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桥涵水文勘测设计径流计算方法

日期: 2016-12-13
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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。 
中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-5030199.htm
  [关键字]桥涵 水文勘测 设计 径流 
 
  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.

      原文地址:http://www.xzbu.com/1/view-5030199.htm

 

师资力量 / Teacher
发布时间: 2018 - 09 - 27
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发布时间: 2017 - 04 - 27
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