唐建萍

摘要：中小型河流防洪評價計算是公路橋梁設(shè)計中的一項重要內(nèi)容,包括水文資料的分析、設(shè)計洪水流量及洪水高程計算、橋孔行洪設(shè)計計算等。本文以內(nèi)江市長江大道小青龍河大橋防洪評價計算為應用實例，概述了中小型河流公路橋梁所處流域有實測水文資料時的防洪評價計算的計算方法。

關(guān)健詞 ：中小型河流橋梁設(shè)計 防洪評價計算

Abstract: the middle and small rivers flood control evaluation calculation in design of the highway bridge is an important content, including hydrological data analysis and design flood flow and flood elevation calculation, QiaoKong flood design calculation, etc. This paper NaJiangShi Yangtze river avenue little QingLongHe bridge flood control evaluation calculation for application examples, this paper Outlines the small and medium river highway bridge in a river basin of the hydrological data flood control evaluation, the calculation method.

Key words: small and medium-sized river bridge design flood control evaluation calculation

中圖分類號：U445文獻標識碼：A文章編號：

內(nèi)江市長江大道小青龍河大橋位于東興區(qū)新建村右岸和東興區(qū)高橋鎮(zhèn)圣林村左岸。根據(jù)本工程橋位河段位置，工程以上流域集水面積380.5Km2，為中小型河流的橋梁設(shè)計類型，根據(jù)工作內(nèi)容,分為下面幾個步驟.

一、水文資料的分析

在防洪評價計算中，要對所選取的水文資料進行審查，分析作為大橋斷面依據(jù)水文站資料的代表性和一致性，選出一個能代表大橋斷面流域內(nèi)的水文特征的依據(jù)站點。一般采用和大橋斷面相近水文站作為依據(jù)站,要求將依據(jù)站點的年最大流峰流量資料，根據(jù)公式根cv=[]/X，（式中Xi代表年最大洪峰流量，X為多年平均洪峰流量）計算變差和逐年的累進變差過程,如果豐水年組和枯水年組均交替出現(xiàn)，且其間有平水年出現(xiàn),豐枯水年大致相近,年最大洪峰流量均值大多數(shù)年份趨于穩(wěn)定,我們就視這樣的水文站年最大洪峰流量資料代表性好。如果選取依據(jù)水文站點的資料代表性不好，可以將大橋附近的水文站作參考站,再選一個鄰近流域的水文資料代表性好且流域特征和下墊面因素相似的水文測站作依據(jù)站點，然后采用比擬法將依據(jù)站的最大洪峰流量資料移用到大橋斷面作為防洪評價計算中的水文資料。

在運用依據(jù)水文站的水文資料時，還需作一致性分析，看依據(jù)站的流域內(nèi)有無較大蓄、引水工程及人類活動的影響，如有則需作還原計算，在還原計算中，消除這些影響的造成的誤差，得出正確的依據(jù)水文站的水文資料系列。

在對內(nèi)江市長江大道小青龍河大橋進行防洪評價計算中，選出在大橋斷面上游10.7公里處的田家水文站只有6年(1961年至今1966年)的最大洪峰流量資料,資料代表性不好,因此作為參考站。而臨近流域烏龍河的凌家場水文站有28年(1966年至2009年)的最大洪峰流量資料系列，根據(jù)cv=[]/x（式中Xi代表年最大洪峰流量，X為多年平均洪峰流量）計算出凌家場水文站年最大洪峰流量變差及累進變差過程，并繪制成圖如下：

從圖中可以看出該站豐水年組和枯水年組均交替出現(xiàn)，且均間有平水年出現(xiàn)，豐枯水年大致相近，年最大流峰流量均值在25年左右趨于穩(wěn)定。故作為依據(jù)站的凌家場水文站的最大洪峰流量資料系列具有較好的代表性，可供使用。同時凌家場水文站所處的烏龍河流域內(nèi)無較大蓄、引水工程及人類活動影響，只有些調(diào)蓄能力低的小型水庫，對洪峰流量影響很小，可以忽略，因此凌家場水文站的年最大流量資料系列具有較好的代表性，不需作還原計算。

二、歷史洪水調(diào)查

在防洪評價計算中，歷史洪水調(diào)查對設(shè)計洪水高程和設(shè)計流量的計算至關(guān)重要。在做歷史洪水調(diào)查時先要了解清楚大橋所處流域內(nèi)的洪水發(fā)生的主要時間和地區(qū)分布是否和暴雨特征一致，再根據(jù)這些特征找出洪水發(fā)生的主要時間和地區(qū)分布，通過訪問和洪痕測量的形式，調(diào)查出流域內(nèi)特大洪水和洪水發(fā)生的相隔年限，為以后的設(shè)計洪水高程和設(shè)計流量的計算積累重要的水文資料。

在對大橋所處流域小青龍河流域做歷史洪水調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，小青龍河流域的洪水為季節(jié)性洪水，主要為夏秋暴雨點所致，洪水發(fā)生時間和地區(qū)分布與暴雨基本一致，依暴雨持續(xù)時間和降水強度，以及地形條件所形成。據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計，建國后小青龍河上的洪水災害主要有以下幾次：

1955年7月3日和8日內(nèi)江縣北部降下120mm以上的大暴雨；1962年8月29日田家、高梁降148mm至于220mm大暴雨，小青龍河水位猛漲5-10m；1974年8月16日至18日，高梁降雨313.9mm,團結(jié)水庫降雨400.5mm，使小青龍河水上漲7至11m左右；1981年7月2至3日、10至11日、12至14日連續(xù)降水，以7月12至14日特大暴雨危害，普降雨200mm左右；1983年8月，流域普降100至150mm暴雨，洪水達到建國以來最高水位，經(jīng)考證，洪水的重現(xiàn)期為100余年。

凌家場水文站通過審查發(fā)現(xiàn)1974年、1983年兩年年最大流量屬特大洪水，訪問當80余歲的村民，經(jīng)多人證實，該洪水均屬他們一生未見的洪水，故兩次洪水的重現(xiàn)期可推至1919年，均為100年一遇。

三、設(shè)計洪峰流量的分析計算

在防洪評價計算中，設(shè)計洪峰流量也是至關(guān)重要的，在選擇好作為大橋斷面水文計算的依據(jù)站后，先根據(jù)歷史洪水調(diào)查確定出依據(jù)站年最大洪峰流量的特大洪水年份，確定其重現(xiàn)期，再將依據(jù)站的年最大洪峰流量按大小排序，計算出各數(shù)據(jù)占最大數(shù)據(jù)的百分數(shù)，用百分數(shù)和數(shù)據(jù)建立關(guān)系繪制理論頻率曲線，水文上把這個曲線叫皮爾遜Ⅲ型曲線，簡稱P—Ⅲ型曲線。先用P—Ⅲ型曲線適線法求出設(shè)計站各個重現(xiàn)期的設(shè)計流量，再用水文比擬法求出大橋的設(shè)計流量。當設(shè)計站和作為依據(jù)站的參考站的流域內(nèi)的氣候和下墊面兩方面條件接近時，可以將流域內(nèi)某一水文特征直接或加以適當修正后移用到設(shè)計流域，這種方法叫水文比擬法，水文比擬法的計算公式是：

Q設(shè)=

式中：Q設(shè)、Q參—為設(shè)計站和參證站的洪峰流量，m3/s；F設(shè)、F參—為設(shè)計站和參證站的集水面積，㎞2；n、 面積比指數(shù)。

作為小青龍河大橋水文設(shè)計站的田家水文站由于年最大洪峰流量資料年限較短只有六年，其代表性有一定的局限性，而臨近流域烏龍河有凌家場水文站，雖然本工程斷面位置以上集水面積（380.5km2）與凌家場水文站的集水面積（183 km2）相差較大，但由于都處于同一行政區(qū)域，下墊面條件基本一致；同時，從降水量的分布來看，小青龍河高橋（本工程位置處）以上流域的多年平均降水量（948.6mm）與凌家場水文站以上流域的多年平均降水量(950.0mm)非常相近，因此，本工程斷面的年最大洪峰流量移用凌家場水文站實測年最大洪峰流量頻率計算成果。根據(jù)凌家場水文站多年洪峰流量過程，用每年最大洪峰流量和多年最大洪峰流量的比值（百分數(shù)）和年洪峰流量建立關(guān)系，得到凌家場水文站年最大洪峰流量P—Ⅲ型頻率曲線如下圖：

圖中橫坐標為頻率（%），縱坐標為流量。通過對凌家場水文站年最大洪峰流量的頻率曲線進行CV和CS統(tǒng)計計算，得出CV=1.10, CS=2.5CV

再將凌家場的積水面積和設(shè)計洪峰流作為F參和Q參,小青龍河流域積水面積為F設(shè),使用水文比擬法: Q設(shè)=,推求出長江大道小青龍河大橋斷面設(shè)計洪峰流量Q設(shè)。以下為小青龍河大橋設(shè)計洪峰流量計算成果:

工程斷面水文站年最大流量頻率計算成果表

這樣就得出小青龍河大橋百年一遇的最大洪峰流量為1040 m3/s。

四、設(shè)計洪水高程計算

在對橋梁作防洪評價計算中,設(shè)計洪水高程的計算非常重要,關(guān)系到大橋高度,大橋橋高必須高于設(shè)計的洪水高程,才能保證在洪水的重現(xiàn)期內(nèi)橋梁的安全運行. 在對洪水高程設(shè)計前,我們必須根據(jù)歷史洪水調(diào)查中的洪水高度，對大橋斷面進行斷面測量,得出大斷面成果資料,然后繪制用河底高程和起點距建立關(guān)系的大斷面圖.再跟據(jù)大斷面圖各轉(zhuǎn)折點的河底高程,利用水力學原理,采用曼寧公式計算出各轉(zhuǎn)折點處水位時的流量值,然后將它們一一對應建立水位流量—關(guān)系，并繪制成水位—流量關(guān)系曲線，再通過關(guān)系曲線求出各個設(shè)計流量重現(xiàn)期的水位值。

在對小青龍大橋作洪水高程設(shè)計中，先根據(jù)“1981.7”、“1983.8”等多次洪水調(diào)查資料對大橋斷面進行斷面測量,得出實測大斷面成果資料,繪制成大斷面圖如下:

再利用曼寧公式:Q=A*V= *AR *I 求出各大斷面高程轉(zhuǎn)折處斷面的流量值,繪制水位流量關(guān)系,如下圖:

再根據(jù)水位流量關(guān)系曲線得出各個設(shè)計流量重現(xiàn)期的水位值如下表:

長江大道小青龍河大橋設(shè)計水位流量關(guān)系表

這樣我們得出小青龍大橋的百年一遇的洪水高程為319.60M.

五、橋孔行洪設(shè)計計算

在對大橋作行洪論證計算時，除了計算出大橋斷面的設(shè)計洪峰流量和設(shè)計洪水高程外，橋孔的設(shè)計計算也非常重要，只有正確計算出橋梁的橋孔對水流的行洪影響，才能保證在大橋修建后各方面的安全運行。橋孔設(shè)計在行洪計算中一般有以下三個方面的內(nèi)容。

（一）橋孔過水面積的計算

在大橋過水斷面中，橋墩占有很大一部份面積，橋墩的面積直接影響水流通過的水量，所以正確計算出橋墩的阻水面積，才能大橋行洪計算的正確。一般我們用寬窄率來表示橋墩的阻水因素，寬窄率（%）=橋墩面積/原過水斷面面積。在我們測出大橋斷面在不計橋墩影響的各橋墩間的過水面積后，再根據(jù)大橋設(shè)計施工圖計算出各橋墩的面積，就會得出寬窄率。

（二）、壅水計算

在橋梁修建中，大橋的橋墩在水流通過時，會造成上下游水流流線的收縮和擴散，加上橋墩的摩擦阻力，會造成水流能量的損失，必然在橋墩的上游形成壅水，這樣將影響行洪，所以必須計算橋墩和部分橋臺的壅水影響。橋墩阻水的壅水經(jīng)驗公式很多，根據(jù)小青龍河大橋梁所處水庫坎庫區(qū)，兩岸為紫砂巖互層，選用《公路橋位勘測設(shè)計規(guī)矩（JTJ062-82）》公式：

式中： —最大壅水高度；—系數(shù)，由 值表查取，阻擋流量和設(shè)計流量的比值小于10%時為0.05； —全斷面平均流速（m/s）；

—橋下平均流速（m/s），根據(jù)土壤類別本河段按下式計算：

式中： —設(shè)計流量；—橋下凈過水面積； —天然狀態(tài)下橋下平均流速。

河段壅水曲線全長公式為：

式中：j —水面比降，取值1.0‰左右；L —壅水長度。

(三)流向傾角效正計算:

在防洪評價計算中,大橋斷面的總流向必須和大橋斷面垂直,所得才是正確的結(jié)果,如果不垂直就必須做傾角效正,其計算公式為:垂直斷面的流量值=傾斜角的流量值*流向傾角的余弦。通過對小青龍河大橋斷面進行流向測量，得出該斷面的總流向垂直于大橋斷面，故不需要作流向傾角效正。

根據(jù)前面的設(shè)計流量和設(shè)計水位計算，再綜合上面的橋孔行洪設(shè)計計算，我們得出長江大道小青龍河大橋的行洪影響表

長江大道小青龍河大橋行洪影響表

在作出大橋行洪影響表后，就可以根據(jù)表上的數(shù)據(jù)對大橋行洪設(shè)計作出結(jié)論，一般從水位壅水范圍和大橋占河道面積二個方面的數(shù)據(jù)來對大橋的行洪作出最后的結(jié)論，且二者的值越小，大橋?qū)π泻榈挠绊懸苍叫?。長江大道小青龍河大橋行洪影響表中我們看出，水位壅水范圍在此30至25CM之間，變化較小。大橋占河道的面積（寬窄率）為7.4%—8.9%之間，對過水斷面影響不大。根據(jù)施工方提供的大橋施工圖，橋梁底緣最低處為320.81M，高于百年一遇的設(shè)計洪水高程319.60M,完全能滿足防洪要求.大橋百年一遇的過水斷面為7.4%，因此對河勢的影響較小。

在作出防洪評價計算后，還要看大橋所處的河段內(nèi)有無河道整治工程和其他水利設(shè)施，如有就要和這些部門調(diào)協(xié)處理好防洪問題和合法水利權(quán)的問題。如果河道有沖刷也要作沖刷計算，使計算結(jié)果恢復到不受影響的值。小青龍河大橋河段內(nèi)無河道整治工程和其他水利設(shè)施，故而不會影響防洪搶險的實施，更不會影響對第三人合法水利權(quán)益的影響，大橋河段水庫坎庫區(qū)，兩岸為紫砂巖互層，故沖刷很小，可以勿略，不需作沖刷計算。

六、結(jié)論

小青龍河大橋的防洪評價計算中遇到問題，是一般防洪評價計算比較普通且共同的問題，通過此例我們可以對有實測水文資料情況下小河流橋梁的防洪評價計算的方法有一個比較全面的了解。當然我們在作一些中小河流橋梁防洪評價計算中，還會遇到一些其他的問題，也會有其他形式的計算方法，比如用降徑關(guān)系進行防洪評價計算，但在水文站網(wǎng)布局合理的流域內(nèi)，用大橋斷面流域內(nèi)水文站或相鄰流域水文站的實測最大洪峰流量資料來作大橋的防洪評價計算，更為簡明合理。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。