公路小桥涵设计流量计算方法探讨

　　摘要：流量计算是小桥涵设计的基础数据之一，本文着重介绍了公路小桥涵设计流量的四种计算方法，并分析了各种方法的优缺点。
　　关键词：小桥涵，设计流量，计算方法
　　一、 前言
　　随着我国公路工程的飞速发展，在对现有公路的改扩建及新建公路中，将会遇到许多小桥涵的建设。小桥涵孔径拟定及基础的布置均离不开小桥涵流量计算这个基本的桥涵水文计算。小桥涵流量计算是小桥涵孔径及桥梁墩台计算的基础根据，因此小桥涵流量计算是小桥涵设计的根基。
　　二、小桥涵设计流量计算方法
　　（一）、暴雨推理法
　　暴雨推理法是指运用成因分析和经验推理联合的方法，从实际的暴雨足可入手利用地区综合分析方法来分析暴雨资料和地区特点关系，从而间接的推算处洪水流量。
　　其公式为Qp=0.278(Sp/τn-μ)F
　　式中：Qp为规定频率的设计流量
　　Sp为对应频率的雨力
　　τ为汇流时间
　　μ为损失系数
　　F为汇水面积
　　暴雨推理法是一种半理论半经验的计算方法，适用于汇水面积小于100Km2的河沟。这种计算方法区域选择性较强，不同地区的条件是有异同的，其通过损失参数和汇流时间体现地区差异性。南方和北方的洪峰期与泄洪量也存在较大的差别，因此在计算中要根据地区差异合理选择损失系数和汇流时间。
　　暴雨流量的推算方法考虑很多的因素，其优点是较为简略，其计算公式只考虑了区域的普通性，故参变系数是简化了概略值。其暴雨递减指数值的分区和土壤分类均较粗略。因此，套用到个体河沟和流域时与实际情况必定有出入。这些均有待以后的完善，按暴雨推理方法得出的经验公式简便，但纯属经验性的。地区差别也较大。
　　（二）、径流形成法
　　径流形成法是以暴雨资料为主推算小流域洪水流量的一种方法，它是依据洪峰流量与主要影响因素之间的关系而建立的。它假定暴雨频率及所形成的洪峰流量频率相同，最大洪峰流量是一定的暴雨在流域内经过产流和汇流两个过程形成的。
　　径流形成法是目前公路部门普遍使用的一种计算方法，其径流成因简化公式（见下式）适用于汇水面积小于30Km2的小流域。
　　Qp=ψ(h-z)3/2F4/5βγδ
　　式中：Qp为规定频率的设计流量
　　ψ为地貌系数
　　h为径流厚度
　　z为被植物或坑洼滞留的径流厚度
　　F为汇水面积
　　β为洪峰传播的流量折减系数γδ
　　γ为汇水区降雨量不均匀的折减系数
　　δ为小水库或湖泊调节作用影响洪峰流量的折减系数
　　除公路外其他相关行业和部门径流流量经验公式及地区性流量经验公式也可参考使用，其中各水文参数的取值应尽量根据当地具体资料确定。
　　径流形成法因其暴雨分区及按汇水面积划分的汇流时间比较粗略，实际应用中应根据具体情况，正确选取较合理的汇流时间及相应的径流厚度。
　　（三）、形态调查法
　　结合形态断面进行洪水调查，确定流量的形态调查法也是目前公路部门应用较为普遍的一种方法。
　　形态调查法是指实地查核历史上产生过的洪痕，并通过河道地形、纵、横断面、洪痕高程及地位等形态资料的测量，再按水力学方法推算历史洪峰流量。目前，主要通过建立形态断面，并绘制形态断面图，确定主河沟的糙率,主河沟平均坡度,有条件时实测水位和流速。联合形态断面进行洪水调查，确定比较可靠的某一历史洪水位及相应的频率。同时确定历史洪水位在形态断面上的过水面积和相应的比降等资料。推算形态断面上的历史洪峰流量。
　　形态断面一般选在有较可靠的洪水调查资料的河段内。形态断面应与流向垂直，宜选在河段顺直、岸坡稳定、床面冲淤变化不大、泛滥宽度较小、断面比较规则、河槽在平面上无过大扩散或收缩、河沟床纵坡无急剧变化和无死水区及不受壅水影响的地方。
　　推算出历史洪峰流量进而可以求得计算频率的设计流量。
　　1、 按流量模比系数推算：Qp=(Kp/Kn)Q
　　Q为形态断面处相应于所调查的历史洪水位洪峰流量
　　Kp为规定频率的模比系数
　　Kn为调查的历史洪水频率模比系数
　　2、 按多年平均流量计算：Qp=KpQ(—)
　　Q(—)为多年平均洪峰流量
　　3、 按周期换算系数推算：Qp=MQ
　　M为周期换算系数
　　形态调查法中由于计算流量所根据的是资料室现场调查所得，较客观地反响了实际情况。所以是目前补充按暴雨推理法计算中资料不足的最好方法。但是不易调查出历史洪水位并确定相应的频率及比较准确地确定河沟床的糙率，同时，对于河床下切合沉积影响程度难以把握，往往使计算结果偏大或偏小。
　　近年来，随着科学技术的发展，勘测工具及手段不断更新，形态调查法得到了广泛的应用，被公认为是比较实用的计算方法。
　　（四）、直接类比法
　　直接类比法是指当公路所跨同一河沟上下游附近存在既有小桥涵时，通过调查到可靠的涵前洪水积水高度及相应的洪水频率时，用已有涵洞作为形态断面，可采用类似形态调查法推求拟建涵洞的设计流量。
　　直接类比法的资料来自对原桥涵（或其他水工程物）的调查。故这种方法计算比较可靠、其适用范围不受限制，有条件时应优先使用。
　　三、结束语
　　小桥涵设计流量计算方法还有很多，到底选用哪一种方法、哪一个公式来计算是由全部工程系统的具体情况来决定的。不同的地质条件，不同区域，不同地段，选用的计算方法势必也会不同。我们应通过调查研究，尽量采用适合本地区的计算方法和相关参数。为得到比较可靠的计算结果，计算时应采用两种以上方法计算，相互核对比较。我们在实际使用中，应反复多次试算，并根据实际的形态断面、地物地貌及地质情况来判断各水文计算参数及计算结果的合理性。
　　
　　【参考文献】：
　　【1】高冬光、王亚玲.桥涵水文（第四版）.人民交通出版社，2007年.
　　【2】中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004,人民交通出版社，2004年；
　　【3】中华人民共和国行业推荐性标准《公路涵洞设计细则》JTGD65-04-2007,人民交通出版社，2007年；
　　【4】张春娟.水力学和桥涵水文.中国水利水电出版社，2007年.