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第5卷 第6期 中 国 水 运 Vol.5 No.6 2007年 6月 China Water Transport June 2007
收稿日期：2007-5-18
作者简介：冉四清 徐霞晴 江苏省水文水资源勘测局连云港分局 工程师 （222004） 研究方向：水文测整，水质监测分析
水面线计算在堤防工程设计中的总结分析
冉四清 徐霞晴
摘 要：堤防工程关系到人民财产、生命安全的重要工程，其中的水面线计算又是重中之重，推算好水面线是整个设计的坚实基础，更是确定堤防工程规模和方案的关键性依据，本问仅就堤防工程中水面线计算内容进行概况总结分析，以供大家交流探讨。
关键词：水面线计算 堤防工程 总结分析
中图分类号：TV871 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2007）06-0083-02
水面线计算工作一般包括资料收集、历史洪水位拟合（河道糙率率定）、修建工程前后设计洪水水面线、水面线计算成果的合理性分析及修订等方面的工作内容。上述各部分工作内容是紧密衔接、相互联系的，保证每一部分工作的高质量是获得合理、准确水面线计算成果的要点所在。
一、资料收集
河道横断面、历史洪水、糙率、控制断面水位～流量关系曲线等是水面线分析计算工作的基础资料，必须尽最大可能全面收集。
1．断面
在设计河段布置施测河道大断面时，需要结合河道变化（包括比降、河床质、植被、河势变化等）的具体情况，合理取定断面间距，并在卡口、桥梁、溢流堰上下游附近增加断面。横断面的测量工作包括：统一高程系统，断面不同位置的地物标注，两岸高程测至历史最高洪水位以上1.5～2.0m 范围，修正临时性工程影响（如河道内挖沙、建鱼塘等临时性工程措施）等。
2．历史洪水
历史洪水资料直接影响到河道糙率率定的准确性，从而直接影响设计水面线。历史洪水资料包括历史洪水位、流量、水面比降等，一般来说水文站的资料比较全面，也有一些河段当地有关部门做过沿程历史洪水调查工作，对于这些已有的调查资料应注意收集。若没有，必须进行调查。
3．糙率
应收集设计河段的河床质组成、坡面植被组成等资料。对某一河道而言，从上游至下游的河床粒径有从大到小的变化规律，结合天然河道糙率表，就可大致定出某段河道的糙率变化范围。在《水文年鉴》刊印的有关资料里，亦可以查出各水文站历年实测糙率资料，对这些资料加以分析，点绘糙率～水深曲线，也可定出设计河段的糙率变化范围。
4．控制断面水位～流量关系曲线
对于水文站、水利工程附近等控制断面的水位～流量关系曲线资料应进行验证，再应用于设计之中；若没有现成的
水位～流量关系曲线资料，需分析绘制，在绘制的过程中，必须注意以大洪水和较大洪水实测点据来控制曲线走势及外延趋势，或依据高水位时水位～流量接近直线的变化规律，顺势外延，同时按水位、面积、流速法或水力学法进行验算。涨水点据和落水点据可能会出现绳套型，一般应取其中间或中间偏上量值。
二、天然河道设计洪水水面线 1．计算方法
水面线计算可在相邻断面之间建立河道恒定非均匀流连续方程，采用逐段试算法进行计算。一般来说，可以采用由下游而上游的推算方向。
2．历史洪水位拟合及河道糙率的率定
在已知历史水位、流量的条件下，即可通过试算的方法来拟合该洪水位。在试算过程中，调整糙率、局部水头损失系数等参数，可以达到拟合水位的目的，同时实现对河道糙率的率定。拟合计算误差一般控制在0.05m 左右，以保证计算精度。因为天然河道上游至下游其河床砂石粒径有从大到小的变化规律，经过试算所拟定的河床糙率也应大致符合这一规律，当然也不排除一些特殊情况，比如水利工程、跨河建筑物上下游局部等。
3．局部水头损失
当河道出现逐渐缩窄或放宽、突然缩窄或放宽时，会出现一定的局部水头损失，若不考虑此项因素，可能使得计算结果失去准确性，顺直河段可不考虑此项损失。当河道逐渐变化时，其损失系数可取0.3～0.5；当河道突然变化时，其损失系数可取0.5～O.1。
4．天然河道情况下的断面
在拟合历史洪水位时，历史洪水发生年份的河道大断面除水文站之外基本上很难准确考证，此时，可参照修建防洪工程之前的河道断面近似作为当时的河道断面进行计算，也可以对较为敏感的河段作一些河道变迁及冲淤变化调查工作。
5．天然河道设计洪水水面线
计算天然河道水面线的目的除了率定天然河道糙率之
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外，可将其作为一个基准，在河道修建堤防工程之后有一个可以比较的依据，从而分析水面线计算成果的合理性。
三、设计洪水水面线
1．设计情况下河道断面
应严格依据堤防工程平面布置、堤防工程初拟稳定边坡方案等，对修建工程前的河道断面进行修订，来确定设计情况下的河道断面。
2．起始断面水位
按照水面线一般由下游而上游的计算方法，起始断面应在设计河段的最下游。若起始断面恰好为水文站断面，可根据该水文站水位～流量关系曲线定出起始水位；若水文站断面在上游，可根据水文站水位～流量关系曲线结合河道比降初定起始断面水位，向上游推算，到水文站断面时将计算水位与已知水位进行比较，根据具体情况对起始水位进行调整，再行计算，如此反复，直至在水文站断面计算水位与已知水位基本相同（误差控制在0.05m之内）。
3．设计洪水水面线
在计算设计水面线时，应结合堤防工程布置，根据缩窄河道滩面情况，堤防工程临水坡衬砌情况等，对根据历史洪水位率定的河床糙率、局部水头损失系数等参数进行适当修订，使之更加切合工程设计情形。
4．有支流汇入时的设计洪水水面线
在计算支流设计水面线时，应结合干支流洪水遭遇分析，做干流为主支流相应和支流为主干流相应两种情况，取其两种情况的外包线作为支流设计水面线。当干支流洪水不遭遇时，做干流设计标准支流流量相应和支流设计标准干流流量相应两种情况，取其两种情况的外包线作为支流设计水面线。无论干支流的洪水遭遇与否，在干支流交汇口上下游，其设计流量应满足水量平衡原理。
四、设计水面线成果的合理性分析及修订
1．成果的合理性分析
不同方案设计水面线计算完成之后，应对其进行合理性分析。合理性分析包括：天然与设计的对比、不同防洪标准之间的对比、不同堤距问的对比等。天然与设计的对比应符合断面的变化情况，一般来说断面缩窄时水位应有所抬升，反之亦然；不同防洪标准之间的对比应满足防洪标准越高设计水位越高的变化规律；不同堤距间的对比应满足堤距越窄设计水位越高的变化规律。
2．桥渡附近设计水面线的修订
一般来说，在桥渡等跨河建筑物上游会产生一定的壅水现象，壅水最大高度在桥渡上游1.5～2.0桥长之处，壅水高度的计算公式有经验公式和宽顶堰法两种，在《河流桥渡设计》和《水工设计手册》等参考书中均有较为详细的说明。对于对上游造成明显壅水的跨河建筑物或卡口河段，应对其水面线计算成果按照相关的计算方法进行修正。
溢流堰属跨河建筑物，水流在溢流堰处会形成一个跌坎，其上下游的水位衔接汁算可采用宽顶堰法进行。一般来说，由下游而上游计算水面线可得到溢流堰下游水位，冉根据设计流量，即可确定堰顶水位，堰顶水位确定之后，可继续向上游推算，从而实现溢流堰上下游的水面线衔接。
Water facial suture computation in dike project design
summary analysis
Ran Siqing Xu Xiaqing
Abstract：The dike project relates the people"s property, the safety important project, water facial suture computation also is the the most important,calculated the good water facial suture is the entire design solid foundation, is determined the dike project scale and the plan crucial basis, interrogates only the water facial suture computation content carries on the survey summary analysis on the dike project in, by for everybody exchange discussion.
Key word：Water facial suture computation Dike project Summary analysis
