胡綿枝 周峰

摘要：根據(jù)《河道管理范圍內(nèi)建設項目管理的有關規(guī)定》，對涉河建筑物建設項目需進行設計洪水分析，分析方法根據(jù)臨近水文資料由流量資料及經(jīng)驗單位線推求設計洪水洪峰流量，本文以吉首市繞城公路二期工程中曙光大橋設計洪水分析計算為例，采用堰流及曼寧公式和水面線法推求出工程河段設計洪水水位。

關鍵詞：設計洪水;橋梁工程;分析計算

1、項目由來

吉首市是湖南省溝通四川、重慶、湖北、貴州的重要交通樞紐。為了解決吉首市城市交通與對外交通的快速分流，緩解城區(qū)內(nèi)交通壓力，提高公路通行能力，并且提供過境交通進出吉首市的快速通道，故申報了吉首市繞城公路二期工程項目。

2、流域概況

峒河是沅江一級支流，流域在東經(jīng)109°20′～109°55′，北緯28°01′～28°29′之間，發(fā)源于花垣縣老人山，流經(jīng)禾排、大興寨、吉首水文站、吉首市區(qū)，于河溪匯入武水。

吉首水文站流域面積為769km2，河長68.5km，干流平均坡降5.89 ‰;大橋下游約1.7km處有獅子庵電站一座，壩頂高程197.0m，壩長8m。

曙光大橋以上集雨面積543km2，干流長度61.3km，平均坡降6.61‰。

3、工程處設計洪水計算

3.1 水文計算斷面布設

根據(jù)該工程河段的現(xiàn)狀情況，選取了3個典型的水文計算斷面，工程河段典型水文斷面布置圖見圖3.1-1。

3.2 洪水計算方法

⑴水文比擬法

采用吉首水文站1959 年～2019 年61年實測洪峰資料系列及其歷史調(diào)查洪水。進行P-Ⅲ型頻率適線，適線成果：Q平=847m3/s，CV=0.55，CS=3.5CV。用水文比擬法進行計算工程處的設計洪峰流量，成果見表3.2-1。

⑵經(jīng)驗單位線法推求設計洪水

根據(jù)工程項目所在的地理位置和集雨面積，利用《湖南省暴雨洪水查算手冊》（2015 版）查得項目所在位置處P24均=115mm，Cv=0.40，Cs=3.5Cv。計算得工程處不同設計頻率的最大P24點雨量，計算成果見表3.2-2。

3.3 洪水計算參數(shù)

根據(jù)工程處設計最大P24點雨量、集水面積降等資料，查算《湖南省暴雨洪水查算手冊》圖表中的相關參數(shù)，采用經(jīng)驗單位線法推求得到工程處D1、D3斷面設計洪水，計算成果見表3.3-1。

3.4 洪水計算成果及合理性分析

通過對兩種方法比較，兩者計算誤差在-15.5%～3.46%范圍內(nèi)，誤差較小。因工程處計算斷面以上集水面積與參證站的集水面積相差未超出30%范圍內(nèi)，符合水文比擬法的適用條件，且工程河段與參證站同為峒河流域。故選用面積比擬法計算成果作為本次設計洪水，成果見下表3.4-1。

3.5 洪水位的推求

⑴計算公式

①曼寧公式：Q=AR2/3S0.5/n

式中：Q — 流量;A — 過水斷面面積;R — 水力半徑;S — 水面比降。

② 天然河道水面曲線基本方程

A 伯努利能量方程

Z上+αV2上/（2g）=Z下+αV2下/（2g）+Q2ΔS/KP+ζP（V2上-V2下）/（2g）

B 工程阻水河段水面曲線的基本方程

Z上+αV2上/（2g）= Z下+αV2下/（2g）+Q2ΔS/KP+ζP（V2上 -V2下）/（2g）+he ′

he′=ζV2下/（2g）

式中：Z上、Z下 — 上、下斷面水位;V上、V下 — 上、下斷面流速;

Q — 河道流量;ΔS — 上、下斷面間距;α—動能校正系數(shù);

KP — 河段平均流量模數(shù);ζP —河段平均局部水頭損失系數(shù);

g — 重力加速度;he′—工程阻水造成的局部水頭損失。

③實用堰出流計算公式

Q=δsmεB（2g）0.5H03/2

H0=H+V02/（2g）

m=0.49[0.805+0.245H/Hd-0.05（H/hd）2]

式中：

Q — 流量;δs—淹沒系數(shù)，用hs/H查表;m—流量系數(shù)，用經(jīng)驗公式計算;

ε—側收縮系數(shù);B—堰頂寬度;g—重力加速度;H0—堰上總水頭;

H—堰上水頭;hd-設計水頭;V0—堰上平均流速。

⑵起推控制斷面水位流量關系的推求

根據(jù)1999年調(diào)查洪水資料及獅子庵壩頂高程、壩寬、壩上、河底高程采用實用堰公式計算獅子庵壩泄流曲線。成果見表3.5-1，水位流量關系線見圖3.5-1。

⑶工程處典型斷面設計洪水位的推求

根據(jù)工程起推控制斷面（D1）不同設計頻率洪峰流量所對應的水位，采用天然河道水面曲線基本方程計算，分別得到上游不同典型斷面處的不同設計頻率洪水位。成果見表3.5-2。

4、結語

通過對該橋梁工程設計洪水分析計算，計算結果與臨近參證站整編成果及實地調(diào)查成果較為吻合。這對在區(qū)域內(nèi)的涉河工程采用鄰近水文站長系列資料進行設計洪水計算及影響評價有著很好的指導意義。

參考文獻

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