能力，也改变了原河道的泥沙运动条件，导致了部分悬移质和推移质泥沙逐渐沉淀，造成水库淤积。水库淤积一方面降低了水库利用效果，同时，大量泥沙沿途淤积河床，增加河道河床的糙率，影响行洪，通航。
5、结论
河道运行初期，由于河床和原设计工况相比变化较小，河床糙率和原设计基本一致；后来由于行洪后受水流冲刷影响，河道形态与特征发生了变化，河床糙率逐渐增大；随着河道冲淤及滩地植被条件稳定，河床糙率亦趋于稳定。这是大型河道整治后糙率变化的一般规律。
参考文献：
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［2］马玉红，陈玉清，席树峰，等.天然河道糙率确定方法探讨[J].山西水利，2009（6）：16-17；
［3］许光祥，河道整治后糙率估算方法的探讨[J]重庆交通学院学报 1998；
论文作者:齐鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/6/19
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