陳澤鋒，胡輝

（商南縣十里坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)站，陜西商洛726306）

1 概況

312國(guó)道是陜西西北至東南方向的一條十分重要的出省公路。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，近年來，G312公路交通量呈迅速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，日過車輛達(dá)千輛，大型以上貨車比重接近50%，路段服務(wù)水平已降至四級(jí)。為了提升服務(wù)能力，規(guī)劃改建路線全長(zhǎng)53.970 km，新建及改擴(kuò)建里程44.821 km，工程建設(shè)中有公路橋6座，按照百年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了確保工程安全建設(shè)，需對(duì)6座公路橋百年一遇洪水進(jìn)行復(fù)核評(píng)價(jià)。

2 暴雨洪水及河道演變分析

2.1 暴雨洪水分析

6座公路橋涉及的河流均為丹江支流，其河流特性與丹江相似，具有亞熱帶氣候和暖濕帶氣候特點(diǎn)，年平均降水量730.4～862.3 mm。丹江流域的洪水主要由暴雨或連陰雨形成。暴雨具有集中、量大、面廣、歷時(shí)短的特點(diǎn)，主要集中在7～9月，尤以7月中旬至8月下旬為最。丹江水系洪水是由暴雨產(chǎn)生，并具有陡漲陡落、洪峰高，歷時(shí)短的特點(diǎn)，對(duì)下游防洪安全影響較大。

2.2 河道演變分析

根據(jù)調(diào)查成果和歷史資料分析，工程項(xiàng)目區(qū)所在河流為丹江及其較大支流，河流性狀基本接近。工程項(xiàng)目區(qū)河道河床雖有沖淤變化，一般河道變化規(guī)律是小水時(shí)候河床橫向變化較大，大水的時(shí)候河床橫向相對(duì)保持走向不變，沖淤加劇。當(dāng)?shù)睾拥赖目偟淖兓厔?shì)是逐年下切，下切趨勢(shì)與河道取沙規(guī)模和數(shù)量成一定的正向?qū)?yīng)關(guān)系。受山區(qū)地形限制，加之堤防工程的控制，項(xiàng)目區(qū)河段平面變化趨勢(shì)已基本穩(wěn)定，今后河勢(shì)不會(huì)發(fā)生大的變遷。

3 參證站及洪水確定

丹江流域內(nèi)目前設(shè)有水文觀測(cè)站5處，雨量站43處。麻街、板橋水文站觀測(cè)資料在30年以上，丹鳳、武關(guān)水文站觀測(cè)資料均在50年以上。312國(guó)道商州至商南公路擴(kuò)建項(xiàng)目所在區(qū)域距丹鳳水文站較近，該站具有完整的實(shí)測(cè)水文資料系列。項(xiàng)目所在區(qū)域位于丹江干流及其支流，因各形態(tài)斷面與丹鳳水文站為同一氣候區(qū)，同為丹江流域，自然地理因素相同，根據(jù)水文計(jì)算技術(shù)，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算以丹鳳水文站作為參證站。

根據(jù)丹鳳水文站1921、1935年的歷史調(diào)查洪水和1957～2012年共58年實(shí)測(cè)洪峰流量系列，按照《水利水電工程洪水計(jì)算規(guī)范》（SL44—93）推薦的方法，以年最大值法選樣，加入歷史調(diào)查洪水，按不連續(xù)系列計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率。根據(jù)矩法計(jì)算出統(tǒng)計(jì)參數(shù)，采用皮爾遜Ⅲ型理論頻率曲線適線（計(jì)算時(shí)采用黃河水利委員會(huì)水文局的洪水頻率計(jì)算程序計(jì)算），求得的丹鳳水文站10年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為1 263 m3/s，100年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為2 710 m3/s。

4 公路橋設(shè)計(jì)洪水分析

公路橋分別采用匯水面積相關(guān)法、綜合參數(shù)法、水文比擬法和推理公式4種方法進(jìn)行計(jì)算。公路橋流域特征數(shù)據(jù)情況詳見表1。

表1 公路橋流域特征數(shù)據(jù)表

4.1 匯水面積相關(guān)法

依據(jù)《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》提供的匯水面積相關(guān)法的相關(guān)參數(shù)，用下式計(jì)算：

式中：QP——設(shè)計(jì)頻率P的洪峰流量（m3/s）；

F——設(shè)計(jì)流域面積（km2）；

KP、n——設(shè)計(jì)頻率為P的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，n為0.59，100年一遇、10年一遇KP分別為42、18。

式中參數(shù)取值見表1，洪峰流量計(jì)算成果見表2。

表2 公路橋斷面洪峰綜合對(duì)比表

4.2 綜合參數(shù)法

依據(jù)《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》提供的綜合參數(shù)法的相關(guān)參數(shù)，應(yīng)用下列公式計(jì)算：

式中：QP——設(shè)計(jì)頻率P的洪峰流量（m3/s）；

F——設(shè)計(jì)流域面積；

J——主河道平均比降；

HP——設(shè)計(jì)頻率為P的六小時(shí)暴雨量（mm）；

KP——經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，100年一遇、10年一遇KP分別為2.23、1.24；

n、α、β——經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，分別取值為0.626、0.023、0 561。

式中參數(shù)取值見表1，計(jì)算成果見表2。

4.3 水文比擬法

計(jì)算公式為：

式中：Qm設(shè)、Qm參——分別為設(shè)計(jì)站和參證站洪峰流量（m3/s），Qm參10年一遇取值1 263 m3/s，100年一遇取值2 710 m3/s。

A設(shè)、A參——分別為設(shè)計(jì)站和參證站集水面積（km2）；

n——指數(shù)（取值為0.667）。

式中參數(shù)取值見表1，以商南水文站為參證站比擬項(xiàng)目區(qū)10年、100年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量見表2。

4.4 推理公式法

暴雨是產(chǎn)生洪水的主要原因。小橋流域河段控制面積小，用板橋、棣花站暴雨資料，采用推理公式法推求設(shè)計(jì)洪水。由暴雨間接推求洪水，首先假定設(shè)計(jì)暴雨與設(shè)計(jì)洪水是同頻率的，在設(shè)計(jì)暴雨確定時(shí)，其分析的主要內(nèi)容是產(chǎn)流和匯流的計(jì)算。

4.4.1 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨歷時(shí)可按流域面積大小分為兩級(jí)：當(dāng)流域面積＜100 km2，設(shè)計(jì)歷時(shí)采用6或12 h；當(dāng)流域面積＞100 km2，設(shè)計(jì)歷時(shí)采用12或24 h。當(dāng)設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨歷時(shí)確定之后，由各歷時(shí)年最大點(diǎn)暴雨均值、變差系數(shù)等值線圖分別查得不同歷時(shí)年最大點(diǎn)暴雨均值和變差系數(shù)Cv。以Cs/Cv=3.5的倍比，由皮氏Ⅲ型曲線表查得模比系數(shù)Kp，求得設(shè)計(jì)歷時(shí)的暴雨量。中、小流域的設(shè)計(jì)洪水，一般是以洪峰控制。根據(jù)板橋、棣花及全市較大暴雨自記資料，采用雨峰對(duì)齊、算術(shù)平均、滑動(dòng)挑選的方法，分析概化出6、12 h同頻率分時(shí)段控制雨型。設(shè)計(jì)頻率為100年一遇的設(shè)計(jì)面暴雨量的時(shí)程分配，分別以1、3、6、12 h為控制，要求控制歷時(shí)內(nèi)的時(shí)段累計(jì)雨量與相應(yīng)歷時(shí)的面雨量相等。其方法是：先將最大1 h面暴雨量放置于雨峰位置，由最大3 h面暴雨量減去最大1 h面暴雨量，所得的差值乘以時(shí)程分配百分?jǐn)?shù)，即得3 h以內(nèi)的分配過程；由最大6 h面暴雨量減去最大3 h面暴雨量，所得的差值乘以時(shí)程分配百分?jǐn)?shù)，即得6 h設(shè)計(jì)面暴雨時(shí)程分配雨型；由最大12 h面暴雨量減去最大6 h面暴雨量，所得的差值乘以時(shí)程分配百分?jǐn)?shù)，即得12 h設(shè)計(jì)面暴雨時(shí)程分配雨型。

4.4.2 設(shè)計(jì)情況下前期影響雨量P的確定

根據(jù)《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》，商洛市潛流量按占產(chǎn)流總量的20%計(jì)算。潛流量的計(jì)算由總產(chǎn)流總量乘以潛流所占的百分比所得。以潛流量再除以產(chǎn)流歷時(shí)得時(shí)段平均潛流量。由產(chǎn)流過程中扣除時(shí)段平均潛流量，即得凈雨過程。當(dāng)某一時(shí)段的產(chǎn)流量小于時(shí)段平均潛流量時(shí)，其產(chǎn)流量全部視為潛流。首先從潛流量中扣除該時(shí)段的產(chǎn)流量，其次從產(chǎn)流歷時(shí)中扣除相應(yīng)的時(shí)間，然后再重新計(jì)算時(shí)段平均前流量。

4.5 設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算

采用推理公式計(jì)算，分析的途徑是將暴雨形成洪水的過程，分為產(chǎn)流與匯流兩個(gè)階段，然后在一定的假定和概化的基礎(chǔ)上，利用等流時(shí)線原理，經(jīng)過一定的推理過程，得出洪峰流量的計(jì)算公式。其基本假定有兩條：一是假定流域匯流時(shí)間τ內(nèi)的凈雨強(qiáng)度it不變，即可用平均凈雨強(qiáng)度it來表達(dá)；二是把匯流面積曲線αW（τ）/ατ[即匯流面積W（τ）隨時(shí)間的變率]概化為矩形，且沿程匯流速度不變。計(jì)算步驟如下：

（1）確定流域特征參數(shù)θ，本次采用《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》中的經(jīng)驗(yàn)公式θ=L2/FJ1/3，得出流域特征參數(shù)θ。

（2）確定匯流參數(shù)m。m參數(shù)是一個(gè)具有流域匯流特點(diǎn)的綜合性經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，它與雨強(qiáng)的大小，降雨歷時(shí)的長(zhǎng)短，雨量時(shí)空分布的不均勻性，暴雨中心的移動(dòng)以及下墊面的干濕等情況有關(guān)。由于以上原因從而使同一流域各次洪水的m值變化范圍較大。但從有關(guān)資料分析，m值又與本次洪水的凈雨深h有關(guān)，即m隨凈雨深h的增大而減少，并逐漸趨于穩(wěn)定。本次采用《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》中的經(jīng)驗(yàn)公式m=0.190θ0.575計(jì)算，得出匯流參數(shù)m。

（3）根據(jù)凈雨計(jì)算成果表，自最大凈雨強(qiáng)度開始向前后相鄰時(shí)段連續(xù)累加，并除以相應(yīng)的時(shí)距，得出時(shí)段平均最大凈雨強(qiáng)度ht/t，求得與t相應(yīng)的洪峰流量Qt，其計(jì)算公式Qt=0.278（ht/t）F。

（4）根據(jù)流域面積大小，假定幾個(gè)洪峰流量，計(jì)算出各假設(shè)洪峰流量所對(duì)應(yīng)的匯流歷時(shí)τ，即：τ=0.278L/（）。

（5）在普通方格紙上點(diǎn)繪t～Qt和Qτ～τ兩組相關(guān)曲線，其兩條曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱橫坐標(biāo)，即為所求的設(shè)計(jì)洪峰流量Qm和匯流歷時(shí)τ。各小橋位求得10年、100年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表2。

4.5 設(shè)計(jì)洪峰流量采用值

從計(jì)算結(jié)果可以看出，《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》匯水面積法最大，綜合參數(shù)法計(jì)算的結(jié)果居中，根據(jù)商南水文站洪峰流量按水文比擬法計(jì)算結(jié)果較小。經(jīng)綜合比較分析，公路橋采用推理公式法計(jì)算結(jié)果，見表2。

5 結(jié)語

通過對(duì)312國(guó)道商州至商南公路改擴(kuò)建工程6座防洪橋所在河段河床演變趨勢(shì)以及設(shè)計(jì)洪水的分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）312國(guó)道商州至商南公路改擴(kuò)建工程，是充分發(fā)揮商洛市資源優(yōu)勢(shì)，釋放潛能，加強(qiáng)循環(huán)產(chǎn)業(yè)支撐能力的重要工程。公路橋采用100年一遇洪水設(shè)計(jì)，其設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)符合《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）中對(duì)于Ⅰ級(jí)干線公路防洪標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

（2）經(jīng)分析計(jì)算，改擴(kuò)建工程中6座公路橋設(shè)計(jì)的防洪標(biāo)準(zhǔn)，基本高于本次復(fù)核要求的洪峰取值，滿足橋位段的防洪要求。經(jīng)評(píng)價(jià)復(fù)核認(rèn)為，在發(fā)生設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以下的洪水時(shí)，該工程項(xiàng)目基本安全，可以進(jìn)行建設(shè)。