湖南省吉首市绕城公路二期工程曙光大桥设计洪水分析计算

胡绵枝 周峰

摘要：根据《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》，对涉河建筑物建设项目需进行设计洪水分析，分析方法根据临近水文资料由流量资料及经验单位线推求设计洪水洪峰流量，本文以吉首市绕城公路二期工程中曙光大桥设计洪水分析计算为例，采用堰流及曼宁公式和水面线法推求出工程河段设计洪水水位。

关键词：设计洪水;桥梁工程;分析计算

1、项目由来

吉首市是湖南省沟通四川、重庆、湖北、贵州的重要交通枢纽。为了解决吉首市城市交通与对外交通的快速分流，缓解城区内交通压力，提高公路通行能力，并且提供过境交通进出吉首市的快速通道，故申报了吉首市绕城公路二期工程项目。

2、流域概况

峒河是沅江一级支流，流域在东经109°20′～109°55′，北纬28°01′～28°29′之间，发源于花垣县老人山，流经禾排、大兴寨、吉首水文站、吉首市区，于河溪汇入武水。

吉首水文站流域面积为769km2，河长68.5km，干流平均坡降5.89 ‰;大桥下游约1.7km处有狮子庵电站一座，坝顶高程197.0m，坝长8m。

曙光大桥以上集雨面积543km2，干流长度61.3km，平均坡降6.61‰。

3、工程处设计洪水计算

3.1 水文计算断面布设

根据该工程河段的现状情况，选取了3个典型的水文计算断面，工程河段典型水文断面布置图见图3.1-1。

3.2 洪水计算方法

⑴水文比拟法

采用吉首水文站1959 年～2019 年61年实测洪峰资料系列及其历史调查洪水。进行P-Ⅲ型频率适线，适线成果：Q平=847m3/s，CV=0.55，CS=3.5CV。用水文比拟法进行计算工程处的设计洪峰流量，成果见表3.2-1。

⑵经验单位线法推求设计洪水

根据工程项目所在的地理位置和集雨面积，利用《湖南省暴雨洪水查算手册》（2015 版）查得项目所在位置处P24均=115mm，Cv=0.40，Cs=3.5Cv。计算得工程处不同设计频率的最大P24点雨量，计算成果见表3.2-2。

3.3 洪水计算参数

根据工程处设计最大P24点雨量、集水面积降等资料，查算《湖南省暴雨洪水查算手册》图表中的相关参数，采用经验单位线法推求得到工程处D1、D3断面设计洪水，计算成果见表3.3-1。

3.4 洪水计算成果及合理性分析

通过对两种方法比较，两者计算误差在-15.5%～3.46%范围内，误差较小。因工程处计算断面以上集水面积与参证站的集水面积相差未超出30%范围内，符合水文比拟法的适用条件，且工程河段与参证站同为峒河流域。故选用面积比拟法计算成果作为本次设计洪水，成果见下表3.4-1。

3.5 洪水位的推求

⑴计算公式

①曼宁公式：Q=AR2/3S0.5/n

式中：Q — 流量;A — 过水断面面积;R — 水力半径;S — 水面比降。

② 天然河道水面曲线基本方程

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线的基本方程

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、下断面水位;V上、V下 — 上、下断面流速;

Q — 河道流量;ΔS — 上、下断面间距;α—动能校正系数;

KP — 河段平均流量模数;ζP —河段平均局部水头损失系数;

g — 重力加速度;he′—工程阻水造成的局部水头损失。

③实用堰出流计算公式

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—淹沒系数，用hs/H查表;m—流量系数，用经验公式计算;

ε—侧收缩系数;B—堰顶宽度;g—重力加速度;H0—堰上总水头;

H—堰上水头;hd-设计水头;V0—堰上平均流速。

⑵起推控制断面水位流量关系的推求

根据1999年调查洪水资料及狮子庵坝顶高程、坝宽、坝上、河底高程采用实用堰公式计算狮子庵坝泄流曲线。成果见表3.5-1，水位流量关系线见图3.5-1。

⑶工程处典型断面设计洪水位的推求

根据工程起推控制断面（D1）不同设计频率洪峰流量所对应的水位，采用天然河道水面曲线基本方程计算，分别得到上游不同典型断面处的不同设计频率洪水位。成果见表3.5-2。

4、结语

通过对该桥梁工程设计洪水分析计算，计算结果与临近参证站整编成果及实地调查成果较为吻合。这对在区域内的涉河工程采用邻近水文站长系列资料进行设计洪水计算及影响评价有着很好的指导意义。

参考文献

[1]缪韧.水文学原理.中国水利水电出版社.2007.

[2]梁忠民.钟平安.华家鹏.水文水利计算.中国水利水电出版社.2006.

[3]河海大学.工程水文学（第四版）.中国水利水电出版社.2010.

[4]湖南省水文总站.湖南省洪水调查资料.1987.

[5]湖南省水文局.湖南省暴雨洪水查算手册.2015.