【摘 要】設(shè)計(jì)用洪水流量對保證工程安全經(jīng)濟(jì)關(guān)系極大，對于小流域的橋涵水文計(jì)算，因很少有對應(yīng)的水文站，通常采用暴雨推理法、徑流形成法、直接類比法等方法。文章根據(jù)各類計(jì)算方法的適用特點(diǎn)，并結(jié)合四川省小流域特征，詳細(xì)闡述了推理公式法的基本原理和計(jì)算方法。最后通過對四川南方城市規(guī)劃新建沿山截洪溝為例進(jìn)行了方案說明。

　　【關(guān)鍵詞】小流域; 洪水流量; 推理公式法; 截洪溝

　　1 橋涵水文計(jì)算

　　在現(xiàn)代公路建設(shè)中，橋涵作為跨越河渠、宣泄洪水、溝通兩側(cè)灌溉水路及保證道路運(yùn)行安全的泄水建筑物，其重要性不言而喻[1]。而橋涵水文又是公路、市政工程項(xiàng)目中橋梁、道路設(shè)計(jì)的重要因素之一，也是衡量是否符合相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的最基本標(biāo)準(zhǔn)。

　　然而，橋涵水文與本行業(yè)其他專業(yè)有所不同，無論是前期的橋涵水文調(diào)查還是后期的水文分析計(jì)算本身并沒有科學(xué)精密的指標(biāo)要求，而是根據(jù)不同類型采用不同的途徑和計(jì)算方法，亦或是通過將不同的方法得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較、論證后確定最終設(shè)計(jì)流量，使其更接近實(shí)際，更趨于合理。

　　針對小流域的橋涵水文計(jì)算，在有可靠的歷史洪水位調(diào)查資料時(shí)，可采用形態(tài)調(diào)查法，但因大多數(shù)情況下小流域一般很少有相對應(yīng)的水文站，更無法收集到觀測流量，因此通常采用暴雨推理法、徑流形成法、直接類比法。

　　2 什么是小流域

　　流域是指地表水及地下水的分水線所包圍的集水區(qū)或匯水區(qū)，因地下水分水線不易確定，因此通常情況下指地面徑流分水線所包圍的集水區(qū)。

　　小流域通常是指二、三級(jí)支流以下以分水嶺和下游河道出口斷面為界的相對獨(dú)立和封閉的自然匯水區(qū)域。水利上通常指面積在30～50 km2，特殊情況不宜小于3 km2或大于100 km2，或河道基本上是在一個(gè)縣屬范圍內(nèi)的流域。

　　3 小流域的特點(diǎn)

　　水文計(jì)算的目的均是為了確定橋涵的設(shè)計(jì)流量，從而通過設(shè)計(jì)流量確定橋涵的類型、孔徑等相關(guān)規(guī)模指標(biāo)。另一方面，如前所述，從水文角度看小流域本身具有流域匯流以坡面匯流為主、水文資料缺乏以及集水面積小等特性。這使得小流域在設(shè)計(jì)洪水計(jì)算時(shí)，與大中流域相比，有許多特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

　　(1)絕大多數(shù)小流域都沒有所屬的水文流量監(jiān)測站，無可靠的歷史洪水位調(diào)查資料，也缺乏實(shí)測徑流資料，因此小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算一般在無資料情況下進(jìn)行。

　　(2)小流域面積小，自然地理?xiàng)l件趨于單一，擬定計(jì)算方法時(shí)，允許作適當(dāng)?shù)暮喕丛试S作出一些概化的假定。例如假定短歷時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨時(shí)空分布均勻。

　　(3)小流域分布廣、數(shù)量多。因此，所擬定的計(jì)算方法，在保持一定精度的前提下，將力求簡便，一般借助水文手冊即可完成。

　　(4)小型工程一般對洪水的調(diào)節(jié)能力較小，工程規(guī)模主要受洪峰流量控制，因此對設(shè)計(jì)洪峰流量的要求高于對洪水過程線的要求。

　　因此水文學(xué)上常常作為一個(gè)專門的問題進(jìn)行研究。

　　4 小流域的洪水流量計(jì)算方法

　　小流域洪水流量分析與計(jì)算采用的方法較多，山區(qū)、丘陵區(qū)橋涵可采用暴雨推理法、徑流形成法或地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算設(shè)計(jì)流量;平原地區(qū)橋涵在有可靠的歷史洪水位調(diào)查資料的前提下，可采用形態(tài)調(diào)查法利用歷史洪水位推算設(shè)計(jì)流量，也可采用地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算設(shè)計(jì)流量[2]。最終采用何種方法，還應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y料情況與地區(qū)特點(diǎn)綜合比較確定，若條件可以，應(yīng)采用多種方法經(jīng)核對比較后，選用最合理的方法來分析計(jì)算成果。

　　目前，四川省小流域計(jì)算主要采用兩種方法：推理公式法和綜合瞬時(shí)單位線法。其中，推理公式法已使用多年。在《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊》[3]使用說明中指出：設(shè)計(jì)用洪水流量對保證工程安全經(jīng)濟(jì)關(guān)系極大。在使用《手冊》時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)流域的面積大小、自然地理特點(diǎn)并盡量搜集了解已有的觀測資料加以分析研究，以便合理地選用本《手冊》綜合提供的基本數(shù)據(jù)、各種參數(shù)和計(jì)算方法。

　　5 推理公式法

　　5.1 設(shè)計(jì)用暴雨量的計(jì)算

　　暴雨是形成洪水的直接因素。在無實(shí)測流量資料情況下，暴雨是推算設(shè)計(jì)洪水最基本的依據(jù)。

　　大量資料的統(tǒng)計(jì)成果表明，暴雨強(qiáng)度和歷時(shí)的關(guān)系可用指數(shù)方程來表達(dá)，它反映一定頻率情況下所取歷時(shí)的平均降雨強(qiáng)度與t的關(guān)系，稱為短歷時(shí)暴雨量公式。暴雨量公式最常見的形式為：

　　式中：Ht，p代表歷時(shí)為t，設(shè)計(jì)頻率為p的暴雨量，Sp為雨力或雨率，相當(dāng)于t=1 h的暴雨強(qiáng)度(以mm/h計(jì))，與設(shè)計(jì)頻率p有關(guān)，可分別由1/6 h、1 h、6 h或24 h雨量推求，n為暴雨參數(shù)，

　　各省根據(jù)本地區(qū)的水文氣象特性編制出本地區(qū)的水文手冊。以四川省1984年印發(fā)的《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊》為例，手冊中分別提供了年1/6 h(即10 min)、1 h、6 h、24 h的平均暴雨量，根據(jù)設(shè)計(jì)流域的中心點(diǎn)位置查出對應(yīng)的歷時(shí)暴雨均值，同時(shí)，根據(jù)變差系數(shù)Cv對應(yīng)的等值線圖(四川省Cs/Cv值均采用3.5)，進(jìn)而通過皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數(shù)對應(yīng)的Kp值求得該統(tǒng)計(jì)歷時(shí)設(shè)計(jì)頻率的雨量。

　　5.2 基本原理

　　由于流域上各點(diǎn)所形成的凈雨距離出口斷面的遠(yuǎn)近不同，加上坡面與河槽的調(diào)蓄作用，各凈雨點(diǎn)匯集到流域出口斷面的速度和時(shí)間都不一樣。

　　如圖1所示，將流域上凈雨匯流歷時(shí)相等的點(diǎn)，連成一組等值線，則形成了等流時(shí)線分布圖。圖中單元匯流歷時(shí)為Δτ。每條等流時(shí)線上的水質(zhì)點(diǎn)將在同一時(shí)間內(nèi)到達(dá)出口斷面。于是第一條等流時(shí)線上的凈雨，經(jīng)一個(gè)Δτ時(shí)間到達(dá)出口斷面;第二條等流時(shí)線上的凈雨，則經(jīng)2Δτ時(shí)間到達(dá)出口斷面，依此類推。兩條等流時(shí)線間所包圍的面積稱為共時(shí)徑流面積，用f1、f2、f3……表示。顯然共時(shí)徑流面積的總和為流域面積F。

　　τ為流域匯流歷時(shí)，即凈雨從流域最遠(yuǎn)點(diǎn)A到出口斷面B所經(jīng)歷的時(shí)間;L為最大流程長度，即凈雨從流域最遠(yuǎn)點(diǎn)A到出口斷面B所經(jīng)歷的流程長度;vt為匯流速度，即凈雨在單位時(shí)間所通過的距離。

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