淺談橋梁設(shè)計(jì)中的水文計(jì)算

郭曉英

(張家口市城市快速路管理處)

1 設(shè)計(jì)流量的計(jì)算

1.1 有流量觀(guān)測(cè)資料時(shí)推算洪峰流量

橋位附近有水文觀(guān)測(cè)站,可利用水文站的觀(guān)測(cè)資料推算橋梁的設(shè)計(jì)流量。如能獲得足夠的年最大流量值(《橋位勘測(cè)規(guī)程》中要求實(shí)測(cè)年份多于 20a),就可以采用水文統(tǒng)計(jì)法推求設(shè)計(jì)流量。為了提高計(jì)算結(jié)果的精度,還應(yīng)通過(guò)歷史洪水的調(diào)查和文獻(xiàn)考證,盡量搜集歷史洪水資料,以補(bǔ)充和延長(zhǎng)實(shí)測(cè)流量的資料系列。

把年最大流量資料按大小遞減次序排列,計(jì)算各項(xiàng)流量的經(jīng)驗(yàn)頻率,并在海森機(jī)率格紙上繪出經(jīng)驗(yàn)頻率曲線(xiàn)。用適線(xiàn)法繪制理論頻率曲線(xiàn)(P-Ⅲ型),并選定 Q、CV、CS三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)。用選定的三個(gè)參數(shù),計(jì)算設(shè)計(jì)洪水頻率相應(yīng)的流量—設(shè)計(jì)流量。最后,參照參數(shù)的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值,審查所選定的參數(shù)值,并應(yīng)采用其他方法推算設(shè)計(jì)流量與之比較。

1.2 缺乏流量資料推算洪峰流量

(1)根據(jù)調(diào)查歷史洪水資料推算設(shè)計(jì)洪峰流量。

根據(jù)歷史洪水調(diào)查資料推算洪峰流量時(shí),應(yīng)按洪痕點(diǎn)分布及河段的水力特性等選用適當(dāng)?shù)姆椒ā．?dāng)調(diào)查河段無(wú)實(shí)測(cè)水文資料,一般可采用比降法。如斷面及河段條件不適于用比降法計(jì)算時(shí),則可采用水面曲線(xiàn)法。當(dāng)調(diào)查河段有實(shí)測(cè)水文資料,或有條件能較可靠地參照上、下游水文站實(shí)測(cè)資料建立調(diào)查河段水位流量關(guān)系時(shí),則可采用水位流量關(guān)系曲線(xiàn)外延辦法推求洪峰流量。當(dāng)調(diào)查河段具有較好的控制斷面如急灘、卡口、堰壩等時(shí),則可用水力學(xué)公式計(jì)算,這樣可較少依賴(lài)糙率值,成果精度較高。由洪痕推算洪峰流量,采用不同的計(jì)算方法,會(huì)得出不同的結(jié)果,因此尚應(yīng)進(jìn)行分析比較后合理確定。

①若調(diào)查到若干個(gè)歷史洪水資料,并能確定它們的重現(xiàn)期,則可采用在海森機(jī)率格紙上點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)頻率曲線(xiàn),將曲線(xiàn)外延即可粗略讀出設(shè)計(jì)洪峰流量值。

式中:KP、KN為相應(yīng)于 QP及 QN的模比系數(shù)。

式中:φp、φN為相當(dāng)于 QP及 QN的離均系數(shù)。

對(duì)于同一條河流,CV、CS是其固有特性,可根據(jù)河流所在地區(qū),經(jīng)驗(yàn)地選用。

因此,當(dāng)設(shè)計(jì)頻率 P值確定后,可以確定一近似的 KP值,同樣當(dāng) QN已知時(shí),根據(jù)其頻率可得到 KN,這樣用式(1)就可以推求到 QP。

③當(dāng)調(diào)查到的歷史洪水只有一個(gè)時(shí),只能利用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,或鄰近類(lèi)似河流選定CV值,計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。

(2)根據(jù)地區(qū)洪水經(jīng)驗(yàn)公式推算設(shè)計(jì)洪峰流量。

②洪水經(jīng)驗(yàn)公式:常見(jiàn)的形式為

式中:QP為設(shè)計(jì)頻率 P的洪峰流量;F為流域面積;C為地區(qū)經(jīng)驗(yàn)性參數(shù);n為經(jīng)驗(yàn)指數(shù)。

③各統(tǒng)計(jì)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式如下

式中各符號(hào)意義同式(3)。

離差系數(shù)CV各省有相應(yīng)公式。

偏差系數(shù) CS,一般采用 CS/CV=2～4。有些地區(qū) CS/CV超過(guò) 4,根據(jù)地區(qū)情況而定。

(3)水文比擬法。

水文比擬法是選擇一個(gè)水文特征因素極為相近的參證流域(或參證站),將它相似的某一水文特征直接移用到設(shè)計(jì)流域(或站),對(duì)于洪水,要求參證流域和設(shè)計(jì)流域?qū)儆谕槐┯旰樗謪^(qū),并且影響洪水的下墊面因素,如流域特性(流域大小,形狀,坡度,形成地下水的滲透性及能力,湖泊位置等)和河道特性(斷面大小及形狀,河道坡度和糙率、河道長(zhǎng)度等)大體相同。這樣通過(guò)參證站的資料得到設(shè)計(jì)流域(站)的資料。

2 設(shè)計(jì)洪水位的推求

2.1 流量—水位(Q-H)關(guān)系曲線(xiàn)法

根據(jù)已有資料繪制設(shè)計(jì)斷面的Q-H曲線(xiàn),從曲線(xiàn)上查得相應(yīng)設(shè)計(jì)流量的水位即設(shè)計(jì)水位。并需利用上下游調(diào)查的歷史洪水位、坡度等對(duì)所推求的設(shè)計(jì)水位進(jìn)行核對(duì)。

也可利用勘測(cè)的水文基線(xiàn)及水文站斷面的曲線(xiàn),查出相應(yīng)的水位,以設(shè)計(jì)洪水坡度(參考?xì)v史洪水坡),利用比降法,推求設(shè)計(jì)斷面的設(shè)計(jì)洪水位。

2.2 水位相關(guān)法

當(dāng)水文站離設(shè)計(jì)斷面很近,流域面積相差小于5%,且河道的水文條件又相差不大,設(shè)計(jì)斷面處有部分水位觀(guān)測(cè)資料時(shí),則設(shè)計(jì)水位可利用設(shè)計(jì)斷面與水文站的水位相關(guān)曲線(xiàn)查得。即以設(shè)計(jì)流量作為水文站觀(guān)測(cè)流量,從水文站的 Q-H曲線(xiàn)中,查得相應(yīng)水位,再以此水位從設(shè)計(jì)斷面與水文站的水位相關(guān)曲線(xiàn)查得設(shè)計(jì)斷面相應(yīng)設(shè)計(jì)水位。該水位應(yīng)以河床、水面比降等加以校核。若設(shè)計(jì)斷面與水文站的流域面積相差大于5%時(shí),則用經(jīng)驗(yàn)公式或其他辦法調(diào)整設(shè)計(jì)斷面的設(shè)計(jì)水位。