湖南省吉首市繞城公路二期工程曙光大橋設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算

胡綿枝 周峰

摘要：根據(jù)《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理的有關(guān)規(guī)定》，對(duì)涉河建筑物建設(shè)項(xiàng)目需進(jìn)行設(shè)計(jì)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(yàn)單位線推求設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)洪水分析計(jì)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(shè)計(jì)洪水水位。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)洪水;橋梁工程;分析計(jì)算

1、項(xiàng)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(duì)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(jìn)出吉首市的快速通道，故申報(bào)了吉首市繞城公路二期工程項(xiàng)目。

2、流域概況

峒河是沅江一級(jí)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(shè)計(jì)洪水計(jì)算

3.1 水文計(jì)算斷面布設(shè)

根據(jù)該工程河段的現(xiàn)狀情況，選取了3個(gè)典型的水文計(jì)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(jì)算方法

⑴水文比擬法

采用吉首水文站1959 年～2019 年61年實(shí)測洪峰資料系列及其歷史調(diào)查洪水。進(jìn)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(jìn)行計(jì)算工程處的設(shè)計(jì)洪峰流量，成果見表3.2-1。

⑵經(jīng)驗(yàn)單位線法推求設(shè)計(jì)洪水

根據(jù)工程項(xiàng)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(cè)》（2015 版）查得項(xiàng)目所在位置處P24均=115mm，Cv=0.40，Cs=3.5Cv。計(jì)算得工程處不同設(shè)計(jì)頻率的最大P24點(diǎn)雨量，計(jì)算成果見表3.2-2。

3.3 洪水計(jì)算參數(shù)

根據(jù)工程處設(shè)計(jì)最大P24點(diǎn)雨量、集水面積降等資料，查算《湖南省暴雨洪水查算手冊(cè)》圖表中的相關(guān)參數(shù)，采用經(jīng)驗(yàn)單位線法推求得到工程處D1、D3斷面設(shè)計(jì)洪水，計(jì)算成果見表3.3-1。

3.4 洪水計(jì)算成果及合理性分析

通過對(duì)兩種方法比較，兩者計(jì)算誤差在-15.5%～3.46%范圍內(nèi)，誤差較小。因工程處計(jì)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(jì)算成果作為本次設(shè)計(jì)洪水，成果見下表3.4-1。

3.5 洪水位的推求

⑴計(jì)算公式

①曼寧公式：Q=AR2/3S0.5/n

式中：Q — 流量;A — 過水?dāng)嗝婷娣e;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—?jiǎng)幽苄Ｕ禂?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(shí)用堰出流計(jì)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(yàn)公式計(jì)算;

ε—側(cè)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(shè)計(jì)水頭;V0—堰上平均流速。

⑵起推控制斷面水位流量關(guān)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(shí)用堰公式計(jì)算獅子庵壩泄流曲線。成果見表3.5-1，水位流量關(guān)系線見圖3.5-1。

⑶工程處典型斷面設(shè)計(jì)洪水位的推求

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

4、結(jié)語

通過對(duì)該橋梁工程設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與臨近參證站整編成果及實(shí)地調(diào)查成果較為吻合。這對(duì)在區(qū)域內(nèi)的涉河工程采用鄰近水文站長系列資料進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算及影響評(píng)價(jià)有著很好的指導(dǎo)意義。

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