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1、关于试谈海城河牛庄大桥设计洪水计算 摘要设计洪水计算是“辽宁中部工业走廊出海通道(鞍山段)跨越海城河牛庄大桥防洪影响评价”重要组成部分。以海城水文站基本资料为基础，根据水利部河道管理范围内建设项目管理的有关规定以及河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则，对建设项目设计洪水进行分析计算，从而对跨河建筑物对防洪的影响进行评价。 关键词设计洪水;频率曲线;洪峰流量;设计水位;海城河牛庄大桥 1资料选用 1.1基本资料的选用与审查 海城河在海城市市区设有控制站，为海城水文站，站址以上河长56 km，流域面积1 000 km2，1934年设立，1953年后有连续资料。2006年下迁950 m至现在位
2、置，流域面积变为1 001 km2。基本资料选用19532009年，连续系列资料57年，经分析计算设计洪水成果可靠。 1.2资料插补延长 此次洪峰流量实测资料系列19532009年，计算100年一遇的资料系列相对较短，为此，本次分析计算中，对以下几类资料进行了插补延长。一是与海城站相邻的站只有汤河水库站，资料系列更长，汤河水库站和海城站同属太子河下游山溪性河流代表站，两站相距逾50 km，流域面积相近，河流特性、下垫面条件及气象特点相差不大，因此采用面积比法进行资料的插补延长。汤河水库站流域面积为1 228 km2， 1951年、1952年实测流量分别为719、734 m3/s，计算得海城站流
3、量分别为586、598 m3/s，作为资料插补系列。二是依据辽河防汛资料汇编提供的洪水调查资料，1879年最大洪峰流量5 050 m3/s，1888年最大洪峰流量3 080 m3/s，为历史资料系列中最大的2次洪水。 2设计洪水计算方法 2.1经验频率计算 依据中华人民共和国行业标准水利水电工程设计洪水计算规范(SL44-93)中的规定，当工程所在地区具有30年以上实测和插补延长洪水流量资料，并具有历史洪水资料时，应采用频率分析法计算设计洪水。频率分析计算公式如下: 海城站历史调查洪水采用如下经验频率公式计算: PM=100%(1) 式(1)中:PM为历史特大洪水流量或实测系列中特大洪水流量经
4、验频率(%);M为历史特大洪水流量或实测系列中特大洪水流量在调查期内的序位;N为调查期年数。 实测洪水流量系列经验频率按下式计算: Pm=+(1-)100%(2) 式(2)中:Pm为实测洪水流量经验频率(%);为历史特大洪水的项数;l为实测洪水流量系列中按特大洪水流量处理的项数;mi为按实测洪水流量系列递减次序排列的序位。 2.2理论频率曲线 理论频率曲线采用皮尔逊型分布。 均值计算公式为: =(Xj+Xi)(3) 变差系数计算公式为: Cv=(4) 偏态系数计算公式为: Cs=(5) 采用矩法求得各统计参数，偏差系数CS值，采用CS与Cv的倍比关系、变差系数以及年最大洪峰流量平均值均经过优选
5、。 经验频率的计算方法采用统一处理法。 3设计洪水的计算 3.1海城站设计洪峰流量的推求 根据以上资料进行海城站设计洪峰流量的频率计算，计算结果见表1。 3.2项目位置以上设计洪峰流量的推求 海城水文站以上流域面积1 000 km2，项目位置以上流域面积1 310 km2，因此要进行换算。由于海城站没有控制的支流只有八里河，其地理位置和下垫面条件与海城河其他支流基本一致，可用面积比法确定项目位置以上设计洪峰流量1-4。基本公式为: Qp=Q海Fp/F海(6) 式(6)中:Qp为项目位置设计洪峰流量;Q海为海城站洪峰流量;F海为海城站以上流域面积;Fp为项目位置以上流域面积。 项目位置100年一
6、遇设计洪峰流量Qp100=4 1201 310/1 000=5 397 m3/s;50年一遇设计洪峰流量Qp50=3 3801 310/1 000=4 428 m3/s。 4设计洪水成果及合理性分析 通过以上计算成果，项目位置处100年一遇的设计洪峰流量为5 397 m3/s。采用海城水文站连续58年实测资料，其系列较长，成果精度高，调查资料比较可信;用海城站资料换算工程项目设计洪水，方法得当。又因海城站以上控制面积多为山区，下游平原区洪峰模数相对较低，采用海城站设计成果为基础，对工程设计而言，防洪标准更高，对工程本身更加安全，设计洪水成果是合理的。 5设计洪水水位的推求 选择海城水文站历史最
7、大实测洪峰流量为1985年的2 740 m3/s、1969年的2 030 m3/s、1975年的1 270 m3/s、1970年的874 m3/s，根据公式推算牛庄站洪峰流量分别为3 589、2 659、1 664、1 145 m3/s。牛庄站实测对应洪水位分别为10.52、9.98、8.95、7.96 m，由此可建立牛庄断面水位流量关系线(图1)。由图1和关系曲线公式可推出设计50年一遇洪峰流量4 428 m3/s所对应的设计水位为11.12 m。 根据牛庄站水面高程和桥位设计断面水面高程，计算水面比降。设计桥位断面水位3.379 m，牛庄站断面水位3.044 m，两断面间距1 504.78
8、 m，计算得水面比降为2.2310-4，利用水面比降推算出桥位计算断面的设计水位为11.46 m。 6 设计洪水流速的推求 根据设计洪水位11.46 m，求得断面总面积4 368 m2，其中主槽面积623 m2，滩地面积3 745 m2;总河宽1 215 m，其中主槽河宽140 m，滩地河宽1 075 m;主槽水力半径4.45 m，滩地为3.48 m。 根据海城水文站资料分析确定糙率n主槽为0.029，滩地为0.036。 水面比降I=(3.379-3.044)/1 504.799=2.2310-4。设计桥位断面河道比较顺直，水面较均一，河床断面比较规整，因此可作为稳定均匀流河段，用曼宁公式计算
9、主槽和滩地的平均流速。即: V=R2/3I1/2(7) 式(7)中:V为平均流速;n为糙率;R为水力半径;I为水面比降。 求得设计洪峰流量时主槽平均流速为V主=1.39 m/s，V滩=0.95 m/s。 7参考文献 1 杨超群，尚立波.关于河道洪水计算的探讨J.中国科技信息，2010(14):22，27. 2 杨丙魁.十里河水库除险加固设计洪水计算J.科技情报开发与经济，2010(16):193-195. 3 胡宝源，李智，陈开煜.中心河水库设计洪水计算方法概述J.水利科技与经济，2010(1):27-28. 4 金勇睿.浅谈泾河东庄水库入库设计洪水计算J.陕西水利，2009(4):94-95. 转贴于 7
