小桥涵设计流量的计算方法

[摘要]：本文着重介绍了小桥涵设计流量的三种计算方法：形态法、暴雨推算方法及直接类比法。并分析了三种方法的区别和进行比较。而且根据三种方法提出了比较好的方法：形态调查法，它是一种很好的计算方法。

[关键词]：小桥涵      设计流量     算法

0 .前言：设计流量是桥涵孔径及桥梁墩台计算的基本依据，在对小型防水水库时，入库洪水径流量总量超过水库的拦洪蓄水能力时就要遭到破坏。设计时，主要考虑设计洪水总量，即就是以“量”控制。对于较大的水库，它有一定的调蓄能力。它的破坏与否，不仅取决于入库的洪水总量，还取决于泄洪方案及入库洪水的过程。设计洪水的含义包括了洪峰流量、洪水总量及洪水过程的全部三要素。

对于土建及市政建设工程，如桥、涵、堤防及城市，厂矿排洪工程等。它们所面临的威胁，因不存在调蓄功能，故工程破坏的主要因素是设计洪峰流量，即以“峰”为控制。对于设计洪峰流量有关是设计频率实际上是一种容许破坏率。它是确定桥涵孔径的基本依据。

1．对于小桥涵设计流量的计算方法的概述：

1．1    算法一     形态调查法

     所谓形态调查法即实地考察上发生过的洪痕，并通过河道地形、纵、横断面、洪痕高程及位置等形态资料的测量，在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 ,有条件时实测水位与流速。结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 与相应的比降 等资料。推算形态断面上的历史洪峰流量，进而求得规定的频率 的设计流量 :  其计算公式如下：

                         ⑴

根据洪痕位置的相关条件可得：

                     ⑵

       _____主河沟粗糙系数；

      ______平均水深;

       _______ 住河沟平均坡度；‰

然而，当洪水比降资料比较少时，取 ,按均匀流公式计算。对于水面宽度大于断面平均水深的时候，可按宽浅河道计算，其水力半径近似取R=h‑;其计算公式如下：

                          ⑶

但由上是算出总流量 后，根据各自的条件可以计算洪峰流量。（只有短期资料的系列，由实测系列求出平均流量 及历史的洪水流量的变率 ,并确定相关的系数： .就有相关的计算公式：

                ⑷

                  ⑸

   —拟建小桥涵规定设计频率P的流量相应在断面处的周期流量，

   — 离均系数

   ______流量变差系数，

  ____规定频率 的流量模拟比系数。

      ______历史洪水位已知频率 时的；流量模拟比系数。

1.2    算法二     暴雨推算法

   所谓的暴雨推算法是运用成因分析与经验推理结合的方式，从实际的暴雨足可入手应用地区综合分析方法来分析暴雨资料和地区特征关系，从而间接的推算处洪水流量。其计算公式如下：根据交通部的规定：

       ⑹

—规定频率P时的洪峰流量，

—频率为p时的雨力；

     —损失系数。

     ___汇流时间；

      —汇水面积；

     ---暴雨递减系数；

然而在计算中存在的各个地区的条件是有异同的，在计算中要分别采用损失系数 和汇水时间 。就是在不同的地方；分别为北方和南方：

在北方的计算方式为：

而在南方就是下面的公式：

       ___主河沟的长度；

                ____主河沟的平均坡度；‰

               ______系数；

               ______为指数;

但在计算过程中有许多工程实践经验的累积,进而由实践经验星形成的经验公式,在工程中也很实用,其经验公式如下:

                          ⑺

但在实际运用期间就形成演化为下面的公式：

                        ⑻

1.3    算法三       直接类比法   

所谓直接类比法就是当公路选线所在河沟上下游附件存在原有小桥涵时，可通过对所有桥涵的泄流等情况调查，然后经过计算，推算原有小桥涵在历史条件下、洪水情况下通过的洪峰流量，并换算出原有桥涵出的天然流量，进而推算出原有桥涵处拟建小桥涵规定频率P 的洪峰流量。

然而在进行桥头路堤及墩台对小桥涵的水流的横向更换，便在桥头产生壅水现象，入口处形成水面降落，就形成了对原桥涵的影响。故在计算式要注意其水流的形式；在计算过程中就分为了自由流和非自由流：

①     自由形式的水流:   当 时；

                     ⑼

    _____为小桥的净跨径；

    _____桥面包括进行的流速在入河口在内的水头高度；

     ____流量系数；

②  非自由形式的水流：当 时；

                         ⑽

         ___挤压系数；

               ______桥下容许的水流速度；㎝/ｓ

             ________原小桥下游的天然水深；m

               ;   

                        为流速系数；

然而在压力式的涵洞的洪峰的流速的流量的计算为：

                  ⑾

                        ⑿                 

____涵前的水深；

____涵洞的原水深；

____涵洞的进水口的摩阻系数；

________涵洞的长度；

_____是水力半径；

______谢才系数；

                历史同周期的流量换算流量；

____折减系数；

⒉三种计算方法的比较与分析；

2.1暴雨流量的推算方法考虑很多的因素，有很多的因素，但其优点是较为简单，凡在确定本公式的过程中，只考虑了区域的普通性，故参变系数是简化了概略值。是暴雨递减值指数 值得分布区和土壤分类均较粗略。因此，与各个地方河沟和流域的实际情况有一定的出入。这些均有待以后的完善，按暴雨