桥涵水文勘测设计径流计算方法

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　　[摘要]本研究对桥涵水文勘测设计的计算理论、方法进行分析，并采用3种常用的径流计算公式进行验证分析，以便为桥涵水文勘测设计提供参考。
　　[关键字]桥涵 水文勘测 设计 径流
　　[中图分类号] P33 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-116-2
　　桥涵构筑物的多项参数的确定都与桥涵水文设计计算内容相关，伴随着我国现代化建设的不断深入发展，出现了越来越多的交通建设任务，实现合理、准确、高效的水文设计计算意义重大。
　　1桥涵水文勘测设计计算内容
　　1.1水文断面流量、流速计算
　　应用谢才-满宁公式可以对水文断面平均流速进行计算，如式（1）、式（2）：
　　或
　　在式（1）和式（2）中，v表示断面的平均流速（m/s）；n表示糙率；R表示水力半径（m）；i表示洪水比降；m代表n的倒数，即m=1/n。
　　对水文断面流量计算分为单式断面和复式断面，如式（3）、式（4）：
　　单式： Q=Av （3）
　　复式： Q=Acvc+Atvt=Qc+Qt （4）
　　在式（3）和式（4）中，Q代表全断面总流量（m3/s），A代表过水的断面面积（m2），Ac表示河槽过水面积（m2），vc表示河槽断面平均流速（m/s），At表示河滩过水面积（m2），vt表示河滩断面平均流速（m/s），Qc表示河槽流量（m3/s），Qt表示河滩流量（m3/s）。
　　在依据洪水流量推算历史洪水位时，需先假定不同的洪水位，再依据洪水流量，计算出能够和已知的洪水流量相吻合的洪水流量即可，通常手算误差≤5%，电算误差≤1%【1】。
　　1.2连续系列洪水流量和不连续系列洪水流量计算
　　（1）连续系列洪水流量推算
　　先依据已有的洪水资料对vc、 φ和 Q统计参数进行确定，在利用适线方法对统计参数进行调整，直到论频率曲线能够和经验频率点较好吻合，采用这些调整好的统计参数，应用皮尔逊Ⅲ型曲线方程就能计算获得洪水流量【2】。
　　①平均流量 Q的计算如式（5）
　　式（5）中的n表示统计年最大流量值的个数，Qi表示的是任意一年的流量系列最大流量值。
　　②变差系数vc计算如式（6）
　　式（6）中，Ki=Qi/Q 表示的是流量模比系数；n表示统计年最大流量值的个数，Qi 表示的是任意一年的流量系列最大流量值。
　　③离均系数φ 计算
　　离均系数φ 代表的是洪水频率P和偏差系数cs函数，也就是φ=f（cs，p） 。
　　计算偏差系数cs可依据式（7）获得：
　　实际计算过程中，通常不会采用式（7）直接计算，需先将变差系数cv值计算出来，再依据cs=（2-4）cv的经验关系获得。
　　（2）不连续系列洪水流量推算
　　如果调查期为N年，为首的大洪水a个，还有l1个出现在实测期n年内，N年内，M1位洪水经验频率如式（8）：
　　式（8）中的M1依次取1，2，3，…，a。
　　n年期间，将为首的l1项大洪水除去，m位洪水经验频率如式（9）计算：
　　不连续系列洪水量统计参数方法存在一定的差异，通常Q和cv值计算如式（10）和式（11）：
　　2试验流域三种径流公式计算
　　某地区位于中纬度季风区，地属亚热带季风气候，年平均降水量分布不均匀，夏季雨水量较多，地区易出现春旱和冬干，夏季极易形成大洪水。对本区的4个小流域进行计算分析，4个流域基本特征如表1所示。
　　基于3种径流公式进行计算，具体计算如下：
　　2.1应用全国水文分区经验公式计算
　　Qp=KFn
　　式中的Qp表示设计的洪峰流量（m3/s），K表示径流模量，F表示汇水面积（km2），n代表的是地区指数。
　　2.2应用公路科研所径流公式计算
　　Qp=ψ（h-z）3/2f4/5βγδ
　　式中的Qp表示设计的洪峰流量（m3/s），ψ表示地貌系数，h表示径流厚度（mm），z表示坑洼滞留或植物滞留径流厚度（mm），F表示汇水面积（km2）， 表示洪峰传播流量折减系数，γ表示汇水区的降雨量的不均折减系数，δ表示小水库或湖泊调节折减系数。β、γ、δ所代表的系数，于小流域一般并不折减。依据上式可以发现，如果汇水面积一定，会产生许多对流量大小产生影响的因素。
　　2.3应用铁二院法计算
　　Qp=0.278FC1apym
　　式中的Qp表示设计的洪峰流量（m3/s），F表示汇水面积（km2），C1表示产流系数，可通过查表获得，ap表示设计的暴雨强度（mm/h），在F不大于10km2的情况下，需要依照下式（12）计算获得，在F大于10km2的情况下，需要依照下式（13）计算获得。ym表示径流函数的根据径流因子，可利用查表获得。
　　通过上述计算研究，对4个小流域的历史洪水进行调查，对重现期进行确定，能够获得本区域各流域洪水洪峰流量，如表2所示。
　　依据上述的3个公式对各流域计算，能够计算出设计的洪水洪峰流量，如表3所示。
　　利用表3（洪水洪峰流量）和表1（流域面积）能够计算获得洪水洪峰流量模数，K=Qp/F。如表4所示。
　　通过计算的结果表示，通常情况下全国水文分区经验公式计算的结果最大，如果要考虑工程的安全性，就要接受全国水文分区经验公式计算结果，采用铁二院法计算出来的结果不建议直接采用。其他情况下需要依据洪水洪峰流量模数K、流域形状系数Ke综合选择。
　　3总结和分析
　　实际生产过程中，公路上小型桥涵是与人们的生活最贴近的，质量好坏对人们的出行安全产生了直接影响。在对桥涵勘测过程中需要通过收集、调查，初步整理出桥涵所需水力、水文、环境、地质、地形和其他的相关数据资料，它们是选择桥涵结构类型，确定桥涵位置，孔径计算和水文计算的重要依据，只有资料数据充足、准确的情况下，才能依据公式计算出桥位处设计流量的准确数值。本次研究分析了桥涵水文勘测设计计算内容，并通过采用3种常用的径流计算公式对4个试验流域进行验证分析，以便为桥涵水文勘测设计提供参考。
　　参考文献
　　[1] 华鹏年，雷伟，刘新生. 小流域公路桥涵设计流量计算方法研究[J].公路.2012（4）：4-7.
　　[2] 周振华. 桥面设计径流量计算简化公式及适用跨径[J]. 公路.2011（8）：100-105.
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