王 颖

(伊犁水文勘测局，新疆 伊宁 835000)

0 引言

新疆属于水资源较为匮乏的地区，对于运行条件复杂、规模较大的渠道，糙率取值的细微偏差将对渠道运行和管理产生重大影响。伴随着国内水工领域混凝土板预制质量的提升和施工技术的进步，现浇混凝土衬砌渠道的实际糙率通常与规范设计值存在一定出入，糙率取值过大，既增加工程投资，又会降低渠道运行水位，影响灌溉，糙率取值过小，则渠道断面过流能力设计过小，无法达到实际过流能力。渠道糙率是衡量和反应影响河道中水流流动过程的河床、岸壁等的粗糙程度，进而导致水流沿程能量损失的综合指标，糙率主要受河床构成、植被生长情况、河道淤积等因素的影响，同时也是进行河道运行状态评价、河道运行管理、河道治理、防汛报汛、跨河设施设计等的重要参数，为此，必须进行渠道糙率原型观测分析。

1 则克台(北岸干渠)观测渠段概况

则克台(北岸干渠)设立于2013年5月，站址位于新疆维吾尔自治区伊犁州新源县则克台镇则克台村三组巷口处。测验河段顺直，测验河段为人工渠道，河床及左右岸由混凝土组成，断面无冲淤变化。测流断面左右岸为桥墩，桥墩宽度约9 m，呈矩形河槽，上下游呈梯形河槽。测站的测验设施主要有基本水尺断面有倾斜式水尺，水位自记采用非接触式雷达水位计，流量采用手持测深杆施测。设备运行情况良好。

2 观测内容及要求

2.1 观测准备

在进行则克台(北岸干渠)测流断面及上下游糙率观测前，先根据观测目的和要求并结合观测渠段安装水尺、水准高程系统，架设断面复核和测流断面缆索。水尺的布设形式很多，根据类似渠道观测经验，则克台(北岸干渠)渠道采用在混凝土上粘贴水尺观测读取的方式。而混凝土设置在渠道内会发生阻水和迎水面壅水，增大观测难度和观测结果误差。所以，本次试验采用其他方法，即根据引据水准点引测至渠道沿线取水码头台阶，并确定水尺零点高程，基于台阶高程基准点通过钢尺量测水位，并按照水文三等水准进行引测，以形成闭合水准线，控制测量误差。结合相关工程观测经验，渠道实际断面和设计值往往存在一定差异，所以必须进行渠道断面复核。

2.2 观测内容

(1)流量测验：通过国产LS25-1型旋浆式悬吊流速仪施测的方式进行则克台(北岸干渠)测流渠道断面流量测验。采用测深杆直读水深，钢尺测量起点距，并在测流渠道断面均布数条测速垂线进行多线精测，按照现行水文测验规范所要求的精测法技术在流量调节水位平稳后测流，历时均为90 s～120 s。测流断面进行了6组测验，流量在8.94 m3/s～9.65 m3/s之间变化，测流断面上游进行了6组测验，流量在9.97 m3/s～10.4 m3/s之间变化，测流断面下游进行了8组测验，流量在6.01 m3/s～6.46 m3/s之间变化。

(2)水面线观测：施测期间水位基本平稳，并保证同步进行施测河道左右岸的水位观测读取与流量测验。水面测验数据的微小偏差会对糙率率定成果有较大影响，为增强水面线测量结果的准确性，防止因测量及读取误差等引起测量误差，在试验开始前，必须对测流人员进行培训，使其掌握正确的观测和读数方法。按照相关规范，在2 h的测流时间内，应按照20 min的时间间隔进行水位读取，每组测流应进行6～8次水位观测读取，每次分别观读最高值、最低值和平均值3个数值，再以不同时刻的水位均值为断面量级水位。由于进行断面左右岸水尺的同步观测，故应以左右岸量级水位均值为断面水位。

2.3 观测要求

(1)渠道比降：本次测流选择水面比降测量和渠底比降测量两种比降测量技术。则克台(北岸干渠)渠道行水期水面存在剧烈波动，且水面比降测量存在较大误差，应主要在测量分段渠底比降后再进行渠道整体比降的拟合，以确保测量精度。在进行渠底比降测量时，应先观测各测量断面渠底的相对高程，并避开渠底淤积、沉降等部位，据此形成闭合水准路线，达到三等水准测量的相关要求。

(2)渠底宽度：在所测量断面的伸缩缝内选择2处进行渠底宽度测量，并使其量测线平行于伸缩缝。如果遇测量断面所在伸缩缝内存在淤积，渠底边缘线弯曲，渠底施工质量不佳等问题，必须重新选择测量断面伸缩缝。

(3)边坡坡度及坡脚长度：则克台(北岸干渠)测流断面为矩形河槽，上下游为梯型河槽，所有形式的断面都必须进行左右岸边坡坡度的现场测量，并在断面伸缩缝内选择上中下三处进行边坡坡度测量，测量过程必须避开沉降及淤积位置。对于圆弧坡脚断面还应在断面所在伸缩缝内选取测量点进行左右岸圆弧坡脚长度的观测，并避开伸缩缝淤积，圆弧坡脚边缘线弯曲，施工质量不佳等位置。

3 观测成果与分析

3.1 水力要素

根据所得出的则克台(北岸干渠)渠底相对高程实测结果，进行渠底比降的拟合分析，具体见图1，通过分析可得，渠底比降为0.0001。

图1 则克台(北岸干渠)渠底比降拟合曲线

不同水位及流量下断面水力要素实测结果见表1。

表1 断面水力要素实测结果

3.2 糙率率定公式及结果

根据所得试验段渠底比降、断面几何尺寸及流速等水力参数，通过曼宁公式进行渠道糙率的反算，公式如下：

(1)

式中：n为渠道糙率；R为渠道水力半径，m；i为渠底比降；v为渠道断面流速均值，m/s。

《渠道防渗工程技术规范》(GB/T 50600-2010)通过原型观测试验取得了不同衬砌材料渠道糙率的参考取值，现浇混凝土渠道糙率参考值为0.014[1]。根据实测断面水力要素并采用式(1)进行不同流量、不同水位条件下则克台(北岸干渠)河段糙率的反算，结果见表2。

表2 则克台(北岸干渠)河段糙率的反算结果

根据以上分析和比较发现，原型观测试验所取得的糙率数据与根据曼宁公式所计算出的则克台(北岸干渠)渠道糙率值存在一定差异，且原型观测所率定的现浇混凝土渠道糙率比计算结果偏小。其中，矩形测流断面渠道观测前进行清淤处理，河段渠线顺直，且无交叉建筑物，所以，现浇混凝土衬砌渠道的糙率系数最小也与规范中原型观测试验所得结果最为接近；测流断面上游现浇混凝土渠道运行时间长，过流壁面水泥浆在长期冲蚀下剥落麻面，且混凝土模板存在较大错缝，所以糙率较大；测流断面下游渠道壁面结有泥苔，导致下游渠道过流断面形态接近土渠，而且下游断面观测渠段存在2座桥梁，具有一定的阻水作用，所以糙率计算成果偏大。

3.3 结果分析

根据综合分析发现，流量、水位和过水断面是引起糙率结果误差的主要水力因素，其中水位对糙率的影响程度最大。

(1)测流误差：渠道施测通常采用流速-面积法，并通过平均法进行流量成果的计算，所以，测流总误差由宽度、流速和水深三个观测量构成。本次则克台(北岸干渠)渠道施测采用多线三点精测法，并严格根据测流规范的具体规定进行糙率计算，并在则克台(北岸干渠)测流断面上下游还设置2个测流断面进行同步观测，以降低测流误差。

(2)水位观测误差：通过水尺观测读取水位并从国家三等水准点引测水尺零点验证结果表明，水位观测误差在规范允许范围内。糙率计算成果的准确性受水位观测精度影响较大，尤其对于较短渠段更是如此。而当渠段选取较长，必须增加测流人员数量，沿线断面衬砌形式及底坡等变化较大，会增

大成果分析难度，影响观测过程及结果的准确性，这也是造成上下游糙率系数取值偏大的原因之一。

(3)过流断面误差：采用钢卷尺、皮尺和水平尺进行则克台(北岸干渠)渠道沿程控制断面边坡和底宽等的测量，并将测量结果精确度控制在厘米级，测量结果满足观测精度的要求。

4 结论

由本文分析可知，糙率值的观测分析对于渠道管理意义重大，在进行则克台(北岸干渠)渠道糙率原型观测分析时，必须根据测站渠道实际情况进行。限于当前渠道建设及维护管理水平，则克台(北岸干渠)现浇混凝土衬砌渠道存在不同程度的淤积、冲蚀、剥落等破坏，且渠道管理部门并未展开经常性的清淤与修复，在这种情况下，渠道不同渠段衬砌特性和影响因素存在较大差别，导致糙率率定结果不尽相同。渠道糙率和渠道衬砌施工工艺、施工质量、运行管理水平等密切相关，对于运行时间较长的渠道而言，在进行糙率观测和分析时必须充分考虑渠道淤积等因素对过水能力的影响，以提升结果的准确性。