桥涵水文计算的主要内容及方法.docx

桥涵水文计算的主要内容及方法任鲁杰（新纪元公路设计有限责任公司乌鲁木齐 830000）摘要：桥涵水文计算是桥涵设计的前期的基本工作，结构设计的许多参数都需要建立在水文计算论证的基础上。水文计算的方法很多，但都具有局限性，本文结合实际工作经验，就新疆地区常用的水文计算的内容及方法提出自己的一些见解。关键词：桥涵；水文计算；设计流量；冲刷中图分类号：U442.3 文献标识码：B1 前言桥涵水文计算是桥梁设计的主要工作之一，是桥梁设计的依据。它是在实地调查和勘测的基础上，运用历年水文资料及水力学公式计算出设计洪水位和设计流量，以此推算桥梁孔径、墩台基础埋置深度、桥面设计高程等。桥涵的设计人员只有了解水文计算整个过程，才能详细、准确的进行水文计算。水文计算有一个较复杂的计算过程，首先是收集外业资料，如河流的分布区域、河流所属地区气候、降雨和洪水情况及河流的源头到桥位处得汇水面积以及流域间的蒸发量、主河道的长度、桥轴处得形态断面、水文断面、河床比降、桥位处河道地质状况等等，然后利用水文统计法、全国水文分区公式、地区经验公式、形态断面法等方法计算出河流流量，进行流量分析确定出设计流量，利用桥位处形态断面反求水位，进一步推算设计水位及桥梁设计标高，并通过过水宽度确定桥长，最后进行冲刷计算，对桥梁墩台基础的埋置深度进行控制。2 设计流量计算分析方法水文统计法水文统计法适用于大型桥涵项目，要求项目所在流域有水文观测站，可以调查到历年流量、水位及历史洪峰的资料，通过调查、考证等方法对水文资料进行插补和延长，将经过数理统计过的流量资料进行经验频率分析，将经验频率点群绘于海森几率格纸上，目估通过点群分布中心，并兼顾到特大值作曲线，得到经验频率曲线，应用3点适线法确定统计参数 Q、CV和CS，作理论频率曲线、适线、推求设计流量。由于新疆各大流域上水文站建站时间较晚，历年的观察资料较少且中小流域设立的水文站较少，水文统计法在新疆中小桥水文计算中采用的较少，本文不做详细介绍。经验公式法在缺乏历史流量观测资料的情况下，可根据全国水文分区Cv值及流域汇水面积等勘察数据，利用全国水文分区经验公式或地方的流量计算经验公式推算。例如位于G315线的快克提来3号桥，桥位处于沙漠腹地，主要水流为洪水期时的漫流水，历时时间短，水量较小，但2010年7月发生很大洪水，漫滩水流在此桥汇集且把桥位处冲成宽112米，深14.5的冲沟。该桥上下游无水文站，无历史观测资料，洪水过后桥下断面下切无法判断洪水痕迹标高。此河流缺乏历史流量观测资料，故根据全国水文分区经验公式推算设计流量。由分区平均流量公式、分区和计算。以上各参数查高冬光主编的公路桥涵设计手册《桥位设计》(表3-3-3 P－Ⅲ型曲线值表)、(图3-5-1 公路大中桥流量经验公式分区)、(表3-5-1 全国水文分区经验公式表)、(表3-5-2 全国水文分区Cv值表)及(表3-5-3全国水文分区Cs/Cv值表)，桥梁位于76区，昆仑山北坡区。查76区：C=0.4 n=0.8 Cv=0.75 Cs/Cv=3.5 Q1%/Q2%=1.15 =3.1550.2 m3/s=50.2（1+0.75×3.15）=168.7 m3/s1.15×168.7=194 m3/s由于分区经验公式要求对各水文参数以及流域汇流面积把握准确，故人为因素影响较大，为了提高计算结果的准确性，可利用全国及地方的经验公式分别计算，取一较大值以偏安全。形态断面法形态断面法是我们日常工作中最常用的方法，计算所需要的参数均可以通过现场调查得到。形态断面法计算的准确与否关键在于以下三点：形态断面位置的选择、历时洪水位的调查测量、河床糙率及比降的确定。形态断面的选择要求以下几点：1）河道顺直， 2）滩、槽力求分明， 3）形态断面与桥位间无支流汇入，4）河槽中无岛与沙洲 ， 5）形态断面的位置尽量便于洪水点的指认和测量。图1 形态断面法洪水点勘测过程示意图根据调查及测量得到的数据绘制形态断面图及河流比降图如下：图2 形态断面图图3 河道比降图根据形态断面及测量到的历史最大洪水位标高，勾绘并求得最大洪水位下的过水面积及湿周，并根据河道比降计算图算出形态断面处的河道比降，利用水力学公式计算出该洪水位下通过的洪水流量。再根据调查的洪水频率换算出我们需要的一定频率下的设计流量。例如：Z807线K25+970处察汗托海2号桥，为跨越冲沟而设的桥梁。桥位两侧无居民居住，无水文站，无历史洪水流量观测资料，滩槽无明显分界线。根据外业测量形态断面如图4所示，综合分析河道及边坡糙率为23，测量计算河道比降i=0.01，现场调查历史洪水位标高为1997.0m。根据图4勾绘出的洪水位下的过水断面面积为7.4m2,湿周12.45m。图4 察汗托海2号桥形态断面图利用水力学