低频率下径流形成法计算穿堤涵洞设计流量的探讨

文经纬 张 磊

（阜新市水利勘测设计研究院 辽宁阜新 123000）

穿堤涵洞是将堤外降水排入河道内的主要建筑物，对于涵洞设计，JTG/TD65-04—2007《公路桥涵设计细则》（以下简称《细则》）已作出了较为明确的规定，但其设计流量计算方法主要是针对公路排水而言，计算频率有25年、50年和100年一遇3 种，计算频率偏高。而降水在城市段有市政管道排除，在农村段由于住户较少，且堤防两岸多为耕地、林地，因此穿堤涵洞的设计流量需要按低频率来进行计算。本文以阜新地区佛寺河穿堤涵洞作为典型，利用径流形成法通过水文频率统计的线性相关分析来计算设计流量，以确定涵洞的尺寸。

1 基本资料

穿堤涵洞治理河段长度1140m。根据地形，左右岸各需布置2 座涵洞，其集水面积相差不大。4 座涵洞中以左岸上游涵洞（涵3）集水面积最大，为0.56km2。为施工、养护及维修方便，其他3 座涵洞结构形式均与涵3 相同。

2 设计流量计算

由《细则》中6.2 径流形成法，径流成因简化公式为：

式中：QP为规定频率为P%时的雨洪设计流量，m3/s；ψ为地貌系数，查附录B 表B-5，取0.13；h为径流厚度，由《细则》中暴雨分区（表B-6）第17 区，规定频率P%土的吸水类属（表B-7），第Ⅲ类土，以及汇流时间表B-8 确定，30min，可查附录B 表B-9；z为被植物或坑洼滞留的径流厚度(mm)，查附录B 表B-10，取5mm；F为汇水面积，km2，0.56km2；β为洪峰传播的流量折减系数，查附录B 表B-11，取1；γ为汇水区降雨量不均匀的折减系数，以汇水区的长度或宽度中小者计，当汇水区的长或宽小于5km 时，可不予以考虑；大于5km 时，可查附录B 表B-12，取1；δ为小水库（湖泊）调节作用影响洪峰流量的折减系数，可查附录B 表B-13，取1。

公式中，当选用5年、3年和2年低频率时，径流厚度h值无法查表确定，这时可进行水文频率统计的线性相关分析。由于各省区直辖市都颁布了当地的水文手册，在手册中我们可以查到经过整编的水文参数。本次我们用1998年辽宁省水文水资源勘测局编制的《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》，通过其附图查出1、6、24 小时、3日暴雨均值等值线P值及点面折减系数KF值，并查出皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数KP值，可计算出各频率相应时间段的设计面雨量。通过已有50、100年的频率径流厚度和设计面雨量的比值可看出，两者为直线关系，其中径流厚度与 3日的设计面雨量配合的最好，均为0.155。本次即用0.155 与5、3、2年频率的3日设计面雨量乘积计算这三个频率的径流厚度，分别为10.83、16.63、19.54mm。具体比值及计算结果详见表1。

表1 各频率不同时段设计面雨量与径流厚度对比分析表

根据已算出的径流厚度，按径流成因简化公式可计算出涵洞5、3、2年的设计流量分别为4.52、3.23、1.20m3/s。

3 结语

随着国家经济的发展，对提高中小河流重点河段的防洪减灾能力，保障区域防洪安全和粮食安全提出了更高的要求。穿堤涵洞作为堤防上经常设置的建筑物，其设计必须得到相应的重视，如何在排除堤外积水、防止内涝的同时节省工程投资，合理确定涵洞的设计流量就显得尤为重要。本文对低频率下穿堤涵洞径流形成法流量计算方法的研究，为涵洞设计开创了一种新的思路，具有一定的现实意义。

1 周峰.小桥涵设计流量的计算方法探讨[J].山西建筑.2011，(05)：157－158.

2 徐广腾，李丽.浅谈高等级公路中涵洞的勘测设计[J].广西城镇建设.2005，(05)：24－25.

3 JTG/TD65-04—2007公路桥涵设计细则[S].