青兰高速G22陕西境葫芦河流域设计洪峰流量分析计算
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【摘要】本文主要通过5种不同的计算方法，对葫芦河流域设计洪峰流量进行了分析计算，得出结论。对于大、中河流，具有足够的实测流量资料时，主要采用水文统计法即用适线法绘制理论频率曲线（P-Ⅲ型曲线），得出设计洪水频率相应的流量。
【关键词】葫芦河流域 设计洪峰流量 理论频率曲线
一、工程概况
青岛至兰州高速公路g22是《国家高速公路网规划》中18条东西向横线之一。该线东起山东省青岛市，西至甘肃省兰州市，规划里程1795km。连接青岛、济南和兰州三座海陆交通枢纽城市。陕西境走向与309国道大致相同，由山西省跨越黄河进入陕西，经宜川、富县，在富县雷家角接入甘肃省。路线横穿陕西北部地区，区域富含石油资源，拥有延安、南泥湾等一大批中国革命旧址及华夏始祖黄帝陵、黄河壶口瀑布等人文自然景观，是陕西重要的红色旅游线路之一，也是延安东进西出的公路运输大通道。
葫芦河为北洛河右岸一级支流，发源于甘肃省华池县子午岭山地紫坊畔，源地海拔1680m，由西北流向东南，与洛川县交口河镇附近汇入北洛河，流域面积5449 km2，全长235.3km，干流河道平均比降2.37‰。调查河段以上河长164 km，流域成羽状，平均比降2.88‰。流域内除上游和下游部分地区植被差外，大部分为茂密森林和梢林，常水量较大，洪峰很小，涨落缓慢，水土流失轻微，多年平均含沙量5.47kg/ m3。张村驿水文站1952年设立，属区域代表站，为省级重点站，位于葫芦河下游段富县张村驿镇，控制流域面积4715 km2，距河口距离72 km。
桥涵设计流量的推算，应按《桥位勘设规程》的要求，根据所掌握的资料情况，选择适当的计算方法。对于大中河流，具有足够的实测流量资料时，主要采用水文统计法，而缺乏实测流量资料时，多采用间接方法或经验公式计算；若具有足够的实测暴雨资料时，也可利用暴雨资料，通过成因分析，进行计算。
1．根据全国水文分区经验公式确定
经验公式的组合方法：①由分区平均流量，C，n值，Cv值和Cs/Cv值，求算；②由分区中的表中K和n’值，求出；再由表中的比值，得值。
计算过程如下：
①在全国水文分区经验公式表中，查91区，可知，C=2.8,n=0.64，Cv=1.09，Cs/Cv=2.5，=1.30，代入经验公式=628.33(m3／s),进而求得，=3326.76(m3／s)
= 1.30×=4324.78(m3／s)
②在全国水文分区经验公式表中，查91区，可知，K=31.2，n’=0.53，代入经验公式=2761.21(m3／s)，= 1.30×=3589.58(m3／s)
2．延安地区汇水面积相关法
它是目前计算洪峰流量最常用最简单的一种方法，对于无资料地区的洪水计算有着重要意义。其基本形式为：
根据上式，查表7-8，N=100年，=4.42，n=0.74
=2310.99(m3／s)
3．延安地区综合参数法
此法是以小流域内设计暴雨量和流域特征参数为基础而建立的多因子经验公式。形式为：
C、α、β、γ、η――分区综合经验参数
根据经验公式，查表7-9，C=0.24，α=0.22，β=0.74，γ=0.04，η=0.41，将已知数据F=4715 Km2、L=164 Km代入上式=0.1753，又有公式，其中
式中：―设计重现期为N的3小时流域面平均雨量
―历时3小时的暴雨点面系数
―线形拟合参数，见表，
―设计重现期为N的3小时点暴雨量，查表得，=116.3 mm
经计算， =41.16(mm)，代入公式=1480.04(m3／s)
4．根据暴雨资料推求设计洪水
根据《延安地区实用水文手册》（延安地区革命委员会水电局编）及《延安地区实用水文手册》（陕西省延安地区水利水土保持局），用暴雨资料推理公式推求设计洪峰流量,其基本形式为：
……① ……②……③
当：τb >τ时， ……④ τb
τb =τ时， ……………⑥
上列公式中：、、τ、为未知数；其余的参数F、L、J可由大比例地形图求得；S、n可由暴雨等值线图求得；m、μ可通过查表或由有关公式计算出来。
计算此流域处某一频率的洪峰流量，其步骤如下：求解方程组四个未知数，采用试算法。试算法是先假定一个代入方程③得τ，将τ代入方程②求得，将求得之τ与τb相比较，选定径流系数方程即从④或⑤中求得；将求得的与值代入方程①即得，视其与假定值是否相等，如不相等应反复试算，直至接近为止，最终即可求得设计洪峰流量。
根据以上各步骤查表和计算的各参数如下：
(1)F=4715Km2，J=0.00237，L=164Km；
(2)根据A、B及n求S,查得暴雨参数A=16，查得B=20，由暴雨量资料分析查得设计暴雨的n值为0.7，即可求得S=56
(3)根据土壤的含砂率不同，查表，μ=15；
(4)根据延安地区不同区域不同情况，查表，m=0.5；
(5)根据以上试算法的计算步骤，假定值进行试算，最终得出。
计算结果：= 700.41立方米/秒（重现期100年）
5．绘制理论频率曲线，计算设计洪水频率相应流量―设计流量
利用流量资料（包括水文站观测、洪水调查和文献考证的资料），采用水文统计法推算设计流量，按以下步骤进行：
①选取样本
可采用“年最大值法”选取样本。通过搜集历年的年最大流量资料，有条件时还应进行插补和延长，对所有资料认真审查校核后，组成一个年最大流量系列，作为水文统计的样本。
②绘制经验频率曲线
把年最大流量资料按大小递减顺序排列，计算各项流量的经验频率，并在海森机率格纸上绘出经验频率点据或经验频率曲线。
③绘制理论频率曲线
用适线法绘制理论频率曲线（P-Ⅲ型），并选定和三个统计参数。
④计算设计流量
用选定的三个统计参数，计算设计洪水频率相应的流量。
⑤审查计算结果
参照统计参数的地区经验值，审查所选定的参数值；与其他方法的计算设计流量进行对比检查。
根据以上步骤，先选取样本，组成年最大流量系列，见附表不连续系列流量经验频率计算表，并计算出，绘制出经验频率曲线；用适线法绘制出理论频率曲线，选定，参见附表葫芦河频率曲线适线过程计算表；由理论频率曲线或选定的统计参数，即可得，= 731立方米/秒（重现期100年），参见葫芦河流量-频率曲线图。
四、采用结果
综合分析上述5种计算方法所得的设计流量计算结果，前3种方法的计算结果与实际情况出入太大，与《延安地区实用水文手册》（陕西省延安地区水利水土保持局）中张村驿水文站不同重现期最大流量及特征值表所列的结果不相符，故计算结果不能利用；第4种和第5种计算设计流量的方法的计算前提就是以暴雨资料或流量资料为依据的得到的计算方法，所以计算结果与实际情况较为接近，故采用后两种计算方法。对比后两种计算方法，考虑对于大、中河流，具有足够的实测流量资料时，主要采用水文统计法。所以取第5种方法的计算结果，即= 731立方米/秒。
经综合评定，葫芦河流域在张村驿水文站的控制流域面积范围内的百年一遇设计流量为= 731（立方米/秒）。
五、结论
推算桥涵设计流量时，无论采用什么方法，都需要一定的水文资料，作为分析和计算的依据。水文资料是水文分析计算的基础，直接影响分析计算的结果，如果所依据的资料不够正确，则使用任何精确的方法，也不能获得正确的结果。因此，必须广泛搜集所需的水文资料，认真审查，反复校核，才能保证依据的资料完整可靠，计算的结果具有足够精度。
参考文献
1、《公路桥位勘测设计规范》 JTJ 062-91 人民交通出版社
2、《公路桥涵设计手册 桥位设计》2001年3月 第一版 人民交通出版社
3、《公路工程水文勘测设计规范》 JTJ C30-2002 人民交通出版社
4、《桥涵水文》第二版 人民交通出版社
5、《延安地区实用水文手册》陕西省延安地区水利水土保持局 1987年