郭晓英

(张家口市城市快速路管理处)

1 设计流量的计算

1.1 有流量观测资料时推算洪峰流量

桥位附近有水文观测站,可利用水文站的观测资料推算桥梁的设计流量。如能获得足够的年最大流量值(《桥位勘测规程》中要求实测年份多于 20a),就可以采用水文统计法推求设计流量。为了提高计算结果的精度,还应通过历史洪水的调查和文献考证,尽量搜集历史洪水资料,以补充和延长实测流量的资料系列。

把年最大流量资料按大小递减次序排列,计算各项流量的经验频率,并在海森机率格纸上绘出经验频率曲线。用适线法绘制理论频率曲线(P-Ⅲ型),并选定 Q、CV、CS三个统计参数。用选定的三个参数,计算设计洪水频率相应的流量—设计流量。最后,参照参数的地区经验值,审查所选定的参数值,并应采用其他方法推算设计流量与之比较。

1.2 缺乏流量资料推算洪峰流量

(1)根据调查历史洪水资料推算设计洪峰流量。

根据历史洪水调查资料推算洪峰流量时,应按洪痕点分布及河段的水力特性等选用适当的方法。当调查河段无实测水文资料,一般可采用比降法。如断面及河段条件不适于用比降法计算时,则可采用水面曲线法。当调查河段有实测水文资料,或有条件能较可靠地参照上、下游水文站实测资料建立调查河段水位流量关系时,则可采用水位流量关系曲线外延办法推求洪峰流量。当调查河段具有较好的控制断面如急滩、卡口、堰坝等时,则可用水力学公式计算,这样可较少依赖糙率值,成果精度较高。由洪痕推算洪峰流量,采用不同的计算方法,会得出不同的结果,因此尚应进行分析比较后合理确定。

①若调查到若干个历史洪水资料,并能确定它们的重现期,则可采用在海森机率格纸上点绘经验频率曲线,将曲线外延即可粗略读出设计洪峰流量值。

式中:KP、KN为相应于 QP及 QN的模比系数。

式中:φp、φN为相当于 QP及 QN的离均系数。

对于同一条河流,CV、CS是其固有特性,可根据河流所在地区,经验地选用。

因此,当设计频率 P值确定后,可以确定一近似的 KP值,同样当 QN已知时,根据其频率可得到 KN,这样用式(1)就可以推求到 QP。

③当调查到的历史洪水只有一个时,只能利用地区经验关系,或邻近类似河流选定CV值,计算设计洪水。

(2)根据地区洪水经验公式推算设计洪峰流量。

②洪水经验公式:常见的形式为

式中:QP为设计频率 P的洪峰流量;F为流域面积;C为地区经验性参数;n为经验指数。

③各统计参数的经验公式如下

式中各符号意义同式(3)。

离差系数CV各省有相应公式。

偏差系数 CS,一般采用 CS/CV=2～4。有些地区 CS/CV超过 4,根据地区情况而定。

(3)水文比拟法。

水文比拟法是选择一个水文特征因素极为相近的参证流域(或参证站),将它相似的某一水文特征直接移用到设计流域(或站),对于洪水,要求参证流域和设计流域属于同一暴雨洪水分区,并且影响洪水的下垫面因素,如流域特性(流域大小,形状,坡度,形成地下水的渗透性及能力,湖泊位置等)和河道特性(断面大小及形状,河道坡度和糙率、河道长度等)大体相同。这样通过参证站的资料得到设计流域(站)的资料。

2 设计洪水位的推求

2.1 流量—水位(Q-H)关系曲线法

根据已有资料绘制设计断面的Q-H曲线,从曲线上查得相应设计流量的水位即设计水位。并需利用上下游调查的历史洪水位、坡度等对所推求的设计水位进行核对。

也可利用勘测的水文基线及水文站断面的曲线,查出相应的水位,以设计洪水坡度(参考历史洪水坡),利用比降法,推求设计断面的设计洪水位。

2.2 水位相关法

当水文站离设计断面很近,流域面积相差小于5%,且河道的水文条件又相差不大,设计断面处有部分水位观测资料时,则设计水位可利用设计断面与水文站的水位相关曲线查得。即以设计流量作为水文站观测流量,从水文站的 Q-H曲线中,查得相应水位,再以此水位从设计断面与水文站的水位相关曲线查得设计断面相应设计水位。该水位应以河床、水面比降等加以校核。若设计断面与水文站的流域面积相差大于5%时,则用经验公式或其他办法调整设计断面的设计水位。