各类水文计算经验公式在实际工程中的应用

各类水文计算经验公式在实际工程中的应用

刘倩

中交公路规划设计院有限公司四川分公司成都市610041

摘要：水文作为影响桥梁设计的一项重要因素，如何获得更合理的水文计算结果，是一个值得研究的课题。现行的经验公式主要有径流形成法、暴雨推理法、全国水文分区经验公式法等，这些计算公式各有优缺点，本文将以实际工程为背景，对各类水文计算经验公式进行比较。

关键词：水文计算；桥梁设计；经验公式

Applicationofallkindsofhydrologicalcalculationformulainpracticalengineering

LiuQian

(CCCCHighwayConsultantsCO.,LtdSichuanBranch，ChengDu，610041)

ABSTRACT:Hydrologyisoneofthemostimportantfactorsinbridgedesign，howtogetamorereasonablehydrologicalcalculationresult,isasubjectworthyofstudy.Thecurrentempiricalformulaarerunoffformationmethod、rainstormreasoningmethod、nationwidehydrologicalregionalizationempricalformulamethodetc.Theseformulashavetheiradvantagesanddisadvantages,thisarticlewilltakethepracticalprojectasthebackgroundandcomparevarioushydrologicalcalculationempiricalformulas.

Keywords:Hydrologicalcalculation;Bridgedesign;Empiricalformula

1.概述

公路桥梁作为跨越江河的重要结构物，其桥址的选取、孔跨的布设均会影响道路的线位和经济性，而河流中的水位是变动的，如何按规定的设计洪水频率推算出桥梁设计水位就需要进行一系列的水文计算。目前水文计算主要利用各种经验公式，以水文站观测资料为基础进行推算，这种推算方式实质上也是一种估计，存在着模型误差、抽样误差、方法误差和原始误差[1]。为了尽量减小误差，使水文计算结果更接近实际，往往需要综合几种不同的经验公式进行计算。

2.水文计算经验公式

目前用于桥梁水文计算的经验公式主要有：径流形成法[2]、暴雨推理法[3]、形态调查法、全国水文分区经验公式法及工程所在地水文手册推荐的计算方法，这些经验公式各有优缺点。

2.1径流形成法

径流形成法主要运用于涵洞的水文计算，但鉴于普通公路桥梁的汇水面积很多都不超过30km2，因此也可将其作为水文计算的一种方式，其经验公式如公式2.1所示：

从公式可以看出，径流形成法涉及的因素较多，与桥梁所在地的地形地貌、跨越河沟的平均坡度、径流厚度、土的吸水类属等有关，且这些因素大多需要依据设计人员对项目的主观感受进行评判，缺乏客观准确性。

2.2暴雨推理法

暴雨推理法实际上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，其经验公式如公式2.2所示：

暴雨推理法涉及到的暴雨分区和土壤分类都比较粗略，但大多数参数都可以通过查询水文资料获得，客观性相较于径流形成法要强一些。

2.3全国水文分区经验公式法

当桥位附近无水文观测资料或资料太少时，只能利用洪水调查资料与其他间接性、经验性的资料相结合来进行推算，在各种推算公式中利用最多的是皮尔逊Ⅲ型分布的有关公式。

这种计算方法除去汇水面积稍带主观性意外，其余参数均可于“我国公路大中桥流量经验公式汇总报告”中获取，客观性相较于其他经验公式都更强，但这些数据搜集时间在1979年，距今已有三十多年，数据的可靠性不足。

2.4工程所在地颁发的水文手册

鉴于气候及水文的地区性很强，近年来很多省市的交通系统都制订了本地区分区较详细的小流域暴雨径流公式及参数，因此在工程所在地存在水文手册时，都尽量采用该地区的有关公式和参数。本文以四川区域内某高速项目为背景，对四川地区的水文计算步骤进行简单介绍：

1.确定设计坡面的流域特征值F、L、J，其中F为汇水面积，L为自出口断面沿主河道至分水岭的河流长度，J为沿L的河道平均坡度；

2.计算设计坡面的流域特征系数θ，并分析确定汇流参数m值

3.由暴雨参数等值线图确定设计坡面的暴雨特征值、、、，计算得设计雨力S

4.计算洪峰径流系数ψ为1时的流域汇流时间

5.计算产流系数μ和洪峰径流系数ψ

6.用推理公式计算暴雨期的最大流量Q

3.工程实例

本高速公路位于凉山彝族自治州和攀枝花市境内，项目区域内河流主要为金沙江及其支流，结合线位资料于googleearth上框出汇水面积后，按径流形成法、暴雨推理公式、全国水文分区经验公式及四川省推理公式分别计算桥梁的设计洪水流量，计算结果列于表3-1中。

由表中数据可知，四种水文计算公式的计算结果都比较相近，考虑到设计的安全性，取四个计算结果中的最大值推算出的桥梁设计洪水位与现场踏勘实际调查的洪水位也都比较接近，说明计算基本合理可行。

4.结论

由于公路桥梁经常会出现水文资料不齐全的情况，且通常不具备进行专门的水文计算的条件，但水文又严重影响着桥梁设计的安全性，所以在有限的条件下，笔者认为应该采用多种经验公式，再取较大的计算结果，以有效保证桥梁设计的安全性。

参考文献：

[1]杜庆有,金鹏,王国然.水文频率计算的误差分析及安全性研究[J].中国农村水利水电,2009,12

[2]河北省交通规划设计院主编.公路涵洞设计细则（JTG/TD65-04-2007）[S].北京：人民交通出版社，2007.

[3]高冬光.桥位设计[M].北京：人民交通出版社，2011.