低頻率下徑流形成法計算穿堤涵洞設(shè)計流量的探討

文經(jīng)緯 張 磊

（阜新市水利勘測設(shè)計研究院 遼寧阜新 123000）

穿堤涵洞是將堤外降水排入河道內(nèi)的主要建筑物，對于涵洞設(shè)計，JTG/TD65-04—2007《公路橋涵設(shè)計細(xì)則》（以下簡稱《細(xì)則》）已作出了較為明確的規(guī)定，但其設(shè)計流量計算方法主要是針對公路排水而言，計算頻率有25年、50年和100年一遇3 種，計算頻率偏高。而降水在城市段有市政管道排除，在農(nóng)村段由于住戶較少，且堤防兩岸多為耕地、林地，因此穿堤涵洞的設(shè)計流量需要按低頻率來進(jìn)行計算。本文以阜新地區(qū)佛寺河穿堤涵洞作為典型，利用徑流形成法通過水文頻率統(tǒng)計的線性相關(guān)分析來計算設(shè)計流量，以確定涵洞的尺寸。

1 基本資料

穿堤涵洞治理河段長度1140m。根據(jù)地形，左右岸各需布置2 座涵洞，其集水面積相差不大。4 座涵洞中以左岸上游涵洞（涵3）集水面積最大，為0.56km2。為施工、養(yǎng)護(hù)及維修方便，其他3 座涵洞結(jié)構(gòu)形式均與涵3 相同。

2 設(shè)計流量計算

由《細(xì)則》中6.2 徑流形成法，徑流成因簡化公式為：

式中：QP為規(guī)定頻率為P%時的雨洪設(shè)計流量，m3/s；ψ為地貌系數(shù)，查附錄B 表B-5，取0.13；h為徑流厚度，由《細(xì)則》中暴雨分區(qū)（表B-6）第17 區(qū)，規(guī)定頻率P%土的吸水類屬（表B-7），第Ⅲ類土，以及匯流時間表B-8 確定，30min，可查附錄B 表B-9；z為被植物或坑洼滯留的徑流厚度(mm)，查附錄B 表B-10，取5mm；F為匯水面積，km2，0.56km2；β為洪峰傳播的流量折減系數(shù)，查附錄B 表B-11，取1；γ為匯水區(qū)降雨量不均勻的折減系數(shù)，以匯水區(qū)的長度或?qū)挾戎行≌哂嫞?dāng)匯水區(qū)的長或?qū)捫∮?km 時，可不予以考慮；大于5km 時，可查附錄B 表B-12，取1；δ為小水庫（湖泊）調(diào)節(jié)作用影響洪峰流量的折減系數(shù)，可查附錄B 表B-13，取1。

公式中，當(dāng)選用5年、3年和2年低頻率時，徑流厚度h值無法查表確定，這時可進(jìn)行水文頻率統(tǒng)計的線性相關(guān)分析。由于各省區(qū)直轄市都頒布了當(dāng)?shù)氐乃氖謨裕谑謨灾形覀兛梢圆榈浇?jīng)過整編的水文參數(shù)。本次我們用1998年遼寧省水文水資源勘測局編制的《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計暴雨洪水計算方法》，通過其附圖查出1、6、24 小時、3日暴雨均值等值線P值及點(diǎn)面折減系數(shù)KF值，并查出皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數(shù)KP值，可計算出各頻率相應(yīng)時間段的設(shè)計面雨量。通過已有50、100年的頻率徑流厚度和設(shè)計面雨量的比值可看出，兩者為直線關(guān)系，其中徑流厚度與 3日的設(shè)計面雨量配合的最好，均為0.155。本次即用0.155 與5、3、2年頻率的3日設(shè)計面雨量乘積計算這三個頻率的徑流厚度，分別為10.83、16.63、19.54mm。具體比值及計算結(jié)果詳見表1。

表1 各頻率不同時段設(shè)計面雨量與徑流厚度對比分析表

根據(jù)已算出的徑流厚度，按徑流成因簡化公式可計算出涵洞5、3、2年的設(shè)計流量分別為4.52、3.23、1.20m3/s。

3 結(jié)語

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對提高中小河流重點(diǎn)河段的防洪減災(zāi)能力，保障區(qū)域防洪安全和糧食安全提出了更高的要求。穿堤涵洞作為堤防上經(jīng)常設(shè)置的建筑物，其設(shè)計必須得到相應(yīng)的重視，如何在排除堤外積水、防止內(nèi)澇的同時節(jié)省工程投資，合理確定涵洞的設(shè)計流量就顯得尤為重要。本文對低頻率下穿堤涵洞徑流形成法流量計算方法的研究，為涵洞設(shè)計開創(chuàng)了一種新的思路，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 周峰.小橋涵設(shè)計流量的計算方法探討[J].山西建筑.2011，(05)：157－158.

2 徐廣騰，李麗.淺談高等級公路中涵洞的勘測設(shè)計[J].廣西城鎮(zhèn)建設(shè).2005，(05)：24－25.

3 JTG/TD65-04—2007公路橋涵設(shè)計細(xì)則[S].